CC BY
24
УДК 622.733:537.064.32
САФРОНОВ ВЛАДИМИР НИКОЛАЕВИЧ, канд. техн. наук, доцент, [email protected]
САРКИСОВ ЮРИЙ СЕРГЕЕВИЧ, докт. техн. наук, профессор,
КУГАЕВСКАЯ СОФЬЯ АЛЕКСАНДРОВНА,
ЦИЛИМОВА ЕЛЕНА, студентка,
Томский государственный архитектурно-строительный университет, 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2
ЦИКЛОВАЯ МАГНИТНАЯ АКТИВАЦИЯ ГАЗОНАПОЛНЕННЫХ ЖИДКИХ СРЕД ЗАТВОРЕНИЯ ЦЕМЕНТНЫХ СИСТЕМ
В работе рассматриваются аспекты по влиянию режимов цикловой магнитной активации на свойства различных типов газонаполненных жидких сред затворения и последействия от применения подобного типа активированной воды затворения цементных систем. Получен полиэкстремальный характер кинетических кривых структурообразования, присущий при всех принятых в исследованиях газонаполненных жидких сред затворения.
Ключевые слова: цемент, активация воды, газонаполненные жидкие среды, свойства.
SAFRONOV, VLADIMIR NIKOLAEYEVICH, Cand. of tech. sc., assoc. prof., [email protected]
SARKISOV, YURI SERGEYEVICH, Dr. of tech. sc., prof.,
KUGAEVSKAYA, SOPHIA ALEKSANDROVNA,
TSILIMOVA, ELENA, student,
Tomsk State University of Architecture and Building,
2 Solyanaya sq., Tomsk, 634003, Russia
CYCLIC MAGNETIC ACTIVATION OF GAS-FILLED LIQUID MEDIUM FOR MIXING OF CEMENT MIXTURES
The paper considers researches on applications of technologies for cyclic magnetic activation of hydraulic mixing water.
The effectiveness of activation technology of gas-filled liquid mixing medium for cement mixtures is determined. The basic rules of changes that occur in structure of harden components on the basis of activated gas-filled liquid mixing medium are found out.
Keywords, cement, activation, gas-filled liquid medium, properties.
В настоящее время накоплен огромный экспериментальный материал по активации воды и водных растворов физическими, химическими и комбинированными воздействиями различной природы [1-8].
© В.Н. Сафронов, Ю.С. Саркисов, С.А. Кугаевская, Е.И. Цилимова, 2009
С фундаментальной точки зрения активация воды обусловлена различным характером протекания во времени процессов релаксации кинетической и потенциальной энергий [9, 10]. Энергия активирующего воздействия определяет число возможных конфигураций пространственных химических связей, образующих относительно устойчивые комбинации структур, молекулы которых характеризуются отличными от равновесного состояния функциями распределения электронной плотности. Вода - это уникальный природный минерал с континуальными, кластерными и клатратными образованиями. Главной отличительной особенностью таких образований является их высокая чувствительность к воздействию даже самых слабых сил различной природы. Это позволяет утверждать, что неактивированной воды в природе не существует и говорить можно только лишь о сопоставлении одного ее активированного состояния с другим [11]. Поэтому изменение свойств воды при слабых воздействиях привлекает пристальное внимание ученых. Безусловно, это прежде всего относится к влиянию на воду магнитных полей. Механизм влияния магнитного поля на воду до сих пор не ясен, но сам факт изменения свойств воды после магнитной обработки сегодня не вызывает сомнений. Омагниченная вода благодаря простоте и дешевизне ее получения нашла широкое применение в различных областях промышленности, сельского хозяйства и медицины. Предполагается, что после магнитной обработки изменяется структура воды, состояние содержащихся в ней примесей и растворенных веществ, происходит ее дегазация [12, 13]. Согласно представлениям В.И. Миненко [14], воздействие на воду магнитного поля вызывает асимметричный сдвиг гидратных оболочек ионов и существенно влияет на процессы самоорганизации водной среды. Этим, по-видимому, можно объяснить изменение электропроводности, диэлектрической проницаемости, рН, окислительно-восстановительного потенциала, показателя преломления и оптической плотности, уменьшение смачиваемости, увеличение растворимости в воде кислорода [15-17]. Известно [15], что состав воды с учетом изотопного разнообразия отвечает девяти стабильным формам молекул, из которых наиболее распространены изотопы Н218О, Н217О, ДН16О. Но до самого последнего времени практически не обращалось внимания на тот факт, что суммарные концентрации изотопов Н218О, Н217О, ДН16О составляют соответственно 0,1М, 0,02М и 0,15М, что намного больше концентраций ионов в обычной воде. При внешних воздействиях на воду их роль практически никем не изучалась.
