Б. А. КРЫЛОВ, д-р техн. наук, А. И. ЛИ, канд. техн. наук (НИИЖБ), О воздействии электрического тока на твердение бетона
В практике зимнего бетонирования монолитных конструкций одним из основных способов интенсификации твердений бетона стал электропрогрев. Этому способствовало то, что при минимальных энергозатратах он надежно гарантирует достижение бетоном в проектные сроки марочной прочности без ухудшения других физико-механических 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 [1,2], попытки отдать приоритет в ускорении твердения бетона электрофизическим явлениям периодически возобновляются. В результате этого необоснованные рекомендации поэффективности 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 знако- переменными импульсами [3]. При наложении постоянного электрического тока явления электрофореза, электроосмоса и электролиза действительно должны происходить более интенсивно, чем при переменном токе промышленной частоты. Основываясь на этом, авторы работы [3] утверждают, что постоянный электрический ток знакопеременных импульсов способствует диспергированию цементных частиц, повышению их реакционной способности, более полной гидратации и равномерному распределению цементного клея между непрогидра- тированными зернами цемента и заполнителя. По их мнению, уже через 1...3 ч обработки можно получить распалубочную прочность бетона.
Несмотря на то, что ранее проведенными 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 1,8X0,9X0,2 м. Одна панель была обработана постоянным током со знакопеременными импульсами с помощью генератора постоянного тока П-91 мощностью 50 кВА с приводом 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 устройством, смонтированным на щите управления. Рабочее напряжение, подаваемое на электроды, подбирали так, чтобы плотность тока на электродах составляла 40 А/м2. Другую панель обрабатывали переменным током промышленной частоты с помощью сварочного трансформатора ТД-500 У2, причем подаваемое на электроды напряжение регулировали так, чтобы температурный режим прогрева полностью совпадал с температурным режимом первой панели. Продолжительность электрообработки обоих панелей составила 1 ч 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 раепалубливали.
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 кубы с ребром 20 см и испытывали на сжатие в возрасте 3. 7, 14, 28 и 90 ст.
Результаты испытаний (табл. I) свидетельствуют, что при обработке постоянным током знакопеременными импульсами прочность арболита в первые 7 сут несколько выше, чем при обработке переменным током, что объясняется, видимо, удалением большего количества механически связанной влаги из-за явлений
Таким образом, при обработке постоянным током со знакопеременными импульсами электрофорез, электроосмос и электролиз практически не влияют на процесс твердения бетона, а его интенсификация 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.
Примерно такие же результаты получены нами в аналогичных исследованиях, проведенных совместно с трестом Оргтехлесстрой В/О Союзлесстрой на производственной базе СМУ-32 треста Кирлесой: в Лузе. При обработке арболита постоянным током знакопеременными импульсами, расход электроэнергии на 20...25 % больше, чем при обработке переменным электрическим током вследствие дополнительных потерь при преобразовании переменного тока в постоянный и затрат энергии на электролиз воды.
Такие же исследования проводили на Мытищинском заводе Строй- деталь при изготовлении панелей типа ОС-5 из тяжелого бетона класса В 12,5. Установлено, что изделия после распалубки сохраняют форму при обработке как постоянным, так и переменным токами. Однако прочность бетона была незначительной Как видно из данных табл. 2, 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 температурного фактора на интенсификацию твердения бетона.
Проведенные производственные испытания вновь подтвердили, что фактические удельные расходы электроэнергии зависят от температуры и длительности нагрева бетона, но в любом случае при постоянном токе они несколько выше, чем при переменном.
Выполненные в НИИЖБе исследования выявили, что при обработке бетона постоянным электрическим током наблюдается коррозия 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.
Бетон и железобетон, 1992