CC BY
12Дамдинжапов Б.Ц.,аспирант, Заяханов М.Е., д-р техн. наук, проф., Лайдабон Ч.С., д-р техн. наук, проф., Балханова Е.Д.,канд. техн. наук, доц. Восточно-Сибирский государственный технологический университет
МОДИФИКАЦИЯ БЕТОНОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АКУСТИЧЕСКОГО И ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЕЙ
psmi88@mail.ru
С целью разработки способа модификации бетонов было рассмотрено влияние акустического и электромагнитного полей на пропитку бетонов талловым пеком. Исследованы вязкоупругие свойства пропиточного состава. Проведено модифицирование бетона для повышения его коррозионной стойкости и водонепроницаемости. Представлены строительно-технические свойства модифицированного талловым пеком бетона.
Ключевые слова: бетон, модификация, сушка, пропитка, акустическое поле, электромагнитное поле.
Одним из направлений повышения долговечности зданий и сооружений является модификация бетонов различными пропиточными составами на основе битумов, растительных масел, природных смол, мономеров и др. На скорость и глубину пропитки оказывают влияние строение и свойства бетонов, а также реологические характеристики пропиточных растворов [1].
На практике для ускорения пропитки используют:
- повышение температуры материала и пропиточного раствора;
- снижение вязкости раствора за счет применения специальных растворителей или подбора пропиточного состава с низкой вязкостью;
- вакуум и избыточное давление.
На сегодняшний день наиболее эффективным является вакуумно-нагнетательный метод пропитки материалов. Но данный метод является чрезвычайно сложным и дорогостоящим процессом и не отвечает современным требованиям.
Использование высоковязких составов затруднено вследствие их плохой проницаемости в бетоны даже при повышенной температуре. Решение проблемы повышения эффективности пропитки бетонов высоковязкими составами связано с созданием методов, способствующих их проникновению на заданную глубину.
Авторами разработана вибрационно-импульсная технология сушки и пропитки бетонов в акустическом и электромагнитном полях, основанная на разрушении структуры жидкости и растворов.
В качестве модификатора предлагается талловый пек - отход целлюлозно-бумажного производства, который представляет собой сложную смесь органи-
ческого происхождения и содержит 6-8% пальмитиновой, 41-48% олеиновой и 36-39 % линоленовой кислот. Пек является гидрофобным материалом, не замерзает до -40оС, не высыхает и не полимеризуется, стоек к кислотам и щелочам и может быть использован для гидроизоляции бетонов.
Для исключения обратного вытекания впитанного в бетон пека в период эксплуатации при повышенных температурах его отверждают. В качестве отвер-дителей могут быть использованы гексаметилендиа-мин, гексаметилентетраамин, полиэтиленполиамин. В результате подобной обработки можно получить поверхностный слой с малой текучестью при температурах 70-1000С.
Авторы к идее ускорения сушки и пропитки бетонов подошли с позиций понятия структуры жидкости. Строгая статистическая теория развита только лишь для простых жидкостей, но для реальных жидкостей она предсказывает упорядочение или ассоциацию молекул, образование макромолекул, т.е. появление в них некоторой структуры. В настоящее время все большую популярность завоевывает ассоциированная, кластерная модель жидкости, признающая существование в ней структуры, разрушение которой приведет к снижению вязкости жидкости. Следовательно, если воздействовать с помощью, например, акустического или электромагнитного полей с определенными в эксперименте параметрами на составы на основе талового пека, то это приведет к резкому снижению их вязкости за счет разрушения объемной структуры, что в конечном итоге ускорит процессы сушки и пропитки бетонов [2].
С этой целью были проведены измерения вязко-упругих свойств пека. Но при комнатной температуре данные измерения не представляются возможным из-
Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова за высокой вязкости пека. Поэтому исследовали растворы в дизельном топливе с тем, чтобы оценить порядок значений вязкостей и времени релаксации пека путем экстраполяции. В качестве объектов исследования реологических свойств были выбраны растворы таллового пека в дизельном топливе. Исследования вязкоупругих свойств жидкостей проводились методом сдвиговых волн на частотах 40 и 74 кГц.
_2009, №2
В экспериментах определяли зависимость действительного А7 и мнимого АР' сдвигов частот от параметра 1/Н, где Н - толщина прослойки жидкости. Данный показатель позволяет вычислить сдвиговую упругость О, тангенс угла механических потерь 1§в, частоту релаксации Грел и максвелловскую вязкость
Пмакс (табл. 1).
Таблица 1
Концентрация пека, % Пмакс, Пз Пэксп, Пз 0',106дин/см2 1ёв ^рел, кГц
0 3,52 0,023 0,42 0,28 20,496
12,5 3,64 0,04 0,46 0,3 21,96
25 3,75 0,097 0,5 0,32 23,424
40 4,83 0,284 0,54 0,26 19,032
50 5,58 0,561 0,56 0,23 16,836
Из полученных данных следует, что максвел-ловская вязкость пмакс - вязкость структурированной жидкости превышает экспериментальную вязкость Пэксп в десятки и сотни раз.
