Способ приготовления бетонной смеси

Изобретение относится к технологии приготовления бетонных смесей и изделий из них. Технический результат - повышение степени гидратации, темпов твердения и прочности бетонного камня. В способе приготовления бетонной смеси, включающем перемешивание части жидкости затворения с цементом в турбулентном смесителе-активаторе и их одновременный электроразогрев током от промышленной сети до заданной температуры, введение оставшейся части жидкости затворения в бетоносмеситель с заполнителем, последующее введение полученной разогретой суспензии в бетоносмеситель и окончательное перемешивание полученной смеси, предварительно в объеме (40÷70)% жидкости затворения заливают в турбулентный смеситель-активатор анолит, имеющий значение водородного показателя (рН)_ан, лежащее в диапазоне 1,5≤(рН)_ан≤6, который в процессе заливки в турбулентный смеситель-активатор пропускают со скоростью (1÷2) м/с через поперечное магнитное поле с напряженностью (500÷2000) Э, после чего засыпают в турбулентный смеситель-активатор цемент, причем частицы его в процессе его засыпки заряжают отрицательным электростатическим зарядом, для чего цемент пропускают через сетчатый электрод, на который подают отрицательный высоковольтный потенциал, абсолютная величина которого лежит в диапазоне (10÷12) кВ, затем смешивают омагниченный анолит с электростатически заряженными частицами цемента в турбулентном смесителе-активаторе, при этом одновременно с заливкой жидкости затворения в турбулентный смеситель-активатор, в бетоносмеситель с заполнителем также заливают оставшуюся часть жидкости затворения, в качестве которой используют упомянутый выше анолит, или католит, имеющий значение водородного показателя (рН)_кат, лежащее в диапазоне 9≤(рН)_кат≤13,5, причем упомянутую жидкость затворения - анолит или католит в процессе ее заливки в бетоносмеситель с заполнителем также пропускают со скоростью (1÷2) м/с через поперечное магнитное поле, напряженность которого лежит в диапазоне (500÷2000) Э, затем после перемешивания и разогрева суспензии - цементного теста до заданной температуры ее также переливают в бетоносмеситель и полученную смесь окончательно перемешивают. 1 ил.

 

Изобретение относится к области строительства, а именно к технологии приготовления бетонных смесей и изделий из них.

Известен способ активации цементного теста путем воздействия знакопеременного постоянного тока в электроактиваторе [1].

Недостатком данного способа является его низкая производительность, а также необходимость применения электрооборудования для выпрямления промышленного тока и его знакопеременного воздействия на цементное тесто.

Кроме того, развитая внутренняя поверхность электроактиватора, соприкасающаяся с бетонной смесью, затрудняет процесс ее очистки от налипшего цементного теста.

Известен способ раздельного приготовления бетонной смеси путем предварительного приготовления цементного теста в скоростном смесителе-активаторе с последующим его перемешиванием с заполнителем в бетоносмесителе до получения готовой бетонной смеси. Смеситель-активатор обеспечивает перемешивание цемента с водой при скорости вращения (18÷24) м/с [2].

Недостатками указанного способа являются низкая степень активации цементного теста и медленные темпы набора прочности твердеющего бетона.

Кроме того, данный способ не позволяет получить предварительно разогретые бетонные смеси, эффективно применяемые в технологии зимних бетонных работ и обеспечивающие сокращение сроков изготовления бетонных изделий на заводах сборного железобетона.

Наиболее близким из известных способов является способ приготовления активированной бетонной смеси, включающий перемешивание воды с цементом в турбулентном смесителе-активаторе, введение полученной суспензии в бетоносмеситель с заполнителем и окончательное перемешивание. Одновременно с перемешиванием цемента с водой производят их электроразогрев током от промышленной сети до заданной температуры. При разогреве поддерживают постоянную величину электросопротивления суспензии (бетонного теста) путем регулирования количественного содержания воды. Оставшуюся часть от расчетной (рецептурной) дозы жидкости затворения вводят в бетоносмеситель с заполнителем [3].

Недостатками способа-прототипа являются низкая гидратация цемента, длительное время схватывания цемента и низкая прочность бетонного камня.

Целью изобретения является повышение гидратации, темпов твердения и прочности бетона.

