К вопросу электроосмотической обработки твердеющего бетона
Формование бетонных и железобетонных конструкции является одним из важных технологических переделов, от которого во многом зависит их качество н внешний вид. Оно значительно облегчается и упрощается при применен пластичных бетонных смесей, которые наиболее часто используются, например, и зарубежной практике. Вместе с том применение пластичных бетонных к перерасходу цемента, получению бетона более пористой структуры н замедленного твердения, уменьшению долговечности конструкций, повышению их деформатимиых характеристик.
В то же время жесткие бетонные смеси непригодны для изготовления густо- армированных и тонкостенных конструкций, где весьма затруднительно. А таких конструкций в настоящее время производится довольно много и будет производиться еще больше, так как они отличаются меньшей материалоемкостью.
Такими технологическими решениями, которые гармонично сочетали бы в себе преимущества применения пластичных и жестких бетонных смесей, являются вакуумирование, центрифугирование, прессование, электрооомотическое обезвоживание. Первые два заняли определенное место в заводской и построечной технологиях; третий применяется в отдельных случаях при изготовлении некоторых изделий. Способ электроосмотической обработки еще не получил распространения. Однако исследования, выполненные в ЦНИИЭП жилища, ЛенЗНИИЭП и в других организациях, показали, что электроосмотическое обезвоживание материала в ряде случаев довольно эффективно и этот метод авторами разработок рекомендуется для широкого производственного применения.
Явление электроосмоса представляет собой движение жидкости в пористых телах под воздействием постоянного электрического тока. Оно было открыто профессором Московского университета Рейсом в 1807 г. и нашло применение в ряде областей промышленности — для очистки воды от различных примесей, для осушения торфа и грунтов, а также в некоторых медленно идущих процессах.Первые работы по изучению элоктрооомоса применнтельно к бетонам, выполненные в 50-е годы, послужили началом серии исследований в пашей стране и за рубежам. Сегодня уже можно подвести некоторые итоги в этой области. Анализ имеющихся в литературе данных показывает, что по многим вопросам имеются существенные расхождения.
Так, в статье указывается, что при помощи электроосмосаможно удалить из бетонной смеси до 13,4% воды, уменьшить водоцементное отношение и тем самым увеличить прочность бетона до 35%. Согласно данным под воздействием электроосмоса из смеет может быть удалено 18—25% воды от первоначального ее содержания; при этом сокращается общая пористость, увеличивается морозостойкость бетонов и прочность возрастает на 25%- В работе показано, что прочность бетонных образцов, подвергшихся электроосмотической обработке, в одном случае уменьшилась на lO—16%, а в другом случае повысилась на 4—6% по сравнению основном не за счет обезвоживания бетонной смеси, а в результате электрохимической активации цемента при воздействии постоянного электрического тока.
Подобные взгляды высказаны и в работах. По данным теоретических последований, проведенных в Венгрии, элсктроосмотическим методом можно удалить из бетонной смеси всю содержащуюся в нем свободную воду, за исключением количества, необходимого для гидратации цемента. Кроме того, отмечалось, что при элоктроосмотическом переносе жидкости в бетоне образуются направленные, что может привести к уменьшению ого прочности. Для закрытия пор рекомендуется сочетать электроосмос с вибрацией бетона. Из работы известно, что под действием электроосмоса из бетона удаляется около 10—l2% воды. При этом на величину обезвоживания влияет материал электродов и напряжение; с повышением последнего понижается процент обезвоживания бетона. При градиенте напряжения 1,5 е/см обезвоживание достигает 15%, а при 7 г/см всего 8%. После обезвоживания водоцементное отношение бетонной смеси уменьшается на 6—12% куда указывает, что электроосмос не является высокоэффективным способом обезвоживания, но одновременное обезвоживание и обогрев позволяет достичь того эффекта, которого невозможно получить при обработке бетона другими способами.
Таким образом, единая точка зрения на роль электроосмоса в обезвоживании бетона отсутствует.
