Влияние обработки цементных суспензий на ускоренное твердение бетонов
Повышение эффективности ускоренно го твердения бетонов при обработке достигается разлнч- нимп способами. Целесообразно с последующей обработкой цементных палет или воды затворения физическими воздействиями, например акустическими, электромагнитными нолями, тепловым и другими методами.
Изучали влияние комплексной ультразвуковой и магнитной обработки малоконцентрированных (0,5—2,5%) цементных суспензий, используемых для затворения бетонных смесей, на ускоренное твердение бетона при тепловлажностной обработке.
В исследованиях использовали портландцемент марок М 500 и Ai 400 Балаклейского завода, песок Змеевского карьера с Д1Кр=1,18, гранитный щебень Кременчугского карьера фракции 10— 20 мм п водопроводная вода, отвечающая требованиям ГОСТ 2874—73. Бетонную смесь марки М 200 готовили в соотношении Ц:П\Щ:В, равном: 1:1,5:3,1:0,6 для цемента марки М500 и 1: 1,4:2,8:0,54 для цемента марки М 400. при этом обеспечивалась подвижность смесей 10—12 см. Такие смеси изготовляют на Харьковском ДСК-1 по кассетной технологии.
Из бетонных смесей формовали образцы-кубы с размером ребра 0,1 м, которые после I ч выдерживания подвергали тепловлажностной обработке (с использованием пригруза) по режиму 1+3+1 ч. Изотермическое выдерживание проводили при температуре 95— 98° С. Прочность бетона на сжатие определяли через 4 ч после тепловлажностной обработки и на 28-е сутки последующего твердения в нормальных условиях — по результатам испытаний шести образцов. Точность измерений составляла ±5% при надежности 95%. Контрольные образцы затворяли водопроводной водой, а исследуемые — малоконцентрированными цементными суспензиями, приготовленными из того же цемента, и подвергали их ультразвуковой и магнитной обработке. Прочность контрольных образцов R,< через 4 ч после пропаривания составляла 1 2,0 МПа, а на 28-е сутки — 123,8 МПа.
Исследования проводили на Харьковском ДСК-1 на опытно-промишленной установке для комплексной ультразвуковой и магнитной обработки малоконцентрированных цементных суспензий (рис. I). Установка состоит из емкости для приготовления цементной суспензии при непрерывном перемешивании; насоса, обеспечивающего подачу суспензий в емкость ультразвуковой и аппарат магнитной обработки. В емкость ультразвуковой обработки вертикально вмонтирован магнитострикционный преобразователь ПМС-6-22, работающий на частоте 22 кГц от генератора УЗГ-1-4. Интенсивность ультразвуковых колебаний, создаваемых преобразователем на резонансной частоте, составляла 39— 41 кВт/м2. АГагнитную обработку суспензий производили с помощью аппарата электромагнитной обработки воды АМО-25-У4 производительностью 20 м/3ч. Скорость движения суспензий в зонах ультразвуковой и магнитной обработки регулировали и контролировали вентилями и расходомерами. Система трубопровода в установке обеспечивала возможность ультразвуковой обработки суспензий по замкнутому циклу.
Использование акустических колебаний и, в частности, ультразвука как средства воздействия на вещество связано с возникновением в жидкости области, характеризуемой образованием п мгновенным смыканием и полостей и сильным разрушающим действием [3, 5, б]. Эффективность ультразвуковой обработки цементных суспензий при разной концентрации и скорость движения контролировали изменением прочности бетона R,RK и разрушающего действия кавитационной области ультразвукового. В качестве контрольного е« было принято разрушающее действие ультразвукового ноля в неподвижной водопроводной воде по методике [5], в качестве RK—прочность контрольного образца бетона.
Наиболее эффективен тот режим обработки воды магнитным нолем, при котором наблюдается выделение при кипячении наименьших по сравнению с необработанном водой кристаллов веществ, называемых (соли жесткости воды). Эффективность магнитной обработки цементных суспензий оценивали приростом прочности бетона, а обработки воды кристаллооптическим способом [4] по коэффициенту качества магнитной обработки воды К, который рассчитывали по формуле
Проведенные исследования показали, что при затворении бетонных смесей необработанными цементными суспензиями прочность бетона через 4 ч после тепловлажностной обработки повышается на 20—25% (рис. 2). При ультразвуковой обработке суспензии прирост прочности бетона п разрушающее действие кавитационной области ультразвукового поля завис ни- от концентрации суспензий и скорости их движения в ультразвуковом поле.
Максимальный прирост прочности бетона » наибольший коэффициент качества магнитной обработки воды достигались при одинаковой напряженности магнитного поля, равной 0,94-105 А/м (1180 Э). Причем зависимости R/RK=f(H) и R—1(H) имели одинаковый характер и непосредственную прямую взаимосвязь (рис. 4). Это позволило по максимальному значению коэффициента К определить оптимальный режим магнитной обработки малоконцентрированных цементных суспензий. Кроме того, из рис. 3 следует, что эффективность магнитной обработки цементных суспензий повышается в результате предварительной ультразвуковой обработки.
Для бетонов, твердевших в течение 28 сут после тепловлажностной обработки в нормальных условиях, характер всех описанных зависимостей сохранялся. Наибольший прирост прочности был достигнут при 1,5%-пой концентрации суспензии затворения, подвергнутой комплексной ультразвуковой и не магнитной обработке при оптимальных режимах, и составлял 25% относительно контрольных образцов. Аналогичные результаты получены для бетонов, приготовленных на портландцементе марки М 400,
Высокие температура и давление при образовании КИТ в кавитационной области поддерживают стабильность последних в условиях тепловлажностной обработки бетонов. Приготовление цементных суспензий из того же цемента, что и бетонная смесь, обеспечивает структурную и химическую аналогию КИТ и основной массы гидратных новообразований, возникающих при твердении бетона. Обработка обработанных ультразвуком суспензий способствует образованию дополнительных КИТ в результате увеличения в объеме затворителя количества участков с повышенной концентрацией гидратов и активизирует уже образовавшиеся при ультразвуковой обработке [4].
Затворение бетонных смесей суспензиями, содержащими активные КИТ, увеличивает общую концентрацию кристаллической фазы в твердеющем бетоне и способствует самопроизвольному возникновению большого числа сростков гидратов на ранней стадии твердения [I]. Кроме того, выполняет функции ориентирующих подложек для возникающих в бетоне гидратов п могут ускорять реакции гидратации, уменьшая действие оболочек на зернах цемента [1,2]. В результате новы in ас гея прочность бетона после обработки и, как показала микроскопия шлифов бетона.