vestniktgasuВестник Томского государственного архитектурно-строительного университетаVestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. JOURNAL of Construction and Architecture1607-18592310-0044Tomsk State University of Architecture and Building10.31675/1607-1859-2023-25-4-161-175vestniktgasu-1559Research ArticleТЕХНОЛОГИЯ И ОРГАНИЗАЦИЯ СТРОИТЕЛЬСТВАCONSTRUCTION TECHNOLOGY AND MANAGEMENTПовышение прочностных показателей цементного камня комплексным электрофизическим воздействием на водоцементную суспензиюIncreasing cement strength properties with electrophysical processing of water-cement suspensionНепомнящевГ. А.NepomnyashchevG. A.

Непомнящев Георгий Анатольевич, аспирант, старший преподаватель

630008, г. Новосибирск, ул. Ленинградская, 113

Georgii A Nepomnyashchev, Research Assistant

113, Leningradskaya Str., 630008, Novosibirsk

Georg060593@mail.ruТитовМ. М.TitovM. M.

Титов Михаил Михайлович, доктор технических наук, профессор

630008, г. Новосибирск, ул. Ленинградская, 113

Mikhail M Titov, DSc, Professor

113, Leningradskaya Str., 630008, Novosibirsk

agd_tmm48@mail.ruНовосибирский государственный архитектурно-строительный университетRussian Federation202324082023254161175Copyright © Непомнящев Г.А., Титов М.М., 20232023Непомнящев Г.А., Титов М.М.Nepomnyashchev G.A., Titov M.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.tsuab.ru/jour/article/view/1559Актуальность

Актуальность. В связи с потребностью строительной отрасли в интенсификации различных технологических процессов (бетонных работ и пр.) необходимо достичь сокращения сроков набора требуемых прочностных показателей бетона (проектная, распалубочная, критическая прочность и др.). Актуальной является разработка технологий, позволяющих ускорить процесс набора требуемых прочностных показателей конструкций из бетонов и повысить прочностные показатели в конкретные интервалы времени выдерживания конструкций.

Проведен анализ существующих технологий активации цементных суспензий, бетонов и растворов. Выявлены наиболее перспективные и менее изученные направления повышения прочностных показателей цементосодержащих материалов.

Основной целью исследования является поиск и подбор, сочетание наиболее оптимального режима обработки водоцементной суспензии, позволяющего получить кратное увеличение прочности цементного камня в первые семь суток, по сравнению с образцами на основе необработанной суспензии. В дальнейшем это должно позволить значительно уменьшить сроки производства бетонных работ за счет сокращения сроков набора требуемой распалубочной прочности конструкций.

Методы

Методы. Применена комбинация методов электрофизического воздействия, нацеленная на разработку технологии повышения прочностных показателей и ускорение набора прочности образцов цементного камня. Комбинация включает несколько методов электрофизической активации на основе электрополяризационной обработки, электрогидравлического удара и ультразвуковой обработки.

Результаты

Результаты. Экспериментально подтверждено повышение прочностных показателей цементного камня в результате применения предложенной авторами комплексной электрофизической обработки, а также показано оптимальное водоцементное соотношение, которое дает наибольший прирост прочности образцов в возрасте семи суток.

Due to the need of the construction industry for the intensification of various technological processes, it is necessary to reduce the time of specifying concrete parameters such as design, stripping, critical strength. It is relevant to develop technologies allowing to accelerate the process of setting the required strength parameters of concrete structures and increase them at specific time intervals.

Activation technologies of cement suspensions, concretes and mortars are analyzed. The most promising and less studied directions in the strength properties improvement are identified.

The aim of this work is to identify the physical impact on cement-containing materials to accelerate the strength gain in cement paste. A combination of several methods of electrophysical processing is used to develop the method of strength improvement and gain in cement paste. Electrophysical processing is based on electric polarization, electro-hydraulic shock and ultrasonic treatment.