Были проведены исследования влияния ультразвуковых колебаний и электромагнитного поля на скорость сушки бетонов. Сушка бетонов практически заканчивалась в течение 250-300 мин (рис.1). За это время из исследуемых бетонов удаляется в электромагнитном и ультразвуковом полях соответственно 17 и 18,5% влаги, без поля -12,5%.
Рис. 1 Кинетика сушки бетона при 70 С
Из приведенных данных наблюдается ускорение времени сушки, которое объясняется тем, что применяемые поля разрушают структуру воды, вследствие чего уменьшается ее вязкость и ускоряется мас-соперенос.
Влияние УЗК эффективнее, чем ЭМП (при разработке технологии сушки необходимо учитывать, что ультразвуковые колебания трудно создавать в строительных материалах больших габаритов).
Далее представлены экспериментальные данные по пропитке бетона талловым пеком.
На рис.2 приведены кривые кинетики пропитки бетонных образцов плотностью 2440 кг/м3. Пропитка бетонных образцов проводилась 100% талловым пеком при температуре 700С.
Ускорение процесса пропитки наблюдается при совмещении источников полей - акустического и электромагнитного.
Исследования влияния ультразвука, акустического и электромагнитного полей на скорость сушки и пропитки показали, что эффективность мас-сопереноса в материалах зависит от частоты силовых характеристик полей. Для бетона плотностью 2400-2500кг/м3 характеристики полей приведены в таблице 2.
Таблица 2
Процесс Температура, 0С Частота, кГц Напряженность ЭМП, В/м
Сушка Пропитка пеком 70-80 70-80 24,8±0,1 11,4 ±0,1 30±5 40±5
Рис.2. Кинетика пропитки бетона плотностью 2440 кг/м3 при 1 = 700С талловым пеком
ЭМП -В— АП АП+ЭМП
Модификация бетонов с использованием акустического и электромагнитного полей позволяет получить бетоны с повышенными эксплуатационными свойствами. Так, получены тяжелые бетоны с поверхностной пропиткой таловым пеком с водопоглощени-ем менее 1% и морозостойкостью более 2000 циклов. Контрольные образцы бетонов при замораживании до -50°С в растворе сернокислого натрия выдерживают не более 100 циклов, тогда как модифицированный бетон выдержал более 2000 циклов.
Коэффициент линейного термического расширения модифицированных и контрольных образцов меняется незначительно.
Исследовалось влияние агрессивной сульфатной натриевомагнезиальной среды на прочностные характеристики исходного и модифицированного бетона. Бетонные образцы выдерживались 6 месяцев в экви-молярных растворах сульфатов натрия и магния. Поверхностная модификация бетонных изделий пеком позволила повысить коррозионную стойкость изделий более чем на 50%.
Таким образом, применяемые поля изменяют структуру пропиточного состава, вследствие чего уменьшается его вязкость и ускоряется массоперенос
Однако применение ультразвуковых колебаний для пропитки требует значительных дополнительных затрат, при этом возбуждение ультразвуковых колебаний в крупногабаритных бетонных изделиях и конструкциях технически невозможно или чрезвычайно сложно. Поэтому использование электромагнитного поля для ускорения пропитки изделий целесообразнее.
Оборудование для пропитки бетонных изделий в заводских условиях состоит из пропиточной ванны с раствором, гидродинамического излучателя акустических колебаний и генератора электромагнитных волн (частотный диапазон - 0,5-500 кГц, выходное напря-
жение 0-150 В), электроизмерительных приборов и антенн.
Для пропитки бетонные изделия при температуре 70°С погружаются в пропиточный состав - 100 % пек, нагретый до температуры 90°С, где пропитываются в течение 3 часов.
Переносная пропиточная установка предназначена для локальной пропитки плоских, вертикально расположенных поверхностей бетонных конструкций в построечных условиях, особенно для сушки стен, фундаментов. В отличие от стационарной установки в данном случае ванна крепится специальными приспособлениями на вертикальную пропитываемую плоскость. Если поверхность пропитываемого изделия больше, чем площадь пропиточной ванны, то поверхностная модификация бетонных конструкций проводится в несколько этапов путем последовательного переноса ванны по поверхности изделия.
Таким образом, поверхностная модификация бетонов талловым пеком ускоряется при воздействии акустического и электромагнитного полей. Акустическое, так и электромагнитное поле увеличивают глубину пропитки и ускоряют данный процесс в бетонах. При этом наиболее эффективно совмещение полей.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК:
1. Баженов, Ю.М. Бетонополимеры./Ю.М. Баженов - М.: Стройиздат, 1983. - 472 с.
2. Лайдабон, Ч.С. Методы ускорения сушки и пропитки строительных материалов / Ч.С. Лайдабон, Ч.С., У.Х. Магдеев // Строительные материалы. 2005. №9. С.68.
