Повышение прочностных показателей цементного камня комплексным электрофизическим воздействием на водоцементную суспензию

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. 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. 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.

1. 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(41); № 12:1208–1223.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. Hielscher K. Ultrasonic Milling and Dispersing Technology for Nano-Particles // Materials Research Society symposia proceedings. Materials Research Society. 2012. № 1479. P. 21–26.

10. 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.

11. Юткин Л.А. Электрогидравлический эффект и его применение в промышленности. Ленинград: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1986. 253 с.

12. Юткин Л.А. Электрогидравлический эффект. Москва; Ленинград: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1955. 54 с.

13. Сафронов В.Н. Электрофизические технологии в производстве строительных материалов. Томск: Изд-во ТГАСУ, 2014. 420 с.

14. 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.

15. 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.

16. Семкин Б.В., Усов А.Ф., Курец В.И. Основы электроимпульсного разрушения материалов / под. ред. Н.П. Тузова. Санкт-Петербург: Наука, 1995. 276 с.

17. 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.

18. 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.

19. 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.

20. Бернацкий А.Ф., Целебровский Ю.В., Чунчин В.А. Электрические свойства бетона / под ред. Ю.Н. Вершинина. Москва: Энергия, 1980. 199 с.

21. Дерягин Б.В., Чураев Н.В., Муллер В.М. Поверхностные силы / под ред. Е.Д. Щукина. Москва: Наука, 1985. 400 с.

22. 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.

23. Бордунов С.В., Кулага И.Г. Использование высоковольтного импульсного разряда для повышения прочности бетона // Промышленное и гражданское строительство. 2012. № 4. С. 58–61.

24. 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.

25. 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.