О воздействии электрического тока на твердение бетона

Создано 19.03.2013 14:36
Обновлено 19.03.2013 14:50
Автор: Admin

Б.А. Крылов, д-р техн. наук, А.И. Ли, канд. техн. наук

В практике зимнего бетонирования монолитных конструкций одним из основных способов интенсификации твердения бетона стал электропрогрев. Этому способствовало то, что при минимальных энергозатратах он надежно гарантирует достижение бетоном в проектные сроки марочной прочности без ухудшения других физикомеханических и эксплуатационных свойств и позволяет одновременно решить некоторые поизводственные задачи, например, сократить сроки достижения бетоном "критической" прочности, т. е. продолжительность ухода за забетонированной конструкцией, ускорить сдачу конструкций под нагрузку и др.

Как известно, электропрогрев осуществляется путем непосредственного включения свежеуложенного бетона в электрическую цепь как активного сопротивления, вследствие чего физико-химические процессы гидратации и структурообразования бетона протекают в условиях электрического и электромагнитного воздействий. Исходя из этого эффект интенсификации твердения бетона можно объяснить не только температурным фактором, но и положительным влиянием на процессы гидратации и твердения таких электрофизических явлений, как электрофорез, электроосмос и электролиз. Хотя влияние последних практически малозначимо, попытки отдать приоритет в ускорении твердения бетона электрофизическим явлениям периодически возобновляются.

В результате этого появляются необоснованные рекомендации по эффективности их применения в технологии бетона, что вводит в заблуждение производственников. Примером тому является предлагаемая Московской ветеринарной академией обработка арболита, бетона и им подобных материалов на основе цементных вяжущих постоянным электрическим током знакопеременными импульсами. При наложении постоянного электрического тока явления электрофореза, электроосмоса и электролиза действительно должны происходить более интенсивно, чем при переменном токе промышленной часто ты. Основываясь на этом, авторы работы утверждают, что посто янный электрический ток знакопе ременных импульсов способствует диспергированию цементных частиц, повышению их реакционной способности, более полной гидратации и равномерному распределению цементного клея между непрогидратированными зернами цемента и за полнителя. По их мнению, уже через 1...3 ч обработки можно полу чить распалубочную прочность бе тона.

Несмотря на то, что ранее про веденными исследованиями [4...6] показана несостоятельность вышеприведенных утверждений, НИИЖБ с участием Московской ветеринарной академии и Московского лесотехнического института проводили исследования в производственных условиях экспериментального комбината строительных конструкций при изготовлении стеновых панелей из арболита. Одновременно в двух вертикальных формах трамбованием были отформованы панели размером 1,8х0,9х0,2 м. Одна панель была обработана постоянным током со знакопеременными импульсами с помощью генератора постоянного тока П-91 мощностью 50 кВА с при водом от асинхронного двигателя А2-82-4 мощностью 55 кВА. Направление токовых импульсов изменяли через каждые 5 мин с перерывом между ними в 1 мин вручную реверсирующим устрой ством, смонтированным на щите управления. Рабочее напряжение, подаваемое на электроды, подбира ли так, чтобы плотность тока на электродах составляла 40 А/м2. Другую панель обрабатывали пере менным током промышленной частоты с помощью сварочного трансформатора ТД-500 У2, причем подаваемое на электроды напряжение регулировали так, чтобы температурный режим прогрева полностью совпадал с темпера турным режимом первой панели. Продолжительность электрообра ботки обоих панелей составила 1ч 10 мин, в течение этого времени температура в центре панелей поднялась с 30 до 45 ° С. После этого электрическое воздействие было отключено и обе панели после часового выдерживания в цехе распалубливали. Проведенные эксперименты показали, что панели, подвергнутые обработке как постоянным, так и переменным током, сохраняют форму, однако визуальный осмотр показал, что и в том и в другом случае арболит не имел практически никакой прочности и снять панели с поддона невозможно. Лишь через сутки их с большой осторожностью распиливали на ку бы с ребром 20 см и испытывали на сжатие в возрасте 3, 7, 14, 28 и 90 сут.

Результаты испытаний свидетельствуют, что при обработке постоянным током знакопеременны ми импульсами прочность арболита в первые 7 сут несколько выше, чем при обработке переменным током, что объясняется, видимо, удалени ем большего количества механиче ски связанной влаги из-за явлений электроосмоса и интенсификации кристаллизационных процессов твердения цемента. Однако эта разница составляет всего 4...5% и практического значения не имеет. В возрасте 14 и 28 сут прочность арболита, обработанного посто янным током знакопеременными импульсами, намного ниже, чем у обработанного переменным то ком: если в первом случае к 1 мес наблюдается недобор прочности до 25% из-за лишних влагопотерь на начальной стадии твердения, то во втором - прочность практически достигает марочной. Примерно такие же результаты получены нами в аналогичных ис следованиях, проведенных совме стно с трестом Оргтехлесстрой В/О Союзлесстрой на производ ственной базе СМУ-32 треста Кирлесстрой в Лузе. При обработке арболита постоянным током знако переменными импульсами, расход электроэнергии на 20...25% боль ше, чем при обработке переменным электрическим током вследствие дополнительных потерь при пре образовании переменного тока в по стоянный и. затрат энергии на электролиз воды. Такие же исследования проводи ли на Мытищинском заводе Стройдеталь при изготовлении панелей типа ОС-5 из тяжелого бетона класса В12,5. Установлено, что изделия после распалубки сохраня ют форму при обработке как постоянным, так и переменным токами. Однако прочность бетона была незначительной.

 

Как видно из данных таблицы показанной выше, даже в возрасте 1 сут она не превышала 50%. В возрасте 3, 7 и 28 сут прочность бетона, обработанного переменным и постоянным токами, была практически одинаковой, что свидетельствует о влиянии лишь темпера турного фактора на интенсифика цию твердения бетона. Проведенные производственные испытания вновь подтвердили, что фактические удельные расходы электроэнергии зависят от температуры и длительности нагрева бето на, но в любом случае при посто янном токе они несколько выше, чем при переменном. Выполненные в НИИЖБе иссле дования выявили, что при обработке бетона постоянным электри ческим током наблюдается корро зия стальной арматуры из-за выделения кислорода при электролизе воды. По этой же причине интенсивно корродируют и стальные формы, в которых изготовляют сборные изделия. Во избежании этого предлагаются формы для сборных железобетонных изделий из нержавеющей стали или дерева. Однако для современного заводского производства эти решения не применимы. Аналогичная картина наблюдалась и при изготовлении опытной партии блоков с обработкой постоянным током на заводе Стройдеталь. Таким образом, при обработке постоянным током со знакопере менными импульсами электрофорез, электроосмос и электролиз практически не влияют на процесс твердения бетона, а его интенсифи кация обусловлена лишь температурным фактором, поэтому при электропрогреве бетонных и железобетонных изделий и конструкций следует применять переменный ток промышленной частоты, дающий такой же эффект, как и постоянный, и не требующий специальных генераторов для преобразования его в постоянный ток.