CC BY
26
1/2010 мв.ВЕСТНИК
О СУЩНОСТИ ИНТЕНСИВНОЙ ТЕХНОЛОГИИ СИНЕРГОБЕТОНИРОВАНИЯ И СУБСТАНЦИОННАЯ РОЛЬ ЦЕМЕНТНОГО КАМНЯ В САМООРГАНИЗАЦИИ БЕТОННОЙ СМЕСИ
В.А. Погорелов
ИГАСУ
Рассмотрен актуальный вопрос синергобетонирования, где субстанционная роль цементного камня в самоорганизации бетонной смеси анализируется исходя из теоретических основ термодинамики.
Actual question of sinergoconcreting where the substantial role of cement stone in concrete mixture self organization is analyzed according to the theoretical basis of thermodynamics.
Значимость интенсивной технологии синергобетонирования общеизвестна в вопросах кооперативного использования энергии с целью получения высокомарочного бетонного продукта на предприятиях стройиндустрии. По своей сути принятая технология в синергобетонировании - отличается тем, что смесь дополнительно барботиру-ется в магнитной пароионной среде, что даёт возможность обойтись без бетономешалок. В свою очередь, данная технология и конструктивная простота устройства для многих авторов, исходя из первоисточников [1], взяты за основу в своих наработках по факту «труба в трубе» по разогреву бетонной смеси с дальнейшим его усовершенствованием в виде синергогенератора и синергоактиватора, где в первом случае на сердечник изоляционной трубы намотана электроспираль, а во втором случае установлены три коаксиальных медных электрода. По конструкции межтрубный проход бетонной смеси весьма ограничен с технологическими возможностями в обработке различной гранулометрии инертных составляющих бетона и, практически, данные установки не приспособлены полноценно функционировать на поточной линии в заводских условиях по причине залипания на электродах бетонной массы, и, как следствие, - не эффективность данной технологической обработки очевидна.
Вопрос кооперативного использования энергии в синергобетонировании актуален, но из вышеизложенного ошибочное принятие простого конструктивного решения самого устройства по принципу «труба в трубе», а также игнорирование вопроса самой роли кооперативной значимости энергии в сфере изолированной (замкнутой) системе, где расчетно-теоретическое обоснование конструктивной преемственности и протекающих в них технологических процессов, происходящих в водородоподобной цементно-бетонной смеси, - по настоящее время не имеет фундаментальных опроби-рованных наработок в данной области.
В данной статье приводится вкратце ключевой анализ вопроса синергобетонирования, где в производственных условиях были уточнены, а также расчётно - теоретически обоснованны по факту нетрадиционного подхода к решению, в целом, данной проблематики, а точнее теоретически и практически удалось установить «зарождение» и получение «цементного камня» заложенного в вопросах интенсивной обработки компонентов бетонной смеси, исходящих из общих основ второго закона термодинамики.
Так, закон действующих масс был открыт опытным путём К.Гультбергом и П.Вааге (Норвегия) в 1867г. [2, с.165], по которому энергию следует вносить в момент наибольшей концентрации реагирующих веществ, то есть к началу гидратации цемента, задолго до структурообразования. Однако, данный закон соотносится для химических реакций, протекающих при столкновении двух частиц. Вероятность одновременного столкновения более чем трёх частиц крайне мала. В подобных случаях закон действия масс применим только к каждой отдельной стадии реакции, но не к реакции в целом. Проверенно на практике, что закон действия масс и эффект мощной кооперативной энергии срабатывают одновременно лишь в создании для этого условий, где соотношения двух противоположных цилиндрических металлических сфер, прогреваемых по центру между ними (строго по расчёту) коаксиальными электродами бетонную жидкость по типу «труба в трубе», создают момент столкновения двух парных электронных зарядов (частиц), действующих навстречу друг другу от прогреваемых двух металлических сфер [7].