В НИИЖБе также изучалось воздействие электроосмоса на бетонную смесь на специальной установке (рис. 1), ниже приведены некоторые результаты.
Установлено, что величина обезвоживания бетонной смеси при обработке ее постоянным током зависит не только от я плен и я электроосмоса, но и от многих других факторов: первоначального количества «воды, вида бетона п способа его уплотнения, гидростатического давления, влагой роиодности н термоала.го- нропюдиости, параметров тока и др.
В ходе экспериментов установлено, что обезвоживание является результатом действия нескольких факторов. Так, у тяжелого бетона влагопотери от вибрации составляют 8—17%. от маосопереноса за счет температурного перепада 7—8%, от гидростатического давления 1—3%, от электроосмотического воздействия 2—2,8%. Отбор влаги от бетона вследствие электроосмоса у легкого бетона и цементного теста еще меньше и соответственно составляют 0,0—0,6% н 1,8—2,3% (рис. 2).
Теоретический подсчет величины обезвоживания бетонной смеси дает примерно тот же результат, что и экспериментальные данные.
Время действия электроосмотических сил при обезвоживании бетона-находится в пределах 1 ч, так как в дальнейшем механически связанной воды в бетоне остается мал-о, ибо она быстро расходуется на гидратацию, физически и химически связывается с новообразованиями, теряется благодаря маосообмену со средой.
Эксперименты показывают, что скорость движения жидкости в бетонной смеси вследствие электроосмоса незначительна н составляет 0,054—0,2 см/ч. Даже от гидростатического давления она примерно в 2 раза выше и составляет 0,08—0,47 см/ч.
Итак, наибольшее влияние на величину обезвоживания бетона оказывают вибрация из-за наличия температурных градиентов. Что касается электроосмоса, то величина его влияния незначительна и практически не может оказаться на изменении прочности бетона. Это подтверждается опытами. Так, если в возрасте 3 сут. прочность бетонных кубиков размером 10Х10Х10 см, подвергнутых электроосмотической обработке, в ряде случаев была па 10% больше, а в ряде случаев на 15% меньше по сравнению с контрольными образцами нормального твердения, то в возрасте 28 сут. прочность и тех и других образцов была почти одинаковой.
Совместное воздействие на бетонную смесь электроосмоса и температурного фактора при градиенте напряжении постоянного тока 2—8 о/см когда начинается интенсивный разогрел смели. Режим 2+3+2 ч при температуре изотермического 80°С. Сразу после распалубки и в возрасте 3 сут. образцы имели прочность значительно более высокую но сравнению с контрольными. Но их прочность совершенно не отличалась от прочности образцов, подвергшихся элоктрообогреву, т. е. когда действовал только температурный фактор. В поздние сроки (28 сут.) прочность образцов этой партии составляла 80— 90% контрольной. Здесь также имел место некоторый недобор прочности, характерный для любого вида тепловой обработки бетона. Влияние какого-либо другого фактора, и в частности электраосмоса, не наблюдается.
Это лишний раз подтверждает тот факт, что постоянный электрический тог оказывает влияние на твердение бетона только за счет нагрева при превращении электрической энергии в тепловую. Непосредственно ощутимого влияния на твердение бетона сам электрический ток не оказывает. Поскольку в литературе встречаются утверждения о наличии электрохимической активации процессов твердения при пропускании через бетон постоянного электрического тока или постоянного тока переменной полярности, в НИИЖБе провели физико-химические исследования цементного камня, который подвергся в период твердения электроосмотичеокой обработке. При визуальном осмотре образцов каких-либо изменений ® макроструктуре не наблюдалось. Можно было отметить лишь наличие окислов железа иа поверхности анодной зоны за счет окисления электродов.
В возрасте 3 сут. цементный камень состоял из не проптаротированмых клинкерных зерен н гидратированной массы. Клинкерные зерна представлены алитом, белитом, алюмоферритом, в меньшем количестве присутствовали алит и алюмоферрит. Таким образом, имеет место картина идентичная той, которая наблюдается при твердении цементного камия в нормальных условиях. Петрографическим анализом установлено, что образны, обработанные постоянным током, в возрасте 3 сут. имеют пониженную степень гидратации цементных зерен (на 10—20% по сравнению с контрольными нормального твердения). Это подтверждает и дифференциально-термический анализ, показывающий меньшую потерю в весе проб, обработанных постоянным током, особенно в при электродных зонах.