К настоящему времени известно, что всегда, даже при самых слабых воздействиях, в воде образуются пероксид водорода и оксиды азота. Для образования Н2О2 требуется значительная энергия (ДfН{)298 = -187,8 кДж/моль). Магнитная энергия составляет ничтожную величину, намного ниже энергии теплового движения, но ее достаточно для запуска спинового механизма процессов изотопного обмена, а также превращений типа триплетный кислород (От) ^ синг-летный кислород (О5), т. е. в воде растворяется только О5, а От выталкивается из среды. Известно, что «подобное растворяется в подобном», поэтому бозон (О8) растворяется в бозонной среде (воде).
В настоящее время максимальная чувствительность измерения концентрации пероксида водорода составляет 10-8 М. Таким образом, генерация Н2О2 может быть следствием эволюции различных форм кислорода в воде. Она
Цикловая магнитная активация
91
должна сопровождаться каскадом физических процессов и химических реакций, которые пока не удается надежно регистрировать, равно как и мгновенную структуру воды, т. е. ее сугубо неравновесное состояние. Мгновенные состояния могут характеризоваться дальним порядком, но период их существования сопоставим с временем релаксации воды (10-9 с).
Теория влияния магнитного поля на воду до конца еще не разработана. Но прикладные исследования активно развиваются и стимулируют развитие теории. Анализ особенностей растворенных газов в воде при наложении магнитного поля побудил авторов обратить внимание на газонаполненные жидкие среды затворения в технологии применения цикловой их активации. Исследования по влиянию магнитного поля на газонаполненные жидкие среды в технологии цикловой активации и их применению для затворения цементных систем ранее не проводились.
В работе приведены результаты экспериментов по изменению прочности цементного камня, приготовленного на основе газонаполненных жидких сред, подвергнутых цикловой магнитной активации (табл. 1).
Магнитная активация проводилась в устройстве обработки жидкой среды с индукцией поля в центре, равной 40 мТл, в диапазоне количества циклов воздействия 0-25 с равномерным шагом 5 циклов. В качестве минерального вяжущего принят цемент ООО «Томский цемент» марки ПЦ 500-ДО. Характеристики цемента приведены в табл. 2-5.
Приведенные в табл. 1 данные показывают, что принятые в исследованиях типы жидких сред по своему составу представлены хлоридно-(гидро) карбонатными и сульфатно-хлоридно-кальциевыми группами. Разделение на принятые группы осуществлено с учетом следующего: жидкие среды сгруппированы по составам и соответствующему содержанию примесных газов (сульфатных, хло-ридных, беспримесных); магнитная восприимчивость содержащихся газов и растворенных веществ в воде различна; образование клатратных структур при растворении вышеупомянутых газов и растворенных в воде веществ существенно влияет на структуру воды и ее свойства; с увеличением степени окисления катиона (Katn) и аниона (An-n) радиус ионов существенно возрастает, а гидратаци-онная активность уменьшается.
Очевидно было предположить, что различия в свойствах жидких сред должны сказаться и на характере процессов структурообразования цементного камня при использовании их для затворения цементного теста. Эксперименты проведены при всех прочих равных условиях. Результаты испытания на прочность образцов в 28-суточном возрасте твердения в нормальных условиях приведены на рис. 1-4.
Испытания физико-химических свойств исследуемых жидких сред до и после магнитной обработки показали, что для всех видов газонаполненных жидких сред характерно некоторое увеличение удельной электропроводности воды до 0,6-0,8 Ом-1-см-1 по сравнению с негазированными и дегазированными жидкими средами (менее 0,3-0,4 Ом-1-см-1). При дегазации воды ее поверхностное натяжение возрастало на 3-4 %, а при насыщении воды газами, напротив, резко снижалось вплоть до 10 %. Показатель преломления и оптическая плотность, рН и Eh исследуемых жидких сред также различались между собой.