Поставленная цель достигается тем, что в способе приготовления бетонной смеси, включающем перемешивание части жидкости затворения с цементом в турбулентном смесителе-активаторе, их одновременный электроразогрев током от промышленной сети до заданной температуры, введение оставшейся части от расчетной (рецептурной) дозы жидкости затворения в бетоносмеситель с заполнителем, последующее введение полученной разогретой суспензии (цементного теста) в бетоносмеситель и окончательное перемешивание полученной смеси. При этом дополнительно при засыпке цемента в турбулентный смеситель-активатор его частицы заряжают отрицательным электростатическим зарядом. Для электростатической зарядки частиц цемента их пропускают через сетчатый электрод, на который подают высоковольтный отрицательный потенциал, абсолютная величина которого лежит в диапазоне (10÷12) кВ. Причем для приготовлении суспензии (цементного теста) в качестве жидкости затворения используют анолит, имеющий значение водородного показателя (рН)_ан, лежащее в диапазоне 1,5≤(рН)_ан≤6. Анолит в объеме (40÷70) % от расчетной (рецептурной) дозы жидкости затворения заливают в турбулентный смеситель-активатор. В процессе заливки в турбулентный смеситель-активатор анолит пропускают со скоростью (1÷2) м/с через поперечное магнитное поле, напряженность которого лежит в диапазоне (500÷2000) Э. Обработанный в магнитном поле анолит смешивают в турбулентном смесителе-активаторе с электростатически заряженными частицами цемента, одновременно обеспечивая прогрев приготавливаемой суспензии до заданной температуры. После перемешивания частиц цемента с омагниченным анолитом и разогрева до заданной температуры суспензии (цементного теста) ее переливают в бетоносмеситель. Оставшуюся от расчетной (рецептурной) дозы часть жидкости затворения, в качестве которой используют упомянутый выше анолит, или католит, имеющий значение водородного показателя (рН)_кат, лежащее в диапазоне 9≤(рН)_кат≤13,5, в процессе ее заливки в бетоносмеситель с заполнителем также пропускают со скоростью (1÷2) м/с через поперечное магнитное поле, напряженность которого лежит в диапазоне (500÷2000) Э.

Сущность изобретения состоит в следующем. Частицы цемента заряжают электростатическим отрицательным зарядом. Электростатическую зарядку частиц цемента осуществляют индукционным способом [4]. Индукционный способ заключается в том, что для зарядки частиц цемента отрицательным электростатическим зарядом, цемент пропускают через сетчатый электрод, на который подают относительно заземленного корпуса турбулентного смесителя-активатора высоковольтный отрицательный потенциал, абсолютная величина которого лежит в диапазоне (10÷12) кВ.

Выбор указанного диапазона значений высоковольтного потенциала на сетчатом электроде обусловлен следующими соображениями. Эффективность электростатической зарядки индукционным способом зависит от величины потенциала индуцирующего электрода, через который пропускают электростатически заряжаемые частицы цемента. Чем выше потенциал на индуцирующем электроде, тем большее количество частиц цемента приобретают электростатический заряд и тем выше приобретаемый заряд каждой частицы. При подаче на сетчатый электрод потенциала, по абсолютной величине меньшего, чем 10 кВ, происходит снижение эффективности электростатической зарядки частиц цемента. Увеличение абсолютной величины потенциала на сетчатом электроде за 12 кВ нецелесообразно, так как в промежутке между сетчатым электродом и заземленными частями установки для приготовления бетонной смеси могут возникать нежелательные разрядные явления, для предотвращения которых потребуется принять дополнительные технические меры, что усложнит способ.

Отрицательно заряженные частицы цемента транспортируют в турбулентный смеситель-активатор, в который предварительно заливают анолит, имеющий значение водородного показателя (рН)_ан, лежащее в диапазоне 1,5≤(рН)_ан≤6. При заливке в турбулентный смеситель-активатор анолита его пропускают со скоростью (1÷2) м/с через поперечное магнитное поле, напряженность которого лежит в диапазоне (500÷2000) Э.

Отрицательно заряженные частицы цемента имеют избыточное количество электронов и являются донорами электронов, восстановителями. Анолит, имеющий значение водородного показателя (рН)_ан, лежащее в диапазоне 1,5≤(рН)_ан≤6, что указывает на высокую концентрацию положительно заряженных ионов водорода, наоборот, являются акцептором электронов, окислителем. Поэтому, взаимодействие отрицательно заряженных частиц цемента с положительно заряженными ионами анолита приводит к активизации протекающих между цементом и анолитом окислительно-восстановительных процессов, лежащих в основе гидратации цемента и в основе процессов схватывания и твердения бетонной смеси. Более эффективному взаимодействию между электростатически отрицательно заряженными частицами цемента и положительно заряженными ионами воды сопутствует тот факт, что под действием кулоновских сил взаимного расталкивания одноименно заряженных частиц цемента, между отдельными слоями цемента возникают дополнительные промежутки, что способствует более эффективному омыванию каждой из частиц цемента анолитом. После того как в цемент, частицы которого заряжены отрицательным электростатическим зарядом, проникает анолит, частицы которого несут на себе положительный электростатический заряд, происходит внутреннее притяжение разноименно заряженных частиц. За счет сил кулоновского притяжения между отрицательно заряженными частицами цемента и положительно заряженными частицами анолита происходит внутреннее сжатие получаемой суспензии. Эти физико-химические процессы существенно увеличивают гидратацию цемента, повышают прочность бетонного камня, снижают количество воды, идущей на затворение смеси, и улучшают другие важные характеристики бетонной смеси. При этом чем ниже значение (рН)_ан и больше абсолютная величина электростатического отрицательного заряда частиц цемента, тем интенсивнее будут происходить окислительно-восстановительные процессы между частицами цемента и анолита. Выбор диапазона значений (рН)_ан обусловлен следующими факторами. Как было сказано выше, чем ниже значение (рН)_ан, тем интенсивнее будут происходить окислительно-восстановительные процессы между отрицательными частицами цемента и положительными частицами анолита. Однако получить из водопроводной воды в электролизере значение 1,5≤(рН)_ан практически невозможно. Поэтому в качестве нижней границы (рН)_ан было взято упомянутое значение 1,5. При значении (рН)_ан выше величины 6 анолит теряет свои окислительные свойства и превращается в нейтральную воду, а затем в католит. Поэтому в качестве верхнего значения (рН)_ан была взята величина 6. Реальные значения водородного показателя анолита, которые без особых усложнений можно получать в электролизере, зависят от конструкции электролизера, состава обрабатываемой воды и ряда других факторов, и обычно лежат в диапазоне 1,5≤(рН)_ан≤6.