При общем анализе структуры о можно заметить, что электрическим ток хотя и незначительно, но нее же понижает степень гидратации цементных зерен даже при eomiMOCTsioM наложении электрического полей. Объясняется это не изменением электрохимической активации цемента, а обыкновенным обезвоживанием за счет рассмотренных выше явлений.
Это имеет место при любых методах сухого прогрева, в том числе при электропрогреве бетона, особенно в при электродных зонах. Рентгеноструктурный качественный анализ не показал каких-либо новых фаз в новообразованных по сравнению с цементным камнем эталонных образцов. Это же относится и к образцам цементного камня в возрасте 28 сут. и к образцам более длительного выдерживания.
Рассматривать электроосмотическое обезвоживание бетона нельзя в отрыве от других вопросов, связанных с применением постоянного электрического тока. Одну из следствий воздействия постоянного тока является электролиз — разложение воды с выделением водорода на катоде и кислорода на аноде. Это ведет к окислению стального электрода и появлению на соприкасающейся с мим поверхности бетона пятен ржавчины (рис. 3). Смена полярности через 1 — 3 мин усугубляет- положение, вызывая коррозию обоих электродов, попеременно служащих анодом и катодом. В результате снижается долговечность оборудования, пятна ржавчины на поверхности бетона портят внешний вид изделий.
Серьезным вопросом является получение постоянного электрического тока, для чего требуются специальные генераторы, площади для их установки, обслуживающий персонал. Дополнительные расходы будут удорожать продукцию, не говоря о возрастающей сложности производства.
Нерешенным вопросом при электроосмотической обработке бетона являются фильтрующие стенки, которые должны обеспечивать строгие геометрические размеры изделий, являться одним из электродов и отфильтровывать воду. Без отработки надежных и долговечных невозможно в производственных условиях использовать этот технологически и прием.
При применении элоктроосмотическогой обработки бетона необходимо учитывать также включение в цепь операций по приготовлению изделий дополнительного технологического передела, который требует довольно значительного времени — около 60 мин.
К сожалению, широко рекламируя метод электроосмотической обработки бетона и рекомендуя его для производственного применения, некоторые специалисты увлекаются и совершенно обходят молчанием (негативные стороны метода. И ведь хорошо известно, что неотработанность любого нового технологического передела при внедрении в производство без участия институтов, как правило, не дает ожидаемого результата. Это приводит к дискредитации метода, который при должной доработке мог бы оказаться полезным.
Выводы
Электроосмотическое обезвоживание бетонной смеси, возникающее при пропускании через нее постоянного электрического тока, незначительно и не превышает 2—3% почти для всех видов бетонов. Физико-механические свойства бетона, прошедшего обработку, практически не изменяются и не отличаются от таких же бетонов, не подвергавшихся обработке.
Наблюдаемое при обработке бетона постоянным током с градиентом напряжения 2—8 см обезвоживание смеси является результатом действия нескольких факторов: температурного градиента, гидростатического давления, способа уплотнения, маосообмена с окружающей средой; доля электроосмотичеокого обезвоживания среди них невелика.
При переменном токе также имеют место все вышеуказанные факторы по обезвоживанию бетона, кроме электроосмотического.
Применение электроосмоса для обезвоживания бетона пока еще в достаточной степени не отработано и рекомендовать его для широкого производственного внедрения внедрения преждевременно. Хотя в сочетании с другими способами обработки бетонной смеси обезвоживание может дать определенный эффект. Электроосматическую обработку следует Тщательно стробировать в опытно-производственных условиях, отработать необходимое оборудование, убедиться в его технической и экономической эффективности и только после этого решать вопрос о целесообразности производственного внедрения в больших масштабах.