Таблица 1 ^
Химический состав жидких сред затворения
Тип воды Химический состав, мг/л Общая минерали- зация, мг/л Общая жест- кость, мг-экв/л Соответствие стандарту
Анионы Катионы Доп. вещества
СГ нсо3~ 804- Mg2+ Са2+ Ыа+ + К+ №+ К+
Хлоридно-гидрокарбонатная натриевая (газированная) 300-600 900-1100 150-250 <50 <25 500-800 - - 2000-3000 - ГОСТ 13273-88
Гидрокарбонатная натриевая (газированная) 0-19 170-300 0-19 0-6 1-10 90-140 - Н28Юз 25-50 330-600 - -
Хлоридно-карбонатная (газированная) 220-600 440-700 - 0,5-25 6-30 320^110 - Н28Юз 10-25 1000-1800 - ТУ 9185-001-12441318-04
Г идрокарбонатно-хлоридная натриевая (газированная) 65-75 25-35 <10 <75 <50 800-1100 - - 2,3-3,3 - ТУ 9185-001-14787222-04
Г идрокарбонатно-хлоридная натриевая (среднегазированная) 1000-1800 100-900 <10 <10 <50 1000-1400 - - 2700^1200 - -
Г идрокарбонатно-сульфатная кальциево-натриевая(газированная) 300-500 1000-2000 900-1700 <100 ЗОО^ЮО 700-1200 - Н28Юз 30-90 3200-5800 - ТУ 9185-003-36800549-02
В.Н. Сафронов, Ю.С. Саркисов, С.А. Кугаевская и др.
Окончание табл. 1
Тип воды Химический состав, мг/л Общая минерали- зация, мг/л Общая жест- кость, мг-экв/л Соответствие стандарту
Анионы Катионы Доп. вещества
СГ нсо3~ 804_ Mg2+ Са2+ Ыа+ + К+ №+ К+
Сульфатно-хлоридно-гидрокарбонатная кальцие-во-натриевая (газированная) 50-170 200-330 50-200 - <100 100-250 < 0,005 Серебро в виде вещества, менее 0,005 400-1000 - -
Хлоридно-сульфатная натриевая (газированная) 400-1000 300-650 900-1600 30-130 100-200 550-950 - - 2000^1200 - ТУ 9185-006-02701706-04
Питьевая минеральная негазированная 3,7 258 105 19,9 91 - 7,3 4~9 - 520 - -
Минеральная негазированная 10 403 1187 84 486 - 9,1 Х2 - 2125 7,3 -
чо
Цикловая магнитная активация
Таблица 2
Химический состав клинкера, %
ЯІО2 АІ2О3 РЄ2Оз СаО МяО 8Оз Щелочи С1- СаОСв
21,36 5,46 3,65 66,19 1,41 0,23 До 10 % 0,015 0,39
Таблица 3
Минералогический состав клинкера и вещественный состав цемента, %
СэЯ С2Я С3А С4АБ Вид добавки Количество добавки Количество гипса (ЯО3), %
63,9 13,1 7,9 11,5 - - 2,5-3,0
Таблица 4
Физические характеристики цемента
Остаток на сите 008, % Нормальная густота, % Расплыв конуса, мм Водо- цементное отклонение Сроки схватывания, мин Потери при прокаливании, %
Начало Конец
7,1 25,2 113 0,40 135 198 1,46
Таблица 5
Механические характеристики цемента
Предел прочности, МПа
При нормальном твердении При пропаривании
Изгиб Сжатие Изгиб Сжатие
3 суток 28 суток 3 суток 28 суток 1 сутки 28 суток
5,1 6,9 29,8 50,0 4,8 33,1
Обобщенными результатами экспериментальных исследований является установление повышения пластичности цементного теста, приготовленного на принятых газонаполненных жидких средах затворения при их цикловой магнитной активации. В технологии цикловой магнитной активации газонаполненных жидких сред получено как уменьшение, так и увеличение начала срока схватывания цементного теста. Кинетические кривые зависимости прочности цементного камня от количества циклов магнитной обработки среды затворе-ния имеют свои особенности и различны как для каждой из принятых групп газонаполненных жидких сред, так и внутри каждой из групп. Общим при этом является полиэкстремальный характер хода кинетических кривых структурооб-разования. Прочность образцов систем твердения практически при всех типах газонаполненных жидких сред и обработанных магнитным полем выше прочности образцов контрольных серий (неактивированных).
7?
72
(№
бб
63
60
37
54
■
Г
ы
10 14 20 24 .10
Рис. 1. Зависимость прочности цементного камня (МПа) от количества циклов омагничивания:
а - воды хлоридно-гидрокарбонатной натриевой; б - воды гидрокарбонатной натриевой; в - воды хлоридно-карбонатной
40
(Л
Цикловая магнитная активация
Рис. 2. Зависимость прочности цементного камня (МПа) от количества циклов омагничивания:
а - воды гидрокарбонатно-хлоридной натриевой; б - воды гидрокарбонатно-хлоридной натриевой (среднегазированной)
В.Н. Сафронов, Ю.С. Саркисов, С.А. Кугаевская и др.
