磁化水对混凝土强度影响的试验研究.pdf

文章编号：i 0 0 7 - 0 4 6 X ( 2 0 1 3 ) 0 5 - 0 0 2 5 - 0 3 邕 态建械 磁化水对混凝土强度影响的试验研究 Ex p e r i me n t a l S t u d y o f E f f e c t o f M a g n e t i c W a t e r o n Co n c r e t e S t r e n g t h 袁春波，李广智 ，张振 ( 天津市水利科学研究院，天津3 0 0 0 6 1 ) 摘要： 介绍 了磁化水增强混凝土强度原理 ，通过减少水泥在单方磁化水混凝土 中的用量的方案对磁化水混凝土强 度进行试验研究。研究表明磁化水的应用对减少水泥用量是很有效的，在减少水泥用量 5 时，磁化水混 凝土的强度基本与 自来水混凝土强度持平。 关键词 ： 磁 化 水 ；混凝 土 ；强度 ；节约 ；水 泥用 量 中图分类号 ：T U5 2 8 5 7 文献标 志码 ：A 0 前 言 水泥作为混凝土材料，自1 8 2 4年以来已经有 1 0 0多 年的历史了，混凝土材料在全世界的建筑业得到了广泛的 应用，如今已经成为土木工程中的主体材料，尤其是国家 基本建设项目中应用量最大。城市、公路、桥梁、港口码 头、机场、大坝、隧道、地下工程、海上海下工程等建设 中应用最广、 使用量最大的是水泥混凝土。 从现场浇筑到预制装配，从普通混凝土到具有各种功 能的特种混凝土，从人工拌合、半机械化搅拌到机械化搅 拌站等，混凝土施工工艺不断革新，施工技术水平日益提 高，应用范围也不断扩大。随着我国建设事业的蓬勃发展， 混凝土在工业与民用建筑、公路桥梁和水利工程等诸方面 的应用更加广泛，所以提高混凝土强度、节约水泥用量和 提高混凝土的使用年限成为科学技术人员关注和研究的课 题。 通过掺合料技术和新型高性能外加剂技术的应用，可 以进一步提高混凝土的性 “ 。但是单靠外加剂和掺合料 技术的改进使混凝土性能提高存在一定限度，而且提高外 加剂品质 ( 例如聚羧酸系 1 6 1 1 n 剂 ) 和不断增加外加剂用 量，会导致混凝土生产成本增加。众所周知，混凝土的组 成主要包括水泥、水、砂、石和外加剂、掺合料等，每种 组分对混凝土质量都有重要影响。 水作为混凝土拌制的基本组分之一，其用量多少对混 凝土的流动性、强度、耐久性等性能影响的研究很多，但 对于水本身的性质对混凝土性能影响的研究则很少。为了 进一步提高混凝土质量，在混凝土其他组分研究已经达到 相当高度的情况下，对水进行处理，以得到高性能混凝土 值得研究并得到了重视。 1 磁化水提高混凝土强度的机理分析 1 1 水的架构和性质 纯水是无色、无嗅、无味的液体，在 1 个标准大气压 下，冰点：O E，沸点：1 0 0 C ，密度 ( 4 )：1 g e ra 3 ，水 分子是由H和0组成。每个水分子的直径是 4 1 0 1 0 m。 它的质量是2 9 9 1 0 k g 。它的体积是 t r 6( 4 1 0 1 0 ) m =3 1 0 一 。 m0 o 实际上单个水分子的结构已极准确地确定了【 2 】 。水分 子是由2 个氢原子和一个氧原子以共价键的形式组成的， 根据对水蒸气分子的测定，其0 一 H距离为 9 5 7 2 p m，H 一 0 一 H的键角为 1 0 4 2 。，见图 1 。在水分子中有 l 0个电子 ( 5 对)，一对电子 ( 内部的) 位于氧核附近，其余的4对 电子 ( 外部的)中，有两对位于氧核及其每一质子 ( 2 个 氢核 ) 之间，为公用电子，而另外两对电子为孤对电子， 指向四面体中与质子方向相反的顶端。正是这两对孤对电 子对分子间氢键的产生起着巨大的作用。氧的电负性较氢 大，因此 O H键的极性很强，由这种极性，使水分子之间 有一种电性吸引力而形成缔合水分子。距离因素起着重要 5 2 0 1 3 粉煤灰 2 5 的作用：在感应区， 成正比。 电场的减小与距辐射源距离的平方 表 1 碎石的物理性能检测结果 图 1 水分子结构示意图 氢键的存在赋予水以独特而易变的结构。水具有许多 明显的反常性质，都是由于水结构的特点以及其中氢键的 发达性造成的。固体水 ( 冰 ) 溶化时不像绝大多数物质那 样膨胀，而是收缩。因此，改变水系统的结构及其中杂质 的存在形态，就可以调整其物理化学性质。 1 2 磁化水提高混凝土强度原理 由于水分子为极性分子，在普通水中水分子相互吸引 形成大的分子团，未被大分子团吸引的单分子水，分散于 大的分子团之间【 3 1 。与大的分子团相比，单分子水的物理 化学活性很强，但由于普通水中的单分子水很少，因而水 的活性不高，不能使水泥充分水化，水泥的水化只能在水 泥颗粒表面进行。由于水泥表面的一层胶体膜将阻碍水泥 颗粒的进一步水化，所以就会影响到混凝土强度的提高。 