После приготовления анолита его подвергают магнитной обработке. Магнитная обработка анолита предусматривает пропускание его через поперечное магнитное поле. На неподвижный анолит магнитные поля действуют гораздо слабее, поскольку обрабатываемая жидкость всегда обладает некоторой электропроводностью, при ее перемещении в магнитных полях возбуждается небольшой электрический ток. Следовательно, точнее считать, что имеет место не магнитная, а электромагнитная обработка анолита. В общем случае изменение свойств воды после магнитной обработки возрастает с увеличением концентрации примесей в воде и сменой их характера [6]. Это важный момент с точки зрения направленного регулирования свойств воды, в том числе повышения ее активных (реакционных) свойств и стабилизации этого эффекта. Воздействие на воду магнитного поля влияет на процессы растворения, смачивания, кипения, адсорбции, коагуляции и другие активные свойства воды, что, в конечном счете, сказывается на химических реакциях в очень многих технологических процессах. Эти явления полностью относятся к реакциям гидратации и гидролиза вяжущих веществ. Поэтому омагничивание анолита и использование его в качестве жидкости затворения приводит к повышению гидратации цемента. Сочетание электрохимической обработки воды (получение анолита) с обработкой его в магнитном поле не простое сложение указанных факторов, а дополнение и усиление действия одного другими. Совместная электрохимическая и магнитная активация воды дает кумулятивный эффект. Выбор диапазона скорости движения воды в поперечном магнитном поле и диапазона напряженности поперечного магнитного поля обусловлены следующими обстоятельствами.

В процессе магнитной обработки воды не наблюдается какого-либо изменения значений ее водородного показателя и редокс-потенциала, а происходит лишь раздробление и уменьшение размеров кристаллов солей жесткости, находящихся в воде. Опытным путем установлено, что оптимальное значение скоростей движения обрабатываемой воды в поперечном магнитном поле находится в диапазоне (1÷2) м/с, а оптимальное значение напряженности поперечного магнитного поля лежит в диапазоне (500÷2000) Э. Исследования, проведенные с использованием микроскопа, показали, что при скорости движения воды меньшей 1 м/с и напряженности поперечного магнитного поля меньшей 500 Э, происходит снижение эффективности магнитной обработки воды, что проявляется в незначительном (в 1,5÷2 раза) уменьшении кристаллов солей жесткости по сравнению с размерами кристаллов солей жесткости в исходной воде. При скоростях движения обрабатываемой воды в поперечном магнитном поле, находящихся в диапазоне (1÷2) м/с, и значении напряженности поперечного магнитного, лежащего в диапазоне (500÷2000) Э, происходит более значительное (в 8÷12 раз) уменьшение кристаллов солей жесткости по сравнению с размерами кристаллов солей жесткости в исходной воде. Дальнейшее увеличение скорости движения воды за значение 2 м/с и повышение напряженности поперечного магнитного поля за значение 2000 Э не приводит к существенному уменьшению кристаллов солей жесткости.