The paper proposes the most optimum mode for the water-cement suspension treatment, which provides a multiple increase in the strength gain in the first seven days, compared to the untreated suspension.

The proposed electrophysical processing significantly improves the strength of hydrated cement and the best water-cement ratio is obtained to highly increase the concrete strength after seven days.

водоцементная суспензиягидратацияпрочностьполяризацияэлектрогидравлический эффектультразвуковая обработкацементный каменьwater-cement suspensionhydrationstrengthpolarizationelectrohydraulic effectultrasonic treatmentcement pasteReferencesBullard J.W., Jennings H.M., Livingston R.A., Nonat A., Scherer G.W., Schweitzer J.S., Scrivener K.L., Thomas J.J. Mechanisms of cement hydration. Cement and Concrete Research. 2011(41); № 12:1208–1223.Bullard J.W., Jennings H.M., Livingston R.A., Nonat A., Scherer G.W., Schweitzer J.S., Scrivener K.L., Thomas J.J. Mechanisms of cement hydration. Cement and Concrete Research. 2011; 12 (41):1208–1223.Крамар Л.Я., Кудяков А.И., Трофимов Б.Я., Шулдяков К.В. Цементные тяжелые бетоны для строительства скоростных автомобильных дорог // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2017. № 4 (63). С. 147−157.Kramar L.Ya., Kudyakov A.I., Trofimov B.Ya., Shuldyakov K.V. Cement heavy concretes for highway construction. Vestnik of Tomsk State University of Architecture and Building. 2017; 4 (63): 147−157. (In Russian)Ильина Л.В., Кудяков А.И., Туляганов А.К. Цементные растворы с тонкодисперсными минеральными добавками // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2019. № 12 (732). С. 32−43.Il'ina L.V., Kudyakov A.I., Tulyaganov A.K. Cement mortars with fine mineral additives. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Stroitel'stvo. 2019; 12 (732): 32−43. (In Russian)Губарь В.Н., Петрик И.Ю., Жибоедов А.В. Способы повышения качества золы-уноса ТЭС, применяемой в высококачественных бетонах // Вестник Донбасской национальной академии строительства и архитектуры. 2016. № 3 (119). С. 63−70.Gubar' V.N., Petrik I.Yu., Zhiboedov A.V. Quality improvement of TPP fly ash used in high quality concrete. Vestnik Donbasskoi natsional'noi akademii stroitel'stva i arkhitektury. 2016; 3 (119): 63−70. (In Russian)Муртазаев С-А.Ю., Саламанова М.Ш., Куразов М.С., Индарбаев М.И., Эльмурзаев Р.А. Разработка составов высокопрочных самоуплотняющихся бетонов на основе комплексных модификаторов // Устойчивое развитие науки и образования. 2017. № 11. С. 102−108.Murtazaev S-A.Yu., Salamanova M.Sh., Kurazov M.S., Indarbaev M.I., El'murzaev R.A. Development of high-strength self-compacting concrete compositions based on complex modifiers. Ustoichivoe razvitie nauki i obrazovaniya. 2017; 11: 102−108. (In Russian)Матвеева М.А., Солонина В.А., Илясова С.В. Наполнение матрицы цементного вяжущего // Энергосбережение и инновационные технологии в топливно-энергетическом комплексе: материалы Национальной с международным участием научно-практической конференции студентов, аспирантов, молодых учёных и специалистов, посвященной 10-летию создания Института промышленных технологий и инжиниринга. Тюмень: ТИУ, 2018. Т. 2. С. 71−73.Matveeva M.A., Solonina V.A., Ilyasova S.V. Filling of the cement binder matrix. In: Proc. Int. Sci. Conf. of Young Scientists‘Energy Saving and Innovation Technologies in Fuel and Energy Sector’. Vol. 2. Tyumen, 2018. Pp. 71−73. (In Russian)Бердов Г.