当水经过磁化时，在磁场力的作用下，大的分子团破裂变 成单个水分子，这些单个水分子重新整齐排列， 增加了水 分子之间的电性吸引力。由于单分子水的物理化学活性和 渗透力很强，可渗入到水泥颗粒内部，使水泥充分水化， 在同等流动度下减少水泥用量，所以可提高混凝土的强度。 2 试验材料及方案 2 1 试验材料 ( 1 ) 水泥。试验采用河北唐山冀东水泥厂生产的盾石 P O 4 2 5 普通硅酸盐水泥，水泥品质检验执行 G B T 1 7 5 2 0 0 7 硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥。 ( 2 ) 碎石。碎石采用天津市蓟县东后屿碎石粗集料， 主要物理性能检测结果见表 l 。 2 6 C0 了 5 2 01 3 ( 3 ) 砂。马各庄砂， 砂的物理性能见表 2 。 表 2 砂的物理性能检测结果 ( 4 ) 磁化水。以一定的流速穿过磁场所得的水，称之 为磁化水，本次试验所选用的磁化参数为磁场强度0 8 T ，水 流速度 0 7 4 m s ， 磁化水生产示意图见图 2 。 图 2 磁化水生产示意图 2 2 试验方案 用磁化水拌制混凝土可提高混凝土强度，换言之，在 混凝土强度不降低的前提下就可以节约水泥用量，取得经 济效益。试验中保持水灰比不变情况下，分别减少水泥在 单方混凝土中用量 3 0 、5 0 的基础上，比较混凝土强 度变化。 此次试验选用水灰比为 0 4 5 ，进行磁化水与自来水的 混凝土 2 8 d 强度对比试验，磁化水选用的磁场强度为 0 8 T ， 流速 0 7 4 m s 。具体的混凝土配合比见表 3 、表 4 、 表 5 。 表 3 自来水混凝土配合比 表 4 磁化水混凝土配合比 ( 减少水泥用量 3 ) 表5 磁化水混凝土配合比 ( 减少水泥用量5 )4 结论 3 试验结果及分析 在试验中，我们减少了水泥用量，相应地减少了磁化 水的用量，试验结果见表 6 。 表 6 自来水与磁化水混凝土强度对比表 从表 6 数据可以看出，磁化水混凝土节约水泥用量是 很有效果的，单方混凝土在各自 分别节约 3 和5 水泥 用量后的强度都有所提高。减少水泥用量 5 时，混凝土 的抗压强度基本上与空白样相同。 磁化水混凝土强度试验结果表明，以水灰比0 4 5 磁化 水混凝土为例，单方混凝土按减少 5 水泥用量计算，可 节约水泥约 1 8 k g ，每方混凝土增加集料 2 0 8 元，合计每 方混凝土节约成本 5 4 8 元。这对于大批量混凝土工程，不 仅可以节约一笔不小的费用，而且能起到节能环保的作用。 参考文献 【 1 】秦敬爱 浅论磁化水混凝土技术的开发和应用【 J 】 铁道建筑，2 0 0 9 ( 9 ) ： 1 1 8 1 1 9 2 】陈昌禄 磁化水混凝土基本特性分析 J 工程施工技术， 2 0 0 8 ( 3 ) ： 8 9 9 0 3 】吴忠 磁化水对混凝土强度的影响及其作用机理试验研究 J 】 建井 技术。 2 0 0 4 ( 2 ) ： 2 9 3 0 作者简介：袁春波， ( 1 9 8 1 )， 男，工程师，学士学位。 现从事混凝 土性能研究及水利工程施工工作。通信地址： 天津市河西区友谊路6 0 号： 邮编 ：3 0 0 0 6 1 收稿 日期： 2 0 1 3年 2月 2 5日 ! 纠 ， ! ! 纠 ! 纠 ! ! ! ! 睦! ! ! 纠 睦! ! 嚏! ! 鲥 ! ! 纠 ! ! ! ! 纠 ! ! 纠 卜 毫 ! ， ( 上接第2 4 页) 表 3 助磨与盐泥共掺试验数据 2 结论 我公司在 P c 3 2 5 、P 0 4 2 5两品种水泥中分别掺加 1 的盐泥 ( 干料 )，可使水泥熟料单耗下降 4 0 5 0 k g ， 按年产水泥 2 0万 t 计，一年可消耗氯碱厂 8 0 以上的盐 泥，为公司可创经济效益 2 0 0 万元以上。盐泥的使用实现 变废为宝，资源综合利用，推进了三废治理，发展循环经 济，带来良好经济效益和社会效益。特别是在水泥行业竞 争日趋剧烈的今天，为进一步开展精细化管理奠定了坚实 的基础。 作者筒介：郝长青 1 9 9 5 年毕业于河北机电学院，就业于沧州化工集团， 本科学历，工程师。 先后任职操作工、 班长、技术员、 主任、分厂厂长 等职务： 参与或主持了湿磨干烧技术改造、水泥磨系统改造、生料磨输 送系统改造、脱硫装置的安装调试等多项技术改造。先后发表过 脱硫 石膏替代天然石膏技改体会 3 x 1 l m水泥磨系统改造的几点体会 等论文。 E m a i l ： z h a n s h e n g z i w o 1 2 3 h o t ma i l c o rn 收稿 日期： 2 0 1 3年 3月 2 5日 5 2 0 1 3 粉煤灰 2 7