Любая бетонная смесь приготавливается в соответствии с выбранным рецептом. Каждый рецепт предусматривает, в каком количестве нужно смешать цемент, жидкость затворения и заполнители для того, чтобы получить бетон с заданными свойствами. Таких рецептов существует множество [5]. Поэтому для каждого конкретного рецепта и требуемого объема бетонной смеси предварительно рассчитывается необходимая доза цемента, доза жидкости затворения и доза заполнителей для любого единичного замеса. Объем расчетной дозы жидкости затворения в единичном замесе, которая требуется для приготовления бетонной смеси по некоторому рецепту, принят за 100%. В заявляемом способе в турбулентный смеситель-активатор заливается (40÷70) % объема жидкости затворения от ее расчетной дозы. Остальные (30÷60)% жидкости затворения заливаются в бетоносмеситель с заполнителем. Деление расчетной (рецептурной) дозы жидкости затворения на две части, одна из которых заливается в турбулентный смеситель-активатор, где смешивается с электростатически заряженными частицами цемента, а вторая часть заливается в бетоносмеситель, где смешивается с заполнителем, обусловлено следующими факторами. Во-первых, такое разделение жидкости затворения необходимо для повышения производительности процесса, так как одновременно происходит перемешивание жидкости затворения с цементом в турбулентном смесителе-активаторе, и перемешивание остатка от расчетной (рецептурной) дозы жидкости затворения с заполнителем в бетоносмесителе. Во-вторых, для приготовления суспензии (цементного теста) и для приготовления смеси в бетоносмесителе с заполнителем могут использоваться, для повышения эффективности процесса, разные по физико-химическим свойствам жидкости затворения, например, анолит и католит. Объем жидкости затворения, который заливается в турбулентный смеситель-активатор, зависит от водоцементного числа В/Ц, характеризующего отношение массы воды В к массе цемента Ц, необходимого для приготовления 1 м³ бетонной смеси по заданному рецепту приготавливаемой бетонной смеси. Чем выше водоцементное отношение, тем меньшая часть жидкости затворения от расчетной (рецептурной) дозы жидкости затворения может быть залита в турбулентный смеситель-активатор. При высоких водоцементных числах, например, В/Ц=1,28 в турбулентный смеситель-активатор достаточно залить 30% от расчетной дозы затворной жидкости, что достаточно для осуществления удовлетворительной гидратации цемента и качественного получения суспензии (цементного теста). Если залить в турбулентный смеситель-активатор меньше 30% от расчетной дозы жидкости затворения, то это может привести к снижению гидратации цемента и к снижению качества бетонной смеси. При низких водоцементных числах, например, В/Ц=0,3 в турбулентный смеситель-активатор необходимо залить не менее 70% от расчетной дозы жидкости затворения, так как при меньшем количестве жидкости затворения будет затруднительно обеспечить удовлетворительную гидратацию цемента и качественное получение суспензии (цементного теста).

После магнитной обработки анолита его заливают в турбулентный смеситель-активатор. После чего в турбулентный смеситель-активатор засыпают цемент, частицы которого заряжены отрицательным электростатическим зарядом.

После магнитной обработки анолита и электростатической зарядки отрицательным электростатическим зарядом частиц цемента и их транспортировки в турбулентный смеситель-активатор осуществляют их перемешивание. При этом в процессе перемешивания суспензии (цементного теста) в турбулентном смесителе-активаторе к электродам, расположенным внутри него, подводят электрическое напряжение от промышленной электросети. Суспензия (цементное тесто), находящаяся в зоне между электродами, включается в электрическую цепь, что сопровождается тепловыделением в этой зоне. Одновременное скоростное перемешивание обеспечивает быстрое перераспределение температуры по всему объему цементного теста. Температурное воздействие на цементное тесто способствует дополнительному ускоренному взаимодействию электростатически заряженных частиц цемента с анолитом. Одновременное турбулентное перемешивание в турбулентном смесителе-активаторе, взаимное притяжение разноименно заряженных частиц цемента и анолита, а также магнитная обработка анолита, способствуют активному удалению пленок, возникающих вокруг цементных зерен и препятствующих их гидратации. За счет этого активная поверхность цементных зерен обнажается, создавая, тем самым, более благоприятные условия для развития процесса гидратации в глубину цементного зерна. За счет интенсивного перемешивания суспензия (цементное тесто) равномерно нагревается по всему объему, что обеспечивает активное взаимодействие всей массы цемента с жидкостью затворения.

Кроме того, применение данного способа позволяет получать разогретые бетонные смеси различных составов и видов, обеспечив при этом равномерную загрузку электрооборудования. Это достигается за счет регулирования подачи количества жидкости затворения в цементное тесто, количество которой по мере разогрева и перемешивания суспензии последовательно увеличивают таким образом, чтобы удельное электросопротивление цементного теста было постоянное.

Оставшуюся часть жидкости затворения в объеме (30÷60) % от расчетной дозы вводят, предварительно подвергнув ее обработке в магнитном поле, непосредственно в бетоносмеситель с заполнителем. После прогрева суспензии (цементного теста) до заданной температуры ее также переливают из турбулентного смесителя-активатора в бетоносмеситель, где производят ее перемешивание с заполнителем.