И., Ильина Л.В., Никоненко Н.И. Влияние дисперсных минеральных наполнителей на прочность цементного камня // Актуальные вопросы строительства: материалы V Всероссийской научно-технической конференции / отв. за выпуск Ю.Л. Сколубович. Новосибирск: НГАСУ (Сибстрин), 2012. Т. 1. С. 257−260.Berdov G.I., Il'ina L.V., Nikonenko N.I. Effect of dispersed mineral fillers on the strength of cement stone. In: Proc. 5th All-Russ, Sci. Conf. ‘Relevant Problems of Construction’. V. 1. 2012. Pp. 257−260. (In Russian)Паломо А., Мальцева О., Фернандес-Хименес А. Промышленность в XXI веке. Новые добавки в цемент и бетон. Ч. I // ALITinform: Цемент. Бетон. Сухие смеси. 2015. № 2−3 (39). С. 30−41.Palomo A., Mal'tseva O., Fernandes-Khimenes A. Industry in the 21st century. New additives in cement and concrete. Part I. Tsement. Beton. Sukhie smesi. 2015; 2−3 (39): 30−41. (In Russian)Hielscher K. Ultrasonic Milling and Dispersing Technology for Nano-Particles // Materials Research Society symposia proceedings. Materials Research Society. 2012. № 1479. P. 21–26.Hielscher K. Ultrasonic milling and dispersing technology for nano-particles. Materials Research Society Symposia Proceedings. 2012; (1479): 21–26.Ganjiana E., Ehsania A., Mason J.T., Tyrera M. Application of power ultrasound to cementitious materials: Advances, issues and perspectives // Materials & Design. 2018. P. 503–513.Ganjiana E., Ehsania A., Mason J.T., Tyrera M. Application of power ultrasound to cementitious materials: Advances, issues and perspectives. Materials & Design. 2018; 503–513.Юткин Л.А. Электрогидравлический эффект и его применение в промышленности. Ленинград: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1986. 253 с.Yutkin L.A. Electrohydraulic effect and its application in industry. Leningrad: Mashinostroenie, 1986. 253 p. (In Russian)Юткин Л.А. Электрогидравлический эффект. Москва; Ленинград: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1955. 54 с.Yutkin L.A. Electrohydraulic effect. Moscow; Leningrad, 1955. 54 p. (In Russian)Сафронов В.Н. Электрофизические технологии в производстве строительных материалов. Томск: Изд-во ТГАСУ, 2014. 420 с.Safronov V.N. Electrophysical technologies in the production of construction materials. Tomsk: TSUAB, 2014. 420 p. (In Russian)Курец В.И., Лобанова Г.Л., Филатов Г.П., Юшков А.Ю. Активация цементных растворов электрическими разрядами // Электронная обработка материалов. 2003. № 1. С. 76–80.Kurets V.I., Lobanova G.L., Filatov G.P., Yushkov A.Yu. Activation of cement mortars by electric discharges. Elektronnaya obrabotka materialov. 2003; 1): 76–80. (In Russian)Соколов И.А., Березюк А.Н., Дикарев К.Б., Аббасова А.Р. Вакуумная технология возведения конструкций из монолитного бетона // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. 2013. № 5. С. 16–21.Sokolov I.A., Berezyuk A.N., Dikarev K.B., Abbasova A.R. Vacuum technology of monolithic concrete structures. Vіsnik Pridnіprovs'koї derzhavnoї akademії budіvnitstva ta arkhіtekturi. 2013; (5):16–21. (In Russian)Семкин Б.В., Усов А.Ф., Курец В.И. Основы электроимпульсного разрушения материалов / под. ред. Н.П. Тузова. Санкт-Петербург: Наука, 1995. 276 с.Semkin B.V., Usov A.F., Kurets V.I. Fundamentals of electric pulse fracture of materials. N.P. Tuzov, Ed. Saint-Petersburg: Nauka, 1995. 