Закон электромагнитной индукции был открыт М.Фарадеем опытным путём в 1831г. Серией опытов М.Фарадей показал, что в замкнутых проводящих контурах, находящихся в переменном магнитном поле, возникает электрический индукционный ток независимо от того, как достигается изменение во времени магнитного потока сквозь площадь поверхности, ограниченной контуром. Магнитный поток, пронизывающий площадь поверхности контура, может изменяться с течением времени благодаря, деформации или перемещению контура во внешнем магнитном поле, а также потому, что индукция магнитного поля может быть переменной [9, с.180].
Суть изложенных ниже общеизвестных физических обоснований исходит в соответствии реализации автором в практических схемах закона действующих масс для бетонных смесей применительно для промышленных установок. Не принятия к сведению общей вышеизложенной формулировки «о соответствующих технических и конструктивных наработок», - нельзя реализовать на практике закон действующих масс, а лишь создать, в лучшем случае, так называемый форсированный разогрев бетонной смеси [8].
Тот факт, что электрический заряд определяет силу взаимодействия и в тоже время является сохраняющей величиной, - важнейшее свойство электромагнитного взаимодействия. Константой электромагнитного взаимодействия, определяющей его «силу» в квантовых явлениях, служит элементарный электрический заряд е = 4,803250(21)-10"111 ед. = [СГСЭ] = 1,6021892(46)-10^19Кл (абсолютная величина заряда электрона), при этом, интенсивность (или эффективное сечение) электромагнитных процессов в микромире пропорционально безразмерному (физическому) параметру постоянной тонкой структуры а = е2/ Ьс « 1/137,036. К тому же, наименьшую разность потенциалов Уц , которую должен пройти электрон в ускоряющем электрическом поле, чтобы его энергия еУц была достаточна для ионизации невозбуждённого атома (или молекулы) электронным ударом, - составит ионизационный потенциал. Такой электрон может ионизировать атом (молекулу), если еУц > еу , где еУц -
уровень потенциала (цементной) жидкости, у - потенциал ионизации. Величина еУ; - является энергией ионизации, она равна работе вырывания электрона из атома (молекулы). Таким образом, ионизационный потенциал - мера энергии ионизации, которая характеризует прочность связи электрона в атоме (молекуле), выражается в В и численно равен энергии ионизации в эВ. В данном случае энергия связи электронов в
1/2010 ВЕСТНИК _1/20™_МГСУ
атоме (и в молекуле) определяется электромагнитными взаимодействиями и для каждого электрона пропорциональна ионизации потенциалу; где, в нашем случае, для атома водородоподобной бетонной жидкости Hag (смесь: воды с цементом) в данном
состоянии составит в пределах 13,6 эВ [5].
В свою очередь, молекулярно - кинетическая теория газов и жидкостей даёт возможность подсчитать число соударений между молекулами тех или иных веществ, при определённых условиях. Однако в действительности далеко не все реакции заканчиваются быстро. Для того чтобы произошла реакция, то есть чтобы образовались новые молекулы, необходимо сначала разорвать или ослабить связи между атомами в молекулах исходных веществ. На это надо затратить определённую энергию.
С ростом температуры число активных молекул возрастает. Отсюда следует, что и скорость химической реакции должна увеличиться с повышением температуры по формуле S = k • ln- W ,(9.10)[6].
Итак, Л.Больцманом впервые установлено, что возрастание энтропии соответствует возрастанию вероятности, беспорядка. Но интерпретация Л.Больцмана основывается на предпосылке, что энтропия есть принцип отбора нарушающий временную симметрию.
Рассматривая вышеизложенную концепцию, а также учитывая закон действующих масс и принцип отбора нарушающий временную симметрию, которая практически нами и была заложена в условиях [7]. При этом учитывая, что также межфазовые симметрии бетонных смесей можно характеризовать по факту работы газов, образовавшихся в результате реакции цемента в воде, исходя из его замеса, а также принимая во внимание скачкообразную работу прогрева бетонной смеси, в межфазовых зонах, -было установлено, что данное макросостояние смеси соответствует пропорционально величине её десятичного логарифма с учётом наличия коэффициента аномальной дисперсии исходя из полученной, при этом, энергии связи.
