CC BY
31
УДК 691.327.002.612
ВЛИЯНИЕ МАГНИТНОЙ ОБРАБОТКИ ВОДЫ НА ИЗМЕНЕНИЕ ПРОЧНОСТНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
ЦЕМЕНТНОГО КАМНЯ
И. Н. Эриванцев, д. т. н., дроф., В. Н. Лазарев, к. т. н., до ц., Т. Н. Дубов, асс.-соиск.
Постановка проблемы. Увеличение прочности цементных растворов, затворенных водой, обработанной магнитным полем, отмечалось во многих экспериментах [1-8]. Однако результаты исследований различны, а иногда и противоречивы. Определялись они с изменением возраста образцов и условий твердения. Это в некоторой мере можно объяснить условиями постановки экспериментов и выбором различных факторов (скорость воды, ее солевой состав, непременное наличие магнитного поля, минералогический состав цемента).
Анализ последних исследований и публикаций. Первые исследования по применению воды, обработанной в магнитном поле, для затворения цементного теста и бетона относятся к 1964-1966 годам. [7]. В них показано, что применение магнитной воды повышает прочность цементных образцов на 10,5%, в возрасте до трех суток - на 60 °/о, а бетонных образцов в заводских условиях - на 33 °/о [7].
В работах, где показано влияние напряженности магнитного поля на эффект магнитной обработки воды, скорость воды выбира-лась случайной либо находилась оптимальная скорость при фиксированном значении напряженности магнитного поля, а затем изучалось влияние напряженности поля. Например, в работе [7] скорость воды принята 60-80 см з/мин
(0,027-0,035 м/с), а обработка воды проводилась в поле напряженностью 1800, 3100 и 4000 Э, из которых благоприятной оказалась 1800 Э.
Полиэкстремальный характер зависимости эффекта магнитной обработки воды от заданных факторов [2] существенно усложняет задачу выбора оптимальных параметров магнитной обработки. При этом необходимо учитывать взаимодействие напряженности магнитного поля и скорости воды.
Первая попытка определения оптимальных параметров магнитной обработки воды при парном взаимодействии указанных факторов сделана в работе [8], в которой для исследования применяли ортогональные планы второго порядка. В этой работе показано, что зависимость эффекта магнитной обработки воды, о котором судили по изменению поверхностного натяжения воды, от напряженности магнитного поля и скорости воды, нелинейна и носит сложный характер: поверхность отклика эффективности магнитной обработки имеет вид эллиптического параболоида. Таким образом, при выборе оптимальных параметров магнитной обработки воды затворения цемента и бетона необходимо учитывать совместное действие напряженности магнитного поля и скорости истечения воды в нем, т. е. следует выбирать оптимальное соотношение значимых факторов, определяющих величину приращения прочности.
Выделение нерешенных ранее частей. В процессе омагничивания воды все время существует нестабильность результатов. На их исход большое влияние имеют магнитное поле земли, химический, а также минералогический составы самой воды, которые меняются не только посезонно, но и в течение недели, а то и дня. Учитывая то, что в один и тот же день разных лет практически все показатели воды были не одинаковыми, и результаты исследований соответственно были разными. Исходя из сказаного, исследование омагничивания воды было изучено недостаточно.
Формулировка цели. Исследование влияния напряженности магнитного поля и скорости протекания воды через него в широком интервале на изменение прочностных показателей цементного камня в различном возрасте твердения.
Изложение основного материала исследования. Магнитная обработка воды проводилась в аппарате, имеющем семь намагничивающих катушек, питаемых постоянным током, с восемью магнитными зонами переменного знака. Воду пропускали через зазор в магнитопроводе сечением 91 мм 2, облучаемый магнитным полем, напряженность которого менялась в зависимости от намагничивающего тока в пределах от 0 до 2000 Э. Использовалась обычная водопроводная вода. В качестве вяжущего использовали криворожский цемент марки 400. Образцы изготавливали из цементного раствора постоянного состава с водоцементным отношением 0,4. На каждую серию экспериментов готовили контрольные образцы, затворенные на воде, не прошедшей магнитную обработку. Исследуемые и контрольные образцы после изготовления выдерживали в нормальных условиях и испытывали на сжатие через 7, 28, 90 суток.