276 p. (In Russian)Патент № 2343010 Российская Федерация, МПК B05D 1/04 (2006.01). Способ электростатического окрашивания диэлектрических изделий: № 2007110451: заявл. 30.05.2007: опубл. 01.10.2010 / Шангин А.П., Звоник В.В., Лапицкий А.Г., Цугленок В.Н., Вержболович Н.А., Дыба Д.С.; заявитель Общество с ограниченной ответственностью «Производственная компания “Теплофон”». – 4 с.Shangin A.P., Zvonik V.V., Lapitskii A.G., Tsuglenok V.N., Verzhbolovich N.A., Dyba D.S. “Method of electrostatic coloring of dielectric articles”, Patent Russ. Fed. No. 2007110451, 2010, 4 p. (In Russian)Матвиенко В.А. Электрическая активация в технологии бетона и изделий: специальность 05.23.05: автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук / Харьковский инженерно-строительный институт. Харьков, 1993. 34 с.Matvienko V.A. Electrical activation in the technology of concrete and products. DSc Abstract. Kharkov, 1993. 34 p. (In Russian)Матвиенко В.А., Черешня О.Ф. Электрическая поляризация и структурообразование вяжущих систем / Шлакощелочные цементы, бетоны и конструкции: доклады и тезисы докладов III Всесоюзной научно-практической конференции. Киев: КИСИ, 1989. Т. 1. С. 152–153.Matvienko V.A., Chereshnya O.F. Electric polarization and structure formation of binding systems. In: Proc. 3rd All-Union Sci. Conf. ‘Alkali Cements, Concretes and Structures’. Vol. 1. Kiev: KISI, 1989. Pp. 152–153. (In Russian)Бернацкий А.Ф., Целебровский Ю.В., Чунчин В.А. Электрические свойства бетона / под ред. Ю.Н. Вершинина. Москва: Энергия, 1980. 199 с.Bernatskii A.F., Tselebrovskii Yu.V., Chunchin V.A. Electrical properties of concrete. Yu.N. Vershinin, Ed. Moscow: Energiya, 1980. 199 p. (In Russian)Дерягин Б.В., Чураев Н.В., Муллер В.М. Поверхностные силы / под ред. Е.Д. Щукина. Москва: Наука, 1985. 400 с.Deryagin B.V., Churaev N.V., Muller V.M. Surface forces. E.D. Shchukin, Ed., Moscow: Nauka, 1985. 400 p. (In Russian)Патент № 2769495 Российская Федерация, МПК C04B 40/00 (2006.01). Способ активации цементной суспензии: № 2021110875: заявл. 15.04.2021: опубл. 01.04.2022 / Титов М.М., Непомнящев Г.А., Дорофеева Д.А.; заявитель НГАСУ (Сибстрин). Бюл. № 10. 8 с.Titov M.M., Nepomnyashchev G.A., Dorofeeva D.A. “Method of activation of cement slurry”, Patent Russ. Fed. No. 2769495, 2022, 8 p. (In Russian)Бордунов С.В., Кулага И.Г. Использование высоковольтного импульсного разряда для повышения прочности бетона // Промышленное и гражданское строительство. 2012. № 4. С. 58–61.Bordunov S.V., Kulaga I.G. Utilization of high-voltage pulse discharge for concrete strength improvement. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo. 2012; (4): 58–61. (In Russian)Fitzgerald M.E., Griffing V., Sullivan J. Chemical effects of ultrasonics – «hot spot» chemistry // Journal of Chemical Physics. 1956. V. 25. I. 5. P. 926–933.Fitzgerald M.E., Griffing V., Sullivan J. Chemical effects of ultrasonics – “hot spot” chemistry. Journal of Chemical Physics. 1956; 25 (5): 926–933.Себелев И.М. Закономерности гидратации клинкерных минералов и повышение эффективности использования цемента по результатам лазерной гранулометрии: специальность 05.17.11: автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. Томск: ТПУ, 1998. 38 с.Sebelev I.M. Clinker mineral hydration and efficiency improvement of cement utilization based on laser granulometry results. DSc Abstract. Tomsk: TPU, 1998. 38 p. (In Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.