浅论磁化水混凝土技术的开发和应用

铁　道　建　筑Railway EngineeringSeptember ,2009文章编号:100321995(2009)0920118204浅论磁化水混凝土技术的开发和应用秦敬爱(中铁十九局集团第二工程有限公司,辽宁辽阳　111000)摘要:提高混凝土的强度,节约水泥,降低工程造价一直是工程界所关注的问题,在国家加大基础设施建设前提下,如何提高混凝土的综合性能、降低成本,已是摆在建筑者面前的一个需要解决的问题。

试验及研究表明,用磁化水拌制混凝土,可改善混凝土的和易性,加快混凝土的硬化速度,并提高混凝土强度。

关键词:磁化水　磁化水混凝土　强度中图分类号:T U528159　文献标识码:B收稿日期:2009205201;修回日期:2009206220作者简介:秦敬爱(1974—),男,山东成武人,工程师。

1　情况简介以一定流速流经磁场垂直切割磁力线的水成为磁化处理水,也称磁水,俗称“磁化水”。

目前,磁化水在提高水泥混凝土性能方面,已有大量的试验研究和广泛的应用。

通过大量的数据表明,用磁化水拌和混凝土,不仅可以加快水泥的水化作用,还能改善混凝土的和易性和提高混凝土的强度,并且节约水泥用量,其设备简单,操作方便,成本费用低,具有较好的经济效益和社会效益。

2　磁化水提高混凝土强度的机理分析211　磁化水提高水泥水化程度分析水分子本身就是一个小磁体,由于异性磁极相吸,因而普通水中许多水分子就会首先相吸,连接成庞大的“分子团”,这种“分子团”会减弱水的多种物理化学性质。

与大的分子团相比,单分子水的物理化学活性很强,但普通水中的单分子很少,其活性不高,在混凝土拌合过程中,水泥不能充分水化,因而影响了混凝土的强度。

当普通水经过磁场作用后,将连接的“分子团”破坏,变成单个的水分子,这就使得它们与其他物质的分子、原子结合的机会增多。

实质上,水泥熟料颗粒表面由于粉磨等机械作用,存在许多微小裂缝,这样单个水分子更加容易渗入到水泥颗粒内部,使水泥水化充分,从而提高了混凝土强度。

另外,通过试验表明,水经磁化后,水分子结构的键变长或键角改变,导致分子间引力变小,磁化水分子表面张力较小,其活性相应也较大,易于与其他物质反应,水泥水化反应更加容易。

表1是相关文献对普通水和磁场强度270MT 、水流量1550L Πh 的磁化水进行对比试验数据表。

表1　表面张力测试结果数据表样点表面张力Π(N Πm )均值Π(N Πm )普通水1911191319131912磁化水1812181118131812212　磁化水改善混凝土和易性分析由于使用磁化水使水泥水化较普通水水化反应更充分,生成的水泥浆数量增加,游离水和未水化的水泥颗粒减少,因此,在水灰比不变的情况下,单位体积拌合物内,拌合物的流动性增加,在用水量一定的情况下,黏聚性和保水性也相应增加。

由于磁化水单个水分子较多,分子间孔隙缩小,水的体积也就相应缩小,在相同质量的情况下,磁化水的密度就比普通水大,因此,使用磁化水在混凝土拌合的过程中,水泥颗粒及细骨料的分散度和拌合物的均匀性增加。

所以在水灰比相同的情况下,使用磁化水较普通水拌制的混凝土和易性要好。

3　磁化水对混凝土物理力学性质的影响311　磁化水提高混凝土的密实度分析所谓密实度是指在一定体积中固体物质填充的程度。

由于使用磁化水拌合混凝土,其和易性增强,所以,在保证相同坍落度要求前提下,可以减小水灰比,使单位体积中固体物料相应的增加,从而提高单位混凝土的密实度。

另外,由于水灰比降低,不仅可以降低硬化后的混凝土总孔隙,提高混凝土强度,而且影响混811凝土中水化物的特性。

水灰比小,水化物结合水量少,水化物粒子的结晶过程受到限制,减少生成强度较低的大晶体颗粒,而使晶体具有细小的尺寸和较均匀的外形,形成密实结构,水化物之间的单位胶结能力增大。