Существенным отличием предлагаемого способа от существующих способов является то, что частицы цемента и частицы жидкости затворения заряжены разноименными электростатическими зарядами. За счет возникновения кулоновских сил между разноименно заряженными частицами цемента и жидкости затворения, и одновременного нагрева суспензии (цементного теста) в процессе интенсивного турбулентного перемешивания достигается повышение гидратации цемента, что, в свою очередь, приводит к повышению остальных физико-химических свойств бетонной смеси и бетонного камня. К еще более высокому эффекту улучшения физико-химических свойств бетонной смеси приводит обработка анолита магнитным полем.

Интенсивное механическое перемешивание цементного теста создает условия, обеспечивающие повышение активности взаимодействия цемента с жидкостью затворения, что значительно ускоряется с повышением температуры цементного теста. Нагрев цементного теста осуществляют до (50÷80)°С. Это обосновано тем, что в данном температурном интервале достигается наибольшая интенсивность взаимодействия цемента с водой. При температуре нагрева более 80°С возрастают теплопотери в окружающую среду, а при температуре цементного теста ниже 50°С температура бетонной смеси на выходе из смесителя не превышает (30÷35)°С, что с точки зрения технологии зимнего бетонирования не всегда приемлемо.

В турбулентный смеситель-активатор предварительно подают жидкость затворения и включают его в режим перемешивания. Затем в турбулентный смеситель-активатор постепенно подают отдозированное количество активированного в электрическом поле цемента и одновременно включают режим нагрева в турбулентном смесителе-активаторе. После достижения заданной температуры суспензией (цементным тестом) электроды обесточивают, турбулентный смеситель-активатор выключают, а готовую суспензию (цементное тесто) подают в бетоносмеситель. Первоочередная подача жидкости затворения (анолита) в турбулентный смеситель-активатор позволяет обеспечить промывку внутренней полости турбулентного смесителя-активатора и ее очистку от остатков цементного теста предшествующего цикла приготовления и тем самым предотвратить затвердевание цемента и обрастание внутренней полости активатора цементной пленкой.

Оставшуюся часть жидкости затворения от ее расчетной дозы пропускают через поперечное магнитное поле с напряженностью (500÷2000) Э и выливают в бетоносмеситель с заполнителем. После разогрева суспензии до требуемой температуры отключают в турбулентном смесителе-активаторе режим перемешивания и режим подогрева. Разогретую до требуемой температуры суспензию (цементное тесто) переливают в бетоносмеситель. Полученную смесь перемешивают до получения однородной консистенции.

В качестве оставшейся части от расчетной дозы жидкости затворения может быть использован упомянутый анолит или католит, имеющий значение водородного показателя (рН)_кат, лежащее в диапазоне 9≤(рН)_кат≤13,5, которые предварительно подверглись воздействию магнитного поля.

Воздействие на жидкость затворения магнитного поля влияет на процессы растворения, смачивания, кипения, адсорбцию, коагуляцию и другие активные свойства воды, что, в конечном счете, сказывается на химических реакциях в очень многих технологических процессах. Эти явления полностью относятся к реакциям гидратации и гидролиза вяжущих веществ. Поэтому омагничивание анолита и использование его в качестве жидкости затворения, при заливке ее в бетоносмеситель с заполнителем и суспензией (цементным тестом) приводит к дальнейшему повышению гидратации цемента. Еще больший эффект получают, если в качестве оставшейся от расчетной дозы жидкости затворения использовать католит, подвергнутый воздействию магнитного поля. Увеличение эффекта при использовании католита достигают за счет того, что он не только способствует повышению гидратации цемента, но и является катализатором образования центров кристаллизации, что оказывает положительное влияние на темпы схватывания, твердения и прочности бетонного камня. Выбор значений водородного показателя (рН)_кат в диапазоне 9≤(рН)_кат≤13,5 обусловлен следующими обстоятельствами. При значении водородного показателя (рН)_кат≤8, католит приближается по физико-химическим показателям к обычной нейтральной водопроводной воде, что приводит к снижению эффективности его использования в качестве жидкости затворения. Получить значение водородного показателя (рН)_кат≤13,5 практически невозможно.

На чертеже изображена схема приготовления бетонной смеси, поясняющая сущность изобретения.

На чертеже введены следующие обозначения: 1 - электродвигатель турбулентного смесителя-активатора; 2 - вал электродвигателя; 3 - корпус турбулентного смесителя- активатора; 4 - неподвижные лопасти турбулентного смесителя-активатора; 5 - лопасти турбулентного смесителя-активатора; 6 - электроды турбулентного смесителя-активатора; 7 - электролизер; 8 - источник питания электролизера; 9 - анод электролизера; 10 - катод электролизера; 11 - рН-метр; 12, 13, 14 - вентили католита и анолита; 15 - накопитель заполнителя; 16 - дозатор заполнителя; 17 - накопитель цемента; 18 - дозатор цемента; 19 - сетчатый электрод; 20 - высоковольтный источник постоянного напряжения; 21 - проходной изолятор; 22 - диэлектрическая воронка с патрубком подачи цемента; 23 - бетоносмеситель; 24, 25, 26, 27, 28, 29 - полюса магнитов; 30 - затвор для суспензии (цементного теста); 31 - система выгрузки бетонной смеси; 32, 33 - водопроводы; 34 - насос; 35, 36 - вентили.