Поэтому, рассмотрев общую расчётную тенденцию, а также уточнив на практике теплообменную работу межфазовых зон, исходя из концентрации реагирующих в них веществ, то есть закона действующих масс, - авторами (Погорелов В.А. - докторант ИГАСУ, Федосов C.B., Гуюмджян П.П. - доктора техн. наук ИГАСУ) было установлено, что данное макросостояние соответствует величине, пропорциональной её десятичного логарифма с учётом наличия коэффициента аномальной дисперсии, исходя из сложившийся энергии связи.
В итоге и был сформулирован «Закон эффекта релятивистской энтропии», по формуле:
S^"=k-[lg-Wnц ], ккал-ч, кВт-ч , а именно:
«эффект релятивистской энтропии прямо пропорционален десятичному логарифму термодинамической вероятности и её коэффициенту nц - аномальной дисперсии,
состоявшегося по факту наличия самоорганизующегося продукта, при k - постоянной Больцмана»,
где : k = 1,380662 • 10~23 Дж/К - постоянная Больцмана;
W - термодинамическая вероятность данного состояния системы;
nц = 1,871408 - коэффициент аномальной дисперсии, (при постоянной энергии
связи Е = 13,6 эВ);
-è- - условный знак эффекта релятивистской энтропии, содержит:
круг - символизирует замкнутую среду;
горизонтальную линию, пересекающую круг - символизирует внешнее электромагнитное излучение;
вертикальную линию, упирающуюся в круг - представляет кооперативное энерговоздействие.
Процесс структурного кристаллообразования «цементного камня» формируется в замкнутой среде, исходя из наличия цепных реакций испытываемого вещества, по факту фрактальных столкновений (зафиксированных в работе) заряженных энергетических частиц его составляющих макромолекул в электромагнитном поле в условиях аномальной дисперсии облучаемых, при этом, тепловым (инфракрасным) электронным излучением соответствующих частот. Наличие «цементного камня» в итоге представляет сложившуюся по факту в бетоне «структуру в структуре», то есть, - бетонная смесь самоорганизует в «куске» водовяжущего композиционного состава под кооперативным энерговоздействием завышенную плотность из общего наличия обычной цементной смеси в пределах 2/3 её части.
Общеизвестно, что энтропия системы может изменяться двумя путями: либо за счёт притока тепла или вещества извне, либо за счёт роста энергии внутри системы. Первое изменение может быть положительным, нулевым или отрицательным в зависимости от взаимодействия системы с окружающей средой. Второе изменение - рост энтропии, который происходит из - за необратимых процессов, имеющих место внутри системы, согласно второму закону термодинамики, положителен.
В так называемой «термодинамике необратимых процессов» или «неравновесной термодинамике» получить выражение для величины прироста энтропии, которая характеризует необратимость этих явлений, - в первую очередь связано с технологичностью факта самого процесса и роли вырабатываемого продукта.
Так, применяемые многими авторами традиционные составы бетонных смесей в своих отработках не отвечают, в сущности, выпуску энергобетонной продукции. Главным несоответствием в традиционных технологиях по гидротермальной обработке бетонной смеси, - это отсутствие расчёта по удельному расходованию гидратов - минералов по формированию кристаллической структуры цементного камня [4].
На основании вышеизложенного в 2002 году на Ковровском заводе ОАО «ДСК» в соответствии патента [7] автором был разработан и осуществлён силами коллектива завода синергорелятивистский ускоритель типа «СРВ - 1,0/6,0» производительностью 6,0 куб.м. в 1час [5].
Синергореактор соединил в единое целое элементы зарекомендовавшего оборудования [5, 7] для обработки бетона:
- для теплового воздействия: элементы барботера, парокамеры и автоклава;
- для электрических и магнитных воздействий: элементы ионизатора, электроимпульса;
- для механических воздействий: элементы вибросмесителя и вибро-площадок.