312　磁化水提高混凝土强度由于采用磁化水拌制的混凝土用水量小,从而降低了水灰比。

采用磁化水拌制的混凝土,其水化物结晶颗粒细小且分布均匀,结合密实,相互之间胶结能力增强,显然,混凝土的强度将得到提高。

大连理工大学赵善宇、濮阳地方道路管理处杜跃武、湖南大学朱元保等采用X射线物相分析,对磁化前后的自来水拌制的水泥水化3d、28d的水化产物进行了XRD分析。

结果表明,磁化处理能够促进水泥石中各种矿物的水化,有利于水泥石结构的形成。

表2是一些相关研究人员的研究数据。

表2　磁场强度、水流速度与混凝土强度增长率单位研究人员最佳磁场强度ΠMT水流速度混凝土强度增长率Π%濮阳市地方道路管理处杜跃武2701500LΠh14～20焦作工学院土木工程系吴忠等2801344LΠh16～18大连理工大学赵善宇8100173mΠs11～15国立中央大学李钊8009～11LΠm in10～20贵州工学院刘东鉴所进行的试验,使用同种集料、相同配合比的材料,进行交叉对比强度试验,结果如表3。

表3　普通水磁化水拌制混凝土交叉对比强度试验组别普通水拌制混凝土强度ΠMPa磁化水拌制混凝土强度ΠMPa磁场强度ΠMT水流量Π(LΠh)90013001500190013013821030198341543419831188 23018724032161361063615836157 33215627037127371734016739148 43114030032162351443517334180通过试验得出:磁场强度和水流量的变化都会对混凝土的强度产生影响,当磁场强度为270MT、水流量在1500LΠh时,混凝土强度最高,较普通水拌制的混凝土强度提高24191%。

根据前苏联的研究,用磁化水搅拌混凝土,与普通水相比,其强度一般可提高10%～25%,个别的可提高43%,当然不同的试验所得到的试验结果也不尽相同。

前苏联哈尔科夫公路交通学院,还试验了将水在磁化前先进行真空处理。

试验证明,用未经真空处理的磁化水拌制水泥砂浆,其抗压强度和抗剪强度提高27%,而用先进行真空处理再经磁化的水拌制水泥砂浆,则其强度可提高60%,无论是早期强度还是28d 的强度都是如此。

313　磁化水对混凝土凝结时间的影响在混凝土拌制过程中,水泥与水之间的反应是混凝土产生凝结的主要原因。

由于磁化水使水泥的水化反应加快,水泥的凝结时间变短,通过试验表明,初凝时间可以缩短10min,终凝时间可以缩短7min。

这样混凝土的早期强度也相应提高,从而也减小了其早期微裂纹数量,所以磁化水可以提高混凝土的强度。

314　磁化水提高混凝土抗冻融循环的能力前苏联Ю·и·希尔洛维曾进行了磁化水对水泥混凝土密实度和抗冻性影响的研究。

他认为磁化水可以降低水灰比,改变混凝土的结构,减少混凝土的收缩孔隙,能降低混凝土的透水性,大大提高它的抗冻性。

其抗冻融循环一般都在100次以上,但是用掺亚硫酸废液的磁化水拌制的混凝土,能承受1000次以上的冻融循环。

试验表明,凡是用磁化水拌制的混凝土,其抗冻性都有明显提高,例如在混凝土成分相同的情况下:水的用量为207LΠm3、水灰比01602、水泥用量344kgΠm3时,普通水拌制的混凝土坍落度为5cm,抗冻融循环为249次,而磁化水拌制的混凝土坍落度为3cm,抗冻融循环为326次;当水的用量为208LΠm3、水灰比01468、水泥用量445kgΠm3时,普通水拌制的混凝土坍落度为5cm,抗冻融循环310次,而磁化水拌制的混凝土坍落度为3cm,抗冻融循环为537次;当水的用量为203LΠm3,水灰比01457、水泥用量445kgΠm3、坍落度为3cm时,普通水掺加0115%亚硫酸废液拌制的混凝土抗冻融循环仅404次,而磁化水掺加0115%亚硫酸废液拌制的混凝土抗冻融循环可达1000次以上。