Турбулентный смеситель-активатор снабжен электродвигателем 1, передающим вращающий момент лопастям 5 через вал 2. К корпусу активатора 3 прикреплены неподвижные лопасти 4, способствующие турбулентному перемешиванию смеси. К корпусу 3 прикреплен пакет электродов 6. Электроды 6 жестко посажены на диэлектрическую основу (текстолитовую пластину), установленную в вырезе корпуса 3. Турбулентный смеситель-активатор имеет затвор 30 для выгрузки суспензии (цементного теста). Корпус турбулентного смесителя-активатора снабжен патрубками для подачи воды и для подачи цемента.

Способ приготовления активированной бетонной смеси осуществляется следующим образом.

В электролизер 7 через патрубки заливают водопроводную воду до заполнения электролизера и перекрывают вентиль водопровода. Включают источник питания электролизера 8. Электролизер разделен ультрапористой мембраной на две полости: анодную и катодную. В анодную полость введен анод 9, а в катодную - катод 10. Анод 9 и катод 10 подключены к соответствующим полюсам источника питания электролизера 8. В исходном состоянии вентили 12, 13 и 14 закрыты. В электролизере 7 начинается процесс электролиза воды. В процессе электролиза периодически измеряются значения водородного показателя рН_ан анолита и рН кат католита рН-метром 11. Как только значение водородного показателя анолита рН_ан достигнет величины, лежащей в диапазоне 1,5≤(рН)_ан≤6, открывают вентиль 13. При сливе анолита в турбулентный смеситель-активатор включают двигатель 1, обеспечивая вращение вала 2 и лопастей 5. Анолит начинает вытекать из анодной камеры в турбулентный смеситель-активатор. При сливе анолит проходит между магнитными полюсами 24 и 25, где происходит его магнитная обработка. Скорость истечения анолита регулируется при помощи насоса 34 и вентиля 35. Слив анолита в турбулентный смеситель-активатор прекращают тогда, когда в турбулентный смеситель-активатор перельется из электролизера анолит, в объеме, составляющем (40÷70) % объема от рецептурной дозы жидкости затворения. После слива анолита в турбулентный смеситель-активатор закрывают вентиль 13. Одновременно с этим включают высоковольтный источник постоянного напряжения 20. На высоковольтном выходе высоковольтного источника постоянного напряжения 20 генерируется отрицательный потенциал, абсолютная величина которого лежит в диапазоне (10÷12) кВ. Этот потенциал через проходной изолятор 21 подается на сетчатый электрод 19. Низковольтный полюс высоковольтного источника постоянного напряжения 20 подключают к корпусу турбулентного смесителя-активатора и заземляют. После подачи отрицательного высоковольтного потенциала на сетчатый электрод 19 из накопителя цемента 17 через дозатор 18 подают рецептурную дозу цемента. Частицы цемента, проходя сквозь сетчатый электрод 19, приобретают отрицательный электростатический заряд и через диэлектрическую воронку с патрубком подачи цемента 22 поступают в турбулентный смеситель-активатор. После засыпки цемента в турбулентный смеситель-активатор на электроды 6 подают напряжение, обеспечив тем самым перемешивание цементного теста и одновременный его нагрев. После достижения требуемой температуры нагрева суспензии (цементного теста), электроды обесточивают, двигатель 1 отключают, открывают затвор 30, и цементное тесто подают в бетоносмеситель 23. Бетоносмеситель 23 перед подачей в него приготовленной суспензии (цементного теста) заранее загружен заполнителем и остатком от рецептурной дозы жидкости затворения и включен на перемешивание. Процесс заполнения бетоносмесителя 23 заполнителем и жидкостью затворения осуществляется следующим образом. Бетоносмеситель 23 включают на перемешивание. Включают насос 34, открывают затвор 12 или затвор 14, вентиль 35 или вентиль 36, в зависимости от того, что предусмотрено использовать в качестве жидкости затворения - анолит или католит. Анолит или католит, проходя между полюсами магнитов 26, 27 или 28, 29, подвергается воздействию магнитного поля. После того как в бетоносмеситель залит требуемый объем жидкости затворения, в бетоносмеситель 23 из накопителя заполнителя 15 через дозатор 16 подают заполнитель. Объем жидкости затворения (анолита или католита), который при этом заливают в бетоносмеситель 23, определяют как разницу между объемом жидкости затворения, который требуется для приготовления бетонной смеси по соответствующему рецепту (расчетная доза жидкости затворения), и объемом жидкости затворения, пошедшей на приготовление суспензии (цементного теста). После приготовления бетонной смеси закрывают вентили 12 (или 14), отключают все источники питания и цикл приготовления бетонной смеси повторяют, а равномерно перемешанную бетонную смесь выгружают из бетоносмесителя.