При испытании данной установки были отработаны и отлажены: пневмозатвор-ный блок выгрузки, расчётная амортизация устройства.
Питание установки осуществлено через понижающий трансформатор серии ТМОБ - 63/0,38 для прогрева бетона с включением в электросеть 380В при частоте 50Гц. Расход электроэнергии на 1,0 м3 бетона составлял 4,5 кВт.
Контроль за единовременную подачу кооперативной энергии (электрической, электромагнитной и вибрационной) осуществляется электронным пультом управления, где момент спада электропроводимости, исходя из наличия адсорбционно-связанной воды, - фиксировался его тремя амперметрами, что и указывало о начале
1/2010 мв.ВЕСТНИК
образования твёрдой фазы её структурообразования (цементного камня) в формировании бетонной прочности изделия.
Данное конструктивное устройство парокамеры [7] устроенное с непосредственным контактным погружением электродов в бетонную смесь, позволило:
- зафиксировать «эффект релятивистской энтропии»;
- зафиксировать на практике истинную «работу» закона действующих масс бетонной смеси;
- зафиксировать по времени: «зарождение» и получение «цементного камня» с последующим «созреванием» бетонной продукции.
Отработка вышеуказанной концепции, как в теоретическом, так и в практическом плане, - установила истинную значимость субстанционной роли «цементного камня» в самоорганизации бетонной смеси, где сущность интенсивной технологии в вопросах синергобетонирования в классической термодинамики, представляет частный случай в общей концепции синергетики.
Основную же роль «цементного камня» в самоорганизации бетонной смеси следует соотнести к разряду тематических наработок по формированию структурной прочности бетонов при интенсивной обработке компонентов бетонной смеси, где уровень оптимизации состава гранулометрии рассматривается на основании «симплекс -решётчатого» плана [3, 4].
Литература
1. Арбеньев A.C. От электротермоса к синергобетонированию /Владим.гос.техн. ун-т. Владимир, 1996. - 272с.
2. Глинка Н.Л. Общая химия: Учебное пособие для вузов. - 26-е изд., стереотипное/ Под ред.
B.А.Рабиновича.- Л.: Химия, 1987.- 704с.
3. Зедгинидзе И.Г. Планирование эксперимента для исследования многокомпанентных систем. М.: «Наука», 1976. - 390с.
4. Инструкция по гидротермальной обработке бетонной смеси с учётом удельного расходования гидратов - минералов по формированию кристаллической структуры цементного камня. / В.А.Погорелов, к.т.н., ОАО ДСК г.Ковров, 2002г. - 13с.
5. Информационный отчёт по теме: «Разработка технологического оборудования и внедрение технологии синергобетонирования на технологической линии изготовления плит перекрытий» / В.А.Погорелов, к.т.н., ОАО ДСК г.Ковров, 2002г. - 31с.
6. Крутов В.И., Исаев С.И., Кожинов И.А. Техническая термодинамика. М.: Высшая школа, 1991г. - 384с.
7. Патент 2093355(Россия). Способ синергообработки бетонной смеси и устройство для его осуществления / Погорелов В.А. - опуб. в Б.И. 1997, № 29.
8. Форсированный разогрев бетонной смеси / Под ред. председателя НИК «ВЛАМЕКС»
C.Ф.Томских / Владимир, 1989. - 151с.
9. Яворский Б.М., Селезнёв Ю.А. Справочное руководство по физике для поступающих в вузы и самообразования. Изд.3-е, исправленное. - М.: «Наука», 1984. - 383с.
Ключевые слова: синергобетонирование, кооперативная энергия, закон действия масс, «труба в трубе», «цементный камень».
Keywords: sinergoconcreting, cooperative energy, mass action rule, "pipe in a pipe", "cement stone".
Рецензент: Гуюмджян П.П., научный консультант, доктор технических наук, профессор Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ивановский государственный архитектурно-строительный университет».
E-mail автора: avs_pogorelov@mail.ru
