Бетон-меломан

Посмотреть все статьи

 БЕТОН – МЕЛОМАН

На любом заводе железобетонных изделий (ЖБИ) значительную часть площади занимают пропарочные камеры, в которых отформованные изделия подвергаются гидротермальной обработке – пропарке. Благодаря такой обработке, в несколько раз ускоряется твердение бетона, что делает его более экономичным.

Пропарка осуществляется при температуре 80–90 0С и продолжается 10–20 часов, чем обусловлена высокая энергоемкость процесса изготовления изделий, а потому любые попытки интенсификации твердения бетона, направленные на снижение энергоемкости, заслуживают внимания.

Твердение бетона обусловлено протеканием химической реакции между цементом и водой затворения – гидратацией вяжущего, с появлением новообразований. Интересно то, что этот процесс – экзотермический, т.е. он не требует затрат энергии, а, наоборот, протекает с выделением тепла.

Возникает закономерный вопрос, зачем же нагревать бетон? Оказывается, тут работает температурный коэффициент реакции гидратации. Проще говоря, реакция ускоряется с ростом температуры, а энергия при пропарке расходуется только на нагрев цементного теста, и связано это не с химическими реакциями, а только с теплоемкостью нагреваемого объекта. В точности как с обычной бытовой ванной: сначала затратили энергию на нагрев воды, а потом, остывая, вода вновь отдает все приобретенное тепло в окружающую среду.

В таком случае, главная проблема в том, как быстрее, с минимальными потерями, передать тепло обрабатываемому бетону, как ускорить теплообмен. Известно, что одним из способов ускорения подобных процессов является воздействие акустических волн.

Установлено звукохимическое ускорение гетерогенных процессов, например, диффузии раствора сульфата меди в гель желатины; показано, что акустическая обработка ускоряет старение алюминиевых сплавов в 75–80 раз; наконец, выяснено, что акустические воздействия ускоряют теплообмен между латунной трубкой и окружающим воздухом.

Проводились исследования, касающиеся твердения цементного теста при воздействии на него ультразвука; было показано, что прочность цементного камня возрастает, однако до практического применения дело не дошло. На это были две причины: во-первых, ультразвук – дорогое удовольствие, пригодное для академических экспериментов, но не достаточно экономичное для промышленного применения; во-вторых, ультразвук очень быстро затухает в вязкой бетонной среде, проникая в изделие лишь на глубину 1–2 см. Можно сказать, что для бетон, как и для человек, ультразвук не слышит.

Более целесообразным представляется использование звука низких и средних частот. Причем, сомнительна эффективность применения акустических волн какой-то одной фиксированной частоты, поскольку бетон – материал полидисперсный, и отдельные зерна разных размеров имеют разную частоту собственных колебаний.

Нашей индустрией выпускался промышленный генератор поличастотных акустических волн, под названием “источник белого шума”. Близок к “белому шуму” и звук механического звонка.

Проверка влияния “белого шума” на твердение бетона осуществлялась путем его термоакустической обработки. Были изготовлены две партии по 24 бетонных образца одного состава (весовое соотношение цемента, песка и щебня составляло 1:2:4). Обе партии пропаривали в лабораторной пропарочной камере, внутри которой смонтирован звонок громкого боя. При одинаковом температурном режиме, одну партию образцов пропаривали с акустическим воздействием, а другую – без. После обработки образцы остывали непосредственно в камере, затем их извлекали из форм и испытывали на плотность и прочность, а результаты испытаний подвергали статистической обработке.

Установлено, сто средняя плотность образцов обеих партий одинакова и составляет 2370 кг/м3. При обычной пропарке среднее статистическое значение прочности 21,67 МПа, минимальная теоретически вероятная величина 18,46 МПа, максимальная теоретически вероятная величина 24,88 МПа. При термоакустической обработке эти три показателя были существенно выше, они, соответственно, характеризовались следующими цифрами: 23,88; 19,83 и 27,93 МПа.

На основании изложенного, термоакустическую обработку бетона следует считать достаточно перспективной. Прирост прочности более 10% – вроде бы, небольшой, но, с одной стороны, он может перевести бетон из одной марки по прочности в более высокую, а с другой стороны, следует учитывать существование более мощных, чем использованный, источников “белого шума”. Следует учитывать небольшую энергоемкость источников звука, возможность их работы по сокращенному режиму (периодичность), экранизацию источника шума крышками пропарочных камер, то, что термообработка в основном производится в ночное время, когда цеха пустеют, наконец, незначительность расходов на реконструкцию камер.

Несмотря на приведенные доводы в пользу термоакустической обработки, остаются сомнения, не станут ли экологи возражать против шумового загрязнения среды? Тут возникает соблазн заменить “белый шум” музыкой. Но не ухудшит ли это технологические воздействия акустики?

Для такой замены есть убедительные основания: а) “белый шум” содержит в себе колебания разных частот и должен влиять на зерна разных размеров (цемент, песок, щебень), но давление на них будет одновременным, а более эффективным представляется последовательное воздействие, обеспечиваемое полифонической музыкой; б) музыка содержит достаточно резкие переходы от одной частоты к другой, а также частые смены ритма и громкости, паузы и одновременное звучание нескольких нот (аккорды); все это, в отличие от монотонного “белого шума” порождает градиенты механических воздействий, безусловно, полезные для теплообмена; в) музыка не вызовет такой же негативной реакции экологов, как “белый шум”, она даже может рассматриваться как элемент эстетического воспитания персонала; г) реализовать музыкальную обработку достаточно просто -–в крышке пропарочной камеры делается отверстие, перекрываемое фольгой, а к нему приставляется динамик (громкоговоритель, подключенный к магнитофону). Остается выяснить, какая музыка какому бетону больше нравится.

Обращает на себя внимание тот факт, что достижение повышенной прочности бетона дает широкое право выбора, в зависимости от существующих проблем конкретного цеха: или снизить расход цемента, или сократить расход энергии на пропарку, или применить другие, менее дефицитные компоненты.

Алексей Чернов, г. Челябинск