67
62
37
32
57
56
54
08
64
62
Рис. 3. Зависимость прочности цементного камня (МПа) от количества циклов омагничивания:
а - воды гидрокарбонатно-сульфатной кальциево-натриевой; б - воды сульфатно-хлоридно-гидрокарбонатной кальциево-натриевой; в - воды хлоридно-сульфатной натриевой
40
^1
Цикловая магнитная активация
Рис. 4. Зависимость прочности цементного камня (МПа) от количества циклов омагничивания: а - воды питьевой минеральной; б - воды природной минеральной
В.Н. Сафронов, Ю. С. Саркисов, С.А. Кугаевская и др.
Цикловая магнитная активация
99
Полученные закономерности поведения цементных систем на основе активированных газонаполненных жидких сред по принятой цикловой технологии расширяют представления о влиянии постоянного магнитного поля на исследуемые жидкие среды и позволяют разработать технологические приемы рационального применения газонаполненных жидких сред для затворения цементных систем.
Библиографический список
1. Антонченко, В.Я. Основы физики воды / В.Я. Антонченко, А.С. Давыдова, В.В. Ильин. -Киев, 1991. - 668 с.
2. Классен, В.И. Омагничивание водных систем / В.И. Классен. - М. : Химия, 1982. - 296 с.
3. Мокроусов, Г.М. Физико-химические процессы в магнитном поле / Г.М. Мокроусов, Н.П. Горленко. - Томск : ТГУ, 1988. - 128 с.
4. Летников, Ф.А. Активированная вода / Ф.А. Летников, Т.В. Кащеева, А.Ш. Минцис. -Новосибирск : Наука, 1976. - 135 с.
5. Активированные жидкости, электромагнитные поля и фликер-шум. Их применение в медицине и сельском хозяйстве / О.А. Пасько, А.В. Семенов, Г.В. Смирнов [и др.]. -Томск : ТУСУР, 2007. - 410 с.
6. Сокольский, Ю.М. Омагниченная вода: правда и вымысел / Ю.М. Сокольский. - Л. : Химия, 1990. - 144 с.
7. Электрохимически активированная вода в технологии цементных систем / В.Д. Семенов, Г. Д. Семенова, А.Н. Павлова [и др.] ; под ред. Ю.С. Саркисова. - Томск : ТУСУР, 2007. - 251 с.
8. Сафронов, В.Н. Электрофизические технологии активации строительных материалов / В.Н. Сафронов. - Томск : ТГАСУ, 2005. - 140 с.
9. Механизм изменения реакционной способности активированных веществ / В.М. Бахир [и др.] // Известия АН Узб. ССР. Сер. техн наук. - 1982. - № 4. - С. 70-75.
10. Физическая природа явлений активации веществ / В.М. Бахир [и др.] // Известия АН Узб. ССР. Сер. техн наук. - 1983. - № 1. - С. 60-64.
11. Левдикова, Т.Л. Кодированное структурирование / Т.Л. Левдикова // Строительство. -2003. - № 10. - С. 56-61.
12. Давидзон, М.И. О действии магнитного поля на слабопроводящие водные системы / М.И. Давидзон // Известия вузов. Физика. - 1985. - Т. 28. - № 4. - С. 89-94.
13. Брук, О.Б. Механизм магнитной обработки природных вод / О.Б. Брук // Магнитные поля в биологии, медицине и сельском хозяйстве. - Ростов н/Д., 1985. - С. 151-153.
14. Миненко, В.И. Магнитная обработка водно-дисперсных систем / В.И. Миненко. - Киев : Техника, 1970. - 166 с.
15. Горленко, Н.П. Низкоэнергетическая активация цементных и оксидных вяжущих систем электрическими и магнитными полями : автореф. дис. ... докт. техн. наук. - Томск, 2006. - 42 с.
16. Влияние магнитного поля на электропроводность растворов / П.А. Александров [и др.] // ДАН СССР. - 1983. - Т. 286. - № 4. - С. 848-850.
17. Классен, В.И. О поведении растворенных газов при магнитной обработке водных систем / В.И. Классен, О.Т. Крылов // Коллоидный журнал. - 1980. - № 3. - С. 142-144.
