Влияние магнитной обработки воды на свойства цементных растворов и бетонов

Вода является активным участником большинстватехнологических процессов, в том числе при применении вяжущих веществ дляизготовления различных искусственных камневидных материалов.

В 1945 году бельгийский инженер Веймайерен получил патент наспособ предотвращения накипеобразования в паровых котлах с помощью воды вмагнитном поле. Этот способ оказался настолько простым и эффективным, что рядстран и фирм стали выпускать различные аппараты для омагничевания воды с цельюснижения накипеобразования в теплообменных аппаратах.

В дальнейшем магнитную обработку воды стали применять и вдругих отраслях промышленности, где технологические процессы связаны сприменением воды. Оказалось, что магнитная обработка воды ускоряет процесствердения и повышает прочность бетона и других строительных материалов [см.Гульков А.Н., Заславский Ю.А., Ступаченко П.П. Применение магнитной обработкиводы на предприятиях Дальнего Востока // Владивосток: изд-во Дальневосточногоуниверситета. 1990. С. 134; Пороцкий Е.М., Петрова В.М. Исследование влияниямагнитной обработки воды затворения на физико-химические свойства цемента,раствора и бетона // Материалы научн. конф. Л.: ЛИСИ, 1971]. Изменениеструктуры и свойств воды в технологии достигается с помощью механическихвоздействий, электрическим током, нагревом в автоклаве, высокочастотным полем,ультразвуком и т.д. В этом плане интересны разработки эстонского ученого иконструктора И.А. Хинта. В 70-80-х годах ХХ века он изобрел прибор“Дезинтегратор” и разработал дезинтегральную технологию. На основании егоизобретений удалось в больших количествах проводить активизацию как твердыхвеществ, так и воды. К сожалению, жизнь талантливого ученого, конструктора иизобретателя кончилась трагически. По ложным обвинениям он был арестован и умерв тюрьме.

В 80-х годах XХ века было найдено, что наиболее эффективныеи структурные изменения воды происходят под воздействием магнитного поля.

Магнитная обработка воды предусматривает протекание ее черезодно или несколько магнитных полей. На неподвижную воду магнитные полядействуют гораздо слабее, поскольку обрабатываемая вода всегда обладаетнекоторой электропроводностью, при ее перемещении в магнитных поляхвозбуждается небольшой электрический ток. Следовательно, точнее считать, чтоимеет место не магнитная, а электромагнитная обработка водной системы. В общемслучае изменение свойств воды после магнитной обработки возрастает сувеличением концентрации примесей и сменой их характера [см. Гульков А.Н.,Заславский Ю.А., Ступаченко П.П. Применение магнитной обработки воды напредприятиях Дальнего Востока // Владивосток: изд-во Дальневосточногоуниверситета. 1990. С. 134]. Это очень важный момент с точки зрениянаправленного регулирования свойств воды, в том числе повышения активных(реакционных) ее свойств и стабилизации этого эффекта [см. Гульков А.Н.,Заславский Ю.А., Ступаченко П.П. Применение магнитной обработки воды напредприятиях Дальнего Востока // Владивосток: изд-во Дальневосточногоуниверситета. 1990. С. 134]. В лаборатории Дальневосточногополитехнического университета (бывший ДВПИ) получены очень интересныерезультаты о влиянии магнитного поля на растворение, смачивание, кипение,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 вяжущихвеществ [см. Гульков А.Н., Заславский Ю.А., Ступаченко П.П. Применение магнитнойобработки воды на предприятиях Дальнего Востока // Владивосток: изд-воДальневосточного университета. 1990. С. 134; Пороцкий Е.М., Петрова В.М.Исследование влияния магнитной обработки воды затворения на физико-химическиесвойства цемента, раствора и бетона // Материалы научн. конф. Л.: ЛИСИ, 1971].

Профессором Дальневосточного политехнического университета(г. Владивосток) П.П. Ступаченко был предложен способ стабилизацииположительного эффекта путем введения некоторых поверхностно активных добавок вводу до ее омагничивания [см. Ступаченко П.П. А. с. № 616253. Москва].Согласно литературным данным о практике исследования и опыте применениямагнитной обработки воды для приготовления бетона, к числу наиболее успешнорешивших данную проблему следует отнести Новочеркасский политехническийинститут [Акустическая и магнитная обработка веществ // Сб. Новочеркасскогоизд-ва НПИ, 1966], Новочеркасский завод ЖБИ, Кировский завод “Стройдеталь”,Пермский завод ЖБИ-1, Ленинградский инженерно-строительный институт и т.д. [см.Гульков А.Н., Заславский Ю.А., Ступаченко П.П. Применение магнитной обработкиводы на предприятиях Дальнего Востока // Владивосток: изд-во Дальневосточногоуниверситета. 1990. С. 134].

Только управлением “Саратов ГЭС-строй” за шесть лет применениямагнитной обработки воды для бетона на своих предприятиях было сэкономленооколо 51 тыс. тонн цемента [см. Гульков А.Н., Заславский Ю.А., СтупаченкоП.П. Применение магнитной обработки воды на предприятиях Дальнего Востока //Владивосток: изд-во Дальневосточного университета. 1990. С. 134]. Вопросамисследования влияния магнитного поля на свойства воды затворения были посвященымногие работы различных авторов.