Скорость воды в намагничивающем устройстве изменяли от 35 до 400 смз/мин, что соответствует линейной скорости 0,0064-0,073 м/с. Проведены многочисленные эксперименты по сопоставлению прочности на сжатие образцов, затворенных на магнитнообработанной воде с контрольными образцами, затворенными на обычной воде. Результаты испытаний были математически обработаны и сопоставлены, величина изменения прочности выражена через приращение
прочности ( ), представляющее собой разность прочности между исследуемым и контрольным образцами.
Анализ полученных результатов показывает, что для образцов, приготовленных на магнитнообработанной воде, при твердении в нормальных условиях (в зависимости от скорости воды при фиксированном значении напряженности магнитного поля) нарастание прочности цементного камня во времени различно. В семидневном возрасте имеет место отрицательное приращение прочности (рис. 1, кривая 4), т. е. прочность исследуемых образцов меньше прочности образцов, приготовленных на воде, не прошедшей магнитную обработку.
А Н"
20
0 -20
-4 0
——*■
20
4в
6?
во
f2д
1019
60 4 0 20
0 р02 0,04 QО5 - 00д V//С
Рис. . Изменение пелачиньь првiращення прочностн (Л!?) для постаянь1ай напрнженнастн магнвткаго пюля (Н = 190П Э) н раз1вичнъьх скоростях протекания воды через намагг нчивающееея усгройстаа (У);
I ... щ4 = а,012: 2 — У2 _ й з024: 3 -- У* = 0,03б; 4 — У._= 0,073 7МС.
Рис. 2, Изменение приращення прочности пепментнаго камня в вавасимаст ■ от скоро-стУi обрабатътааемой жагнитным пflлем аодьь:
Н 160Ю Э: 1 -- б?; 2 — I; З --- *о.
Рис. 1. Изменение величины приращення прочности (Л7?) для постоянной напряженности магнитного поля (Н=1900 Э) и
различных скоростей протекания воды через намагничивающее устройство (Т: 1- VI = 0,012; 2- V = 0, 024; 3 - V3 = 0,038; 4- У4 = 0,073 м/с.
Как видно из рисунка 1, в ранние сроки твердения при изменении скорости воды в омагничивающем устройстве прочность цементного камня меняется в широких пределах: от -14 до +17°/о при напряженности магнитного
поля 1900 Э. Это свидетельствует об изменении кинетики структурообразования цементного камня при различных режимах магнитной обработки. С увеличением продолжительности твердения образцов, приготовленных на воде, прошедшей магнитную обработку, для различных скоростей прочность по отношению к контрольным образцам возрастает и стабилизируется в возрасте 90 сут.
Таким образом, скорость воды в намагничивающем аппарате при фиксированном значении напряженности магнитного поля сказывается на прочности цементного камня лишь в относительно ранние сроки твердения. Так, при напряженности магнитного поля 1900 Э прочность цементных образцов в возрасте 90 сут. практически не зависит от скорости воды (рис. 2, кривая 3), в то время как прочность образцов в возрасте 7 и 28 сут. существенно зависит от скорости воды (кривые 1, 2). При напряженности магнитного поля 1600 Э при изменении скорости воды от 0,0064 до 0,073 м/с прочность цементного камня в возрасте 7 сут. меняется от +23 до -2°/о, а в возрасте 28 сут. - от +26 до -1%, в то время как в возрасте 90 сут. прочность меняется примерно на 1,5%. При рассмотрении полученных результатов прираще-ния прочности цементного камня в возрасте 90 сут. в зависимости от скорости воды и напряженности магнитного поля установлено (рис. 3), что эта зависимость носит сложный полиэкстремальный характер. Максимальное приращение прочности для определенной скорости магнитнообрабатываемой воды достигается при различных значениях напряженности магнитного поля.