上述特性已为工程实践所证实。

根据前苏联黑海建筑公司的资料显示,用普通水拌制的混凝土修建的海堤,使用7年已完全破坏,而用磁化水拌制的混凝土修建的构筑物,却完好无损。

4　不同条件的磁化水对混凝土性能的影响试验表明,在不同的磁化条件下,磁化水对混凝土性能的影响是不同的。

在研究磁化水的过程中发现,在磁化普通水的过程中,存在一个最佳参数即磁场强度和水流速度会影响磁化效果。

由于试验条件、试验设备的不同以及试验者所采用的水泥质量也有差异,所以最佳参数还需要进一步研究。

可以肯定的是,只有合适的磁化条件才能使混凝土性能朝着有利于工程9112009年第9期浅论磁化水混凝土技术的开发和应用 实际应用的方向变化。

为了验证磁化水混凝土的技术效果,北京某公司的试验室利用现有的普通混凝土生产所用的原材料和配合比,进行了普通混凝土和磁化水混凝土对比试验,分析磁化水对混凝土各项性能的影响,并研究了磁化水对不同外加剂效果的适应性。

主要试验结论如下:1)使用磁化水拌制混凝土,在原材料和配合比相同条件下,3d 、7d 和28d 龄期混凝土抗压强度约提高了5%～15%。

2)磁化水混凝土和易性改善,较好解决了萘系高效外加剂配置大流动性混凝土时,混凝土拌合物容易出现泌浆、板结的质量问题。

3)磁化水混凝土密实度增加,混凝土产品的毛细通道和碳化现象显著减少,抗渗和抗冻性能提高。

4)磁化水混凝土收缩变形性能与普通水拌制的混凝土差别不大。

5)水泥品种变化对磁化水混凝土性能影响不大;外加剂品种变化对磁化水混凝土的效果有一定影响。

同样条件下,使用普通减水剂时,用磁化水拌制混凝土对混凝土的改性作用不大;相比,使用高效减水剂(最好是聚羧酸系)时,用磁化水拌制的混凝土则对混凝土性能有比较显著的改性作用。

2003年第三季度,北京某公司先后完成向首都机场、国家大剧院、北京地铁和国家体育场等重点工程的混凝土供应任务。

据统计,改用磁化水混凝土生产工艺后,因坍落度不合格返回的车次大大减少,混凝土均质性显著提高,试件强度离散程度明显降低;又如,在向北京地铁5#线高架桥工程供应混凝土时,高架桥的墩柱和箱梁拆模后外观要求具有清水效果。

在使用磁化水混凝土前,因为施工和水泥品种等多方面的原因,墩柱拆模后,经常出现色差、气泡、砂线和水纹等质量通病,外观质量很不理想,但是在改用磁化水拌制混凝土后,上述质量通病得到了很好解决。

5　磁化水拌制混凝土节约水泥用量用磁化水拌制混凝土,在确保混凝土设计强度的前提下,水泥用量能够减少10%,磁化水对水泥用量的影响的研究,表4列出了工业应用结果。

混凝土水泥用量试验,做C25和C30两种强度等级各4组。

普通水混凝土配合比是:C25　水泥∶砂∶碎石∶水=1∶2102∶3167∶0155C30　水泥∶砂∶碎石∶水=1∶1149∶3149∶0148。

磁化水混凝土配合比中,水泥分别减少5%、7%、9%、11%,砂、石、水用量相应调整。

磁化水的磁场强度270MT 、水流量1500L Πh 。