С 1974 года решением данной проблемы занялись в лабораториистроительных материалов Дальневосточного политехнического института профессорП.П. Ступаченко и доцент А.Н. Гульков, усилиями которых на многих заводах сбольшим экономическим эффектом внедрялась магнитная обработка воды с введениемдобавок – стабилизаторов эффекта до ее омагничивания [см. Гульков А.Н.,Заславский Ю.А., Ступаченко П.П. Применение магнитной обработки воды напредприятиях Дальнего Востока // Владивосток: изд-во Дальневосточногоуниверситета. 1990. С. 134]. Проведение большого количества экспериментов иопыт работы многих ЖБИ на омагниченной воде позволили группе профессора П.П.Ступаченко сделать следующие выводы [см. Гульков А.Н., Заславский Ю.А.,Ступаченко П.П. Применение магнитной обработки воды на предприятиях ДальнегоВостока // Владивосток: изд-во Дальневосточного университета. 1990. С. 134]:

Магнитная обработка воды затворения цементных смесейприводит к положительным результатам по многим свойствам: увеличиваетпрочность, плотность, морозостойкость, снижает пористость, водопоглощение,повышает удобоукладываемость бетонной смеси и т.д.

Магнитную обработку воды можно проводить магнитамипостоянного поля и электромагнитами. Напряженность поля в различных условияхможет изменяться от 40103 до 70103 А/м, при этомопределяющим фактором является химический состав воды и цемента.

Твердение цементных смесей различного состава значительноускоряется в первые 7 дней и продолжает интенсивно нарастать в дальнейшие срокипри нормальных условиях и при пропаривании. В возрасте 28 суток превышениепрочности растворов и бетонов против контрольных образцов составляет, по даннымразличных авторов, 10…40 р.,

и ряд других выводов.

В лаборатории ДВПИ было опробовано множество вариантовомагничивания воды, в итоге был принят способ омагничивания воды для затворениябетонной смеси с введением добавок – стабилизаторов эффекта (ЗШ и СДБ) до еемагнитной обработки, в результате чего наблюдалось постоянное увеличениепрочности, повышение плотности, водонепроницаемости и морозостойкости бетона.Данные лаборатории говорят о том, что введение в воду до ее омагничиваниядобавок СДБ и ЗШ приводит к повышению прочности бетона при естественномтвердении на 17–29 % и имеется возможность получения бетона марки 500 срасходом цемента до 500 кг/м3 бетона [см. Гульков А.Н.,Заславский Ю.А., Ступаченко П.П. Применение магнитной обработки воды напредприятиях Дальнего Востока // Владивосток: изд-во Дальневосточногоуниверситета. 1990. С. 134]. Производственная проверка и внедрение новогоприема в технологию приготовления бетонной смеси начались с 1974 года в трубномцехе завода ЖБИ-1 г.Владивостока, где были отработаны все необходимые параметры и устройствамагнитной обработки воды с добавками ЗШ и СДБ. Для успешного внедрения новогоспособа особое внимание обращалось на стабильность технологии приготовлениябетонной смеси – применение одних и тех же материалов и соблюдение основныхтехнологических факторов. При изменении каких-либо характеристик бетонной смесинеобходимо опытным путем подбирать параметры омагничивания воды.

Магнитный аппарат, применяемый при всех заводскихвнедрениях, был запроектирован сотрудниками кафедры теплогазоснабжения ДВПИ иотвечал подобранным и проверенным параметрам омагничивания воды в лабораторныхи производственных условиях. Схема этого аппарата представлена на рис. 1. Онсостоит из наружного стального магнитопровода, изготовленного из трубы толщиной2…2,5 мм, и снабжен тремя фланцами. Два фланца служат для присоединения корпусак питательному трубопроводу, а третий фланец – для крепления с фланцем кожуха7, изготовленного из немагнитного материала. Кожухом 2 является медная труба,закрытая приваренным донышком 12. Три небольших скошенных ребра служат дляцентрирования внутреннего кожуха в стальном магнитопроводе 1. Внутрь кожуха 2вставляется железный сердечник 3 с намотанными катушками 5 на впадинахсердечника. Соединение катушек производится через шлицы 9 в полюсныхнаконечниках 4.

Схема технологического процесса омагничивания воды сдобавкой – стабилизатором эффекта и вид производственной схемы с подключенныммагнитным аппаратом представлена на рис. 2. Данной работой была установленавозможность не только улучшить свойства бетона для железобетонных труб(прочность, водонепроницаемость, структура и др.), но и возможность при этомэкономии цемента, как минимум, 50 кг на метр3 бетона. Кроме Владивостока,группой разработчиков во главе с профессором П.П. Ступаченко было произведеновнедрение разработанного способа на заводах городах Находке, Воркуте, Шахтах ит.д.

За разработку и успешное внедрение в производство новогометода магнитной обработки воды затворения бетонной смеси авторы былинаграждены золотой, серебряной, бронзовой медалями в то время ВДНХ СССР.

Рис.1 Схема 6-катушечного электромагнитного аппарата системытеплотехнической лаборатории ДВПИ

Рис.2. Технологическая схема приготовления бетонной смеси наомагниченной воде с добавкой-стабилизатором

1 – расходная емкость воды

2 – расходная емкость добавки

3 – дозатор воды

4 – дозатор добавки

5 – магнитный аппарат

6 – бетоносмеситель.