Рис. 8. Изме1епе пеатчвхы прнуащення прочности ^ f?) для постоял мой напрнжепностн м штюго поли (Н 1900Э) н различных с,корастях про. Тем аНш1 воды ЧереЭ Нама ннчицающе я устройство (У
■ f 2 - О24: 15 )
Рнс. 2. р1вменен{ле прирахцении Процг1остя цементного к1мн5 н st цТ1Сг1могты от скорости обрабатътаиемой магнитным полем аоды:
Ы = 11300Э: ) 7: 2__8 — л+?эо^
Рис. 2. Изменение приращення прочности цементного камня в зависимости от скорости обрабатываемой магнитным
полем воды:
Н=1600Э; 1-
;2-
а
Имеется несколько оптимальных значений напряженности магнитного поля. Так, при скорости воды в магнитном поле
0,018 м/с существует две области оптимальных значений напряженности магнитного поля: 600-700 и 1600 Э. Обращает на себя внимание тот факт, что одна из оптимальных областей для значений напряженности магнитного поля при различных скоростях протока воды лежит в пределах 1600 Э. Прирост прочности цементного камня составляет 15-20°/о.
На рисунке 3 построена средняя зависимость приращения прочности цементного камня в возрасте 90 сут. (кривая 4) для исследованного диапазона скоростей воды 0,0064-0,073 м/с от напряженности магнитного поля. Исследованиями установлено, что максимальное приращение прочности наблюдается при напряженности магнитного поля 1600 Э, которую можно считать оптимальной.
1 0
БА 40
20 6
4100 ?й6 УГОЙ 13О4 16дй
нэр
Рис, З. За1нсвнмость прочности ие1лент-
нога камня, затворенного на маг1витно-обработанной воде от шэпрн сег1нпсти аг-ш тпого пола при скорUет прiртеканНЯ воды:
1 п р,0' 3; 2 - {~- 0,036; 4 - средние
КвокаЭатЕхн для серЧЧ ахсПернменСдф; 5
О, 64; б . г - 0,012 м/а.
Рис. 3. Зависимость прочности цементного камня, затворенного на магнитнообработанной воде, от напряженности
магнитного поля при скорости протекания воды: 1- 0,073; 2- 0,018; 3 - 0,036; 4- средние показатели для серии экспериментов;
5- 0,064; 6- 0,024; 7- 0,012 м/с.
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Классен В. И. Омагничивание водных систем. - М.: Химия. 1978. - 240 с.
2. Помазкин В. А., Макаева А. А. Бетонная смесь на омагниченной воде затворения //Теория и практика применения суперпластификаторов в композиционных строительных материалах. - Пенза: ОрЦНТИ, 1993 - С. 36-38.
3. Бережной А. И. и др. О промышленном применении магнитной обработки при цементировании газовых скважин // Науч.-техн. сб. Мингазпрома. - М.: 1968. - М 4. - С. 72-74.
4. Миненко В. И. Электромагнитная обработка воды в теплоэнергетике. - Харьков: ХГУ, 1981. - С. 96.
5. Арадовский Я. Л., Тер-Осипянц Р. Г., Арадовская Э. М. Свойства бетона на магнитнообработанной воде //Бетон и железобетон. - М.: 1972. - М 4. - С. 80.
6. Стукалов П. С., Васильев Е. В., Глебов Н. А. Магнитная обработка воды. - Л.: Судостроение, 1969. - 90 С.
7. Азелицкая Р. Д., Приходченко Н. А., Черных В. Ф. Повышение прочности изделий из вяжущих строительных материалов за счет применения при изготовлении этих изделий омагниченной воды. - В кн.: Акустическая и магнитная обработка веществ. Новочеркасск. Изд. Новочеркас. политехн. ин-та., 1966. - С. 31-35.
8. Физико-химическая механика дис-персных структур в магнитных полях. //Под ред. Н. М. Круглицкого. К.: Наукова думка, 1976. - 194 С.
УДК 691.327.002.612
Влияние магнитной обработки воды на изменение прочностных показателей цементного камня /И. Н. Эриванцев, В. Н. Лазарев, Т. Н. Дубов //Вгсник Приднгпровськог державное академгг будгвництва та архгтектури. -Днгпропетровськ: ПДАБА, 2008. - Х 9. - С. 18-21. - рис. 3. - Бгблгогр.: (8 назв.).
Освещен вопрос улучшения качества бетонных смесей за счет применения омагниченной воды.
