СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ЦЕМЕНТНЫХ СМЕСЕЙ

Название	СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ЦЕМЕНТНЫХ СМЕСЕЙ
Разработчик (Авторы)	Федорчук Юрий Митрофанович, Зыков Владимир Михайлович, Зыкова Наталия Сергеевна, Цыганкова Татьяна Сергеевна, Панин Владимир Филиппович
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2311395
Дата регистрации	27.11.2007
Правообладатель	Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет
Область применения (класс МПК)	C04B 40/00 (2006.01)
Медаль имени А.Нобеля

Описание изобретения

Изобретение относится к технологии производства строительных изделий из цементных смесей, а именно к способам электромагнитного воздействия на цементные смеси при их схватывании и твердении, и может найти применение при изготовлении различных строительных изделий, например плиток, плит, кирпича, блоков и др.

К настоящему времени разработано значительное количество способов изготовления бетонных изделий и приготовления цементных смесей с использованием электромагнитных методов воздействия на сырьевые материалы, строительные смеси и отформованные строительные изделия (см., например, А.С. №№1135737, 1143735, 1207104, 1400028, 1455589, 1505917, 1511246, 1661176, 1665669, 1668345, 1689370, 1766888 и др.).

Эти методы, в частности электрические и магнитные, основанные на воздействии на электронную структуру цемента электрическим потенциалом или магнитным полем, изменяют кристаллическую структуру цементного камня и направлены на повышение механической прочности, плотности, морозостойкости и коррозионной стойкости строительных изделий, а также на повышение активности цемента и ускорение схватывания и твердения строительных смесей.

Известен способ изготовления бетонных изделий (А.С. №1135737, МПК С04В 40/02, Б.И. №3 - 1985 г.). Сущность способа состоит в следующем. Приготовленную бетонную смесь укладывают в металлическую форму и уплотняют. Над формой с воздушным зазором размещают внешний электрод. При этом форму и внешний электрод подсоединяет к источнику постоянного тока напряжением до 15 кВт, после чего бетонное изделие подвергают воздействию высоковольтного электрического поля. Для этого сначала внешний электрод соединяют с положительным полюсом источника тока, а форму с бетонной смесью - с отрицательным полюсом источника тока и осуществляют выдержку под воздействием электрического поля. Затем полярность электродов изменяют и снова осуществляют выдержку изделия под воздействием электрического поля. После электрического воздействия строительное изделие подвергают термообработке.

Недостатком способа является сложность используемого оборудования, применение высокого напряжения, что представляет собой опасность при обслуживании указанного электрического оборудования, а также его малая эффективность.

Известен способ изготовления бетонных изделий. Он заключается в следующем. Приготавливают бетонную смесь, укладывают ее в форму и уплотняют, после чего на отформованное строительное изделие воздействуют бегущим магнитным полем. С этой целью форму с бетонной смесью устанавливают в зазоре между индуктором линейного электродвигателя, включающим магнитопровод и трехфазную шестикатушечную обмотку, и обратным магнитопроводом. После выдержки изделия в магнитном поле его подвергают термообработке.

По мнению авторов настоящего изобретения, вышеприведенный способ малоэффективен из-за мягкого воздействия магнитного поля на строительную смесь, так как поле носит волнообразный характер. Кроме того, способ требует использования весьма высоких номиналов тока (380 В).

Известен способ уплотнения бетонной смеси (А.С. №715325, МПК В28В 1/10, Б.И. №6 - 1980). Способ заключается в следующем. Бетонную смесь, состоящую из минеральных компонентов и ферромагнитных тел, укладывают в форму, которую размещают в переменном магнитном поле. Под воздействием переменного магнитного поля ферромагнитные тела приходят в колебательное движение, уплотняя бетонную смесь. За счет этого повышается плотность бетона и, соответственно, увеличивается прочность цементного камня.

Недостаток указанного способа состоит в том, что прочность цементного камня увеличивается лишь за счет механического воздействия ферромагнитных тел на бетонную смесь, а не за счет воздействия переменного магнитного поля непосредственно на минеральные компоненты этой смеси.

Известен способ изготовления сталефибробетонных изделий (А.С. №1680500, МПК В28В 1/10, 1/52, Б.И. №36 - 1991. Прототип.). Сущность способа состоит в следующем. Сталефибробетонную смесь, состоящую из минеральных компонентов и стальных фибр, представляющих собой удлиненные отрезки тонкой стальной проволоки, укладывают в форму. Форму помещают между двух электромагнитов, на каждый из которых поочередно подают постоянный пульсирующий электрический ток. Вследствие этого каждый из электромагнитов создает постоянное пульсирующее магнитное поле, причем эти поля имеют противоположные направления.

Вследствие этого при включении одного из электромагнитов образуется постоянное пульсирующее магнитное поле с одним направлением, при включении второго электромагнита образуется постоянное пульсирующее магнитное поле с противоположным направлением. Если совместить эти магнитные поля по времени, то получается, что на сталефибробетонную смесь, вернее на имеющие место в ней стальные фибры, действует переменное магнитное поле, т.е. магнитное поле с переменным направлением. Это вызывает колебательное движение стальных фибр в бетонной смеси, что способствует ее механическому уплотнению и облегчает процесс ориентации стальных фибр в сталефибробетонной смеси по силовым линиям магнитного поля.