Пример конкретного воспроизведения способа.

Заявляемый способ был осуществлен по схеме, изображенной на чертеже. Для сравнения заявляемого способа со способом-прототипом было приготовлено 3 замеса. Изучение влияния электростатической зарядки частиц цемента и использование в качестве жидкости затворения активированной воды проводилось в два этапа. На первом этапе опыты проводились на цементном камне, при этом исследовались такие характеристики, как время схватывания цемента, степень гидратации цемента и прирост прочности цементного камня. В замесах использовался портландцемент. Водоцементное отношение в этих опытах было равно В/Ц=0,3, где В - расход воды на 1 м³ бетона, кг; Ц - расход цемента на 1 м³ бетона, кг. Опыты показали, что время схватывания цементного теста, приготовленного по способу-прототипу, составляло 2 часа 40 минут. Время схватывания цементного теста, приготовленного по заявляемому способу, составляло 1 час 10 минут. Пластическая прочность цементного теста, приготовленного по способу-прототипу, через 4 часа твердения составляла 0,18 МПа. Пластическая прочность цементного теста, приготовленного по заявляемому способу, через 4 часа твердения составляла 0,72 МПа. Гидратация цемента исследовалась рентгеноструктурным методом на установке ДРОН-4. Исследования показали, что в цементном тесте, приготовленном по способу-прототипу, гидратация цемента составляла 67%, тогда как по заявляемому способу она была равной 85%. Во второй серии опытов изучалась селективная активация цемента и заполнителя. Для проведения таких исследований было приготовлено 3 замеса бетонной смеси. Состав бетонной смеси во всех трех замесах был практически идентичен. Водоцементное отношение во всех трех замесах было равно В/Ц=0,55. В состав на 1 м³ бетонной смеси входили: В=200 л; Ц=365 кг; песка П=600 кг; гравия Г=1145 кг.

Первый замес бетонной смеси осуществлялся по способу-прототипу, а в качестве жидкости затворения как при приготовлении цементного теста, так и при окончательном приготовлении бетонной смеси, использовалась обычная водопроводная вода. При приготовлении первого замеса объем воды был разделен на части: 109,5 л и 90,5 л. Одна часть 109,5 л была использована для затворения бетонного теста. Вторая часть 90,5 л заливалась в бетоносмеситель с заполнителем. Во втором и третьем замесах при приготовлении цементного теста использовался анолит, значение водородного показателя рН_ан которого было равно 4. При заливке в турбулентный смеситель-активатор анолит пропускался со скоростью 1 м/с через поперечное магнитное поле, величина которого была равна 1500 Э. Различие второго и третьего замесов состояло в следующем. Во втором замесе в качестве жидкости затворения в бетоносмеситель заливалось 90,5 л анолита с величиной водородного показателя рН_ан, равной 4. Анолит был пропущен через поперечное магнитное поле величиной 1500 Э со скоростью 1 м/с. В третьем же замесе в качестве жидкости затворения в бетоносмеситель заливалось 90,5 л католита, с величиной водородного показателя рН_ан, равной 9. Католит также прошел обработку в поперечном магнитном поле величиной 1500 Э со скоростью 1 м/с. Во втором и в третьем замесах производилась электростатическая зарядка частиц цемента, а в первом замесе такой зарядки не было. Для электростатической зарядки цемента во втором и третьем замесах от высоковольтного источника постоянного напряжения 20 через проходной изолятор 21 подавали минус 11 кВ на сетчатый электрод 19, и высыпали цемент из накопителя 17 через дозатор 18 в диэлектрическую воронку с патрубком 22 в количестве 365 кг.

Процедура приготовления цементного теста во всех трех замесах была идентичной. В турбулентный смеситель-активатор заливали жидкость затворения в количестве 109,5 л при включенном двигателе 1 на режим перемешивания. После этого засыпали в турбулентный смеситель-активатор цемент из накопителя 17 через дозатор 18 в количестве 365 кг. Одновременно с подачей цемента в турбулентный смеситель-активатор включалось напряжение 380 В на электроды 6 турбулентного смесителя-активатора. Корпус турбулентного смесителя-активатора был заземлен. В процессе приготовления цементного теста измеряли величины токовых нагрузок по фазам и напряжение, которые составили: электрическое напряжение (372÷380) В, сила тока (190÷197) А. Продолжительность процесса приготовления цементного теста 3 мин. Температура нагрева цементного теста во всех трех замесах лежала в диапазоне (75÷78)°С. Начальная температура бетонного теста лежала в диапазоне (18÷20)°С. Разогретое цементное тесто подавали в бетоносмеситель, который был загружен заполнителем и жидкостью затворения и включен в режим перемешивания. В первом замесе в качестве жидкости затворения в бетоносмеситель была залита вода, во втором замесе - омагниченный анолит, а в третьем - омагниченный католит. Длительность перемешивания составила (2÷3) мин. Готовую смесь выгружали в транспортное средство для перевозки на место укладки. Температура бетонной смеси на выходе из смесителя составила (55÷58)°С. Для оценки величины прочности бетона в нормальных условиях изготавливали контрольные образцы-кубики ребром 150×150×150 мм, которые испытывали в возрасте 28 суток хранения в камере нормального твердения.

Результаты проверки прочности показали, что в 28-суточном возрасте прочность бетона, приготовленного по заявляемому способу во втором замесе, превышала прочность бетона, приготовленного по способу-прототипу, на 25%, а прочность бетонного камня, приготовленного по заявляемому способу в третьем замесе, - на 36%.

Таким образом, заявляемый способ имеет следующие преимущества перед способом-прототипом: повышенную гидратацию цемента на (18÷20) %; сниженное в 2-2,3 раза время схватывания цемента; повышенную в 2,5-3,5 пластичную прочность цементного теста на ранних стадиях затворения; повышенную на 25-36% прочность бетонного камня в 28-суточном возрасте.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №146228, кл. В28С 5/00, 1961.

2. Соломатов В.И. и др. Интенсивная технология бетонов. - М.: Стройиздат, 1989, с.69-75.

3. Патент РФ №2093496. Способ приготовления активированной бетонной смеси// Гасанов К.А., кл. С04В 40/00, В28С 5/46. Опубл. В Б.И. 20.10.1997 - (прототип).

4. Электротехнический справочник. В 3-х т. Т.3. Кн.2. Использование электрической энергии/Под общ. ред. профессоров МЭИ В.Г.Герасимова, П.Г.Грудинского, Л.А.Жукова и др. - 6-е изд., испр. и доп. - М.: Энергоиздат, 1982, стр.228.

5. B.C.Баталов. Теоретические основы вибротехнической технологии монолитного бетона: Монография. Магнитогорск: МГМА, 1998, стр.41-53.

6. Гульков А.Н., Заславский Ю.А., Ступаченко П.П. Применение магнитной обработки воды на предприятиях Дальнего Востока // Владивосток: изд-во Дальневосточного университета, 1990, стр.134.

Способ приготовления бетонной смеси, включающий перемешивание части расчетной дозы жидкости затворения с цементом в турбулентном смесителе-активаторе и их одновременный электроразогрев током от промышленной сети до заданной температуры, введение оставшейся части расчетной дозы жидкости затворения в бетоносмеситель с заполнителем, последующее введение полученной разогретой суспензии в бетоносмеситель и окончательное перемешивание полученной смеси, отличающийся тем, что, с целью повышения гидратации, темпов твердения и повышения прочности бетонного камня, предварительно в объеме (40÷70)% от расчетной (рецептурной) дозы жидкости затворения заливают в турбулентный смеситель-активатор анолит, имеющий значение водородного показателя (рН)_ан, лежащее в диапазоне 1,5≤(рН)_ан≤6, который в процессе заливки в турбулентный смеситель-активатор пропускают со скоростью (1÷2) м/с через поперечное магнитное поле, напряженность которого лежит в диапазоне (500÷2000) Э, после чего засыпают в турбулентный смеситель-активатор цемент, причем частицы цемента в процессе его засыпки в турбулентный смеситель-активатор заряжают отрицательным электростатическим зарядом, для чего цемент пропускают через сетчатый электрод, на который подают отрицательный высоковольтный потенциал, абсолютная величина которого лежит в диапазоне (10÷12) кВ, затем смешивают омагниченный анолит с электростатически заряженными частицами цемента в турбулентном смесителе-активаторе, при этом одновременно с заливкой жидкости затворения в турбулентный смеситель-активатор, в бетоносмеситель с заполнителем также заливают оставшуюся от расчетной (рецептурной) дозы часть жидкости затворения, в качестве которой используют упомянутый выше анолит или католит, имеющий значение водородного показателя (рН)_кат, лежащее в диапазоне 9≤(рН)_кат≤13,5, причем упомянутую жидкость затворения - анолит или католит в процессе ее заливки в бетоносмеситель с заполнителем также пропускают со скоростью (1÷2) м/с через поперечное магнитное поле, напряженность которого лежит в диапазоне (500÷2000) Э, затем после перемешивания и разогрева суспензии - цементного теста до заданной температуры ее также переливают в бетоносмеситель и полученную смесь окончательно перемешивают.