Недостатки способа: образующееся переменное пульсирующее магнитное поле не оказывает активного воздействия непосредственно на минеральные компоненты смеси, используется достаточно высокое напряжение электрического тока (380 В), сложность осуществления способа.

Поставлена задача: обеспечить активное воздействие магнитного поля на минеральные компоненты цементной смеси, упростить техническое осуществление способа, обеспечить электробезопасность обслуживающего персонала.

Указанная задача решена следующим образом. В соответствие с прототипом приготовленную из цемента, заполнителя, воды и активных добавок строительную смесь укладывают в форму, после чего форму со смесью помещают в магнитное поле. Согласно изобретению после укладки в форму из диэлектрического материала строительную смесь уплотняют, форму со смесью размещают внутри соленоида и на строительную смесь воздействуют пульсирующим с частотой пульсаций 50 или 100 Гц магнитным полем постоянного потока.

Далее сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена схема устройства для создания постоянного пульсирующего магнитного поля.

Из цемента (например, на основе сульфата кальция), заполнителя (например, песка), воды и активных добавок приготавливают цементную (строительную) смесь. Эту смесь укладывают в форму 1 из диэлектрического материала (например, стеклопластика) и уплотняют известными механическими способами. Форму 1 с цементной смесью размещают внутри соленоида, который представляет собой катушку индуктивности или обмотку 2, намотанную на пустотелый цилиндрический стальной сердечник 3. Катушка 2 с большим числом витков медной проволоки питается от сети переменного тока через понижающий трансформатор 4 и одно- или двухполупериодный выпрямитель тока 5 без сглаживающего фильтра. При протекании по обмотке соленоида 2 постоянного пульсирующего электрического тока внутри соленоида возникает пульсирующее постоянное магнитное поле с частотой пульсаций 50 (при однополупериодной схеме выпрямления тока) или 100 Гц (при двухполупериодной схеме выпрямления тока), импульсы которого жестко воздействуют на цементную смесь, вызывая сжатие двойного электрического слоя вокруг частиц цемента.

Во время затворения цементной смеси водой вокруг частиц цемента образуется двойной электрический слой. Плотность двойного электрического слоя максимальна около вершин и ребер кристаллов и минимальна на плоскостях кристаллов. Под воздействием пульсирующего постоянного магнитного поля плотность этого слоя увеличивается за счет сжатия, в результате чего происходит ориентированное направление роста кристаллов (наиболее характерно указанное явление для иглоподобных сульфаткальциевых кристаллов). При этом замечено явление увеличения прочности макрокристаллов в направлении, параллельному вектору внешней силы воздействия на образцы, а также ускорение процессов диффузии по преодолению двойного электрического слоя ионов водорастворимого сульфата кальция (катионов кальция и анионов сульфата) в раствор. Процесс преодоления барьера двойного электрического слоя заканчивается на первой стадии образованием коллоида полуводного сульфата кальция, т.е. зародышей сульфаткальциевых кристаллов. При этом происходит более плотная упаковка микрокристалла в макрокристалле, что в конечном итоге приводит к увеличению прочности строительных изделий.

Пример осуществления изобретения.

Приготавливалась цементная смесь в следующем составе (вес.ч.):

- активированный и нейтрализованный фторангидрит - 60,0;

- песок- 10,0;

- ускоритель схватывания - 1,5;

- вода-28,5.

Приготовленную смесь укладывали в пластмассовую форму с внутренними размерами (40×40×160) мм и уплотняли. Формы со смесью помещали внутри соленоида, который представлял собой стальной цилиндр длиной 300 мм и диаметром 300 мм с размещенной на нем катушкой индуктивности с большим числом витков тонкой медной проволоки. Катушка индуктивности была присоединена к сети переменного тока через понижающий трансформатор РНТО (220/24 В) и двухполупериодный выпрямитель (без сглаживающего фильтра). Напряженность магнитного поля составляла 200 Гаусс. После 4-х часовой магнитной обработки образцы в форме балочек извлекали из формы и выдерживали в течение 28 суток в условиях нормальной температуры и влажности воздуха.

Испытания образцов показали, что их прочность на изгиб в среднем на 50% превышает предел прочности образцов, не подверженных воздействию пульсирующего постоянного магнитного поля.

Технический результат:

- повышение механической прочности строительных изделий,

- упрощение способа магнитной обработки цементных смесей,

- обеспечение электробезопасности обслуживающего персонала.

Формула изобретения

Способ изготовления строительных изделий из цементных смесей, заключающийся в том, что приготовленную из цемента, заполнителя, воды и активных добавок строительную смесь укладывают в форму, после чего форму со смесью помещают в магнитное поле, отличающийся тем, что после укладки в форму из диэлектрического материала строительную смесь уплотняют, форму со смесью размещают внутри соленоида и на строительную смесь воздействуют пульсирующим, с частотой пульсаций 50 или 100 Гц, магнитным полем постоянного тока.

Изобретение "СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ЦЕМЕНТНЫХ СМЕСЕЙ" (Федорчук Юрий Митрофанович, Зыков Владимир Михайлович, Зыкова Наталия Сергеевна, Цыганкова Татьяна Сергеевна, Панин Владимир Филиппович) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога