Аппарат Вихревого Слоя является универсальным устройством, которое применимо в различных отраслях промышленности. АВС представляет интерес для многих ученых и практиков, так как позволяет интенсифицировать различные химические и физические процессы. Анализ факторов, имеющих место в вихревом слое, дает возможность оценить действие вихревого слоя на те или иные типы химических операций. За счет электролиза, идущего на поверхности ферромагнитных частиц, воздействия электромагнитного поля, кавитации и пр. особенностей вихревого слоя возможно создание качественно новых, обладающих исключительными характеристиками прочности, гибкости продуктов. Рассмотрим исследования по созданию такого материала, как модифицированный бетон.

Эксперимент по получению модифицированного бетона

К основной проблеме современного строительного материаловедения относят получение высококачественных бетонов. Решение этой проблемы может быть осуществлено, в первую очередь, за счет модифицирования структуры цементного камня, обеспечения в большей степени использования заложенного потенциала прочности кристаллогидратов, повышения качества совместной работы всех компонентов бетона. Одним из перспективных направлений исследований в области улучшения качества бетонов являются реализация в их производстве нанотехнологий.

Исследования выполнялись на широко применяемых в производстве смесях мелкозернистого бетона.

При изучении прочностных и физико-механических показателей бетона использовались стандартные методы, предусмотренные соответственно ГОСТ 310.1-76 «Цементы. Методы испытаний».

Наномодифицированный бетон обладает более высокими показателями прочности и степенью устойчивости на изгиб и сжатие по сравнению с традиционными бетонами

Для обеспечения однородного распределения компонентов бетонной смеси, в том числе и нанодобавок, в четырех сериях испытаний перемешивание осуществлялось в аппарате вихревого слоя (АВС-100). С целью интенсификации процесса смешения компонентов смеси в аппарате вихревого слоя использовались ферромагнитные частицы с полимерным покрытием. Во всех остальных сериях аппарат использовался для омагничивания только воды затворения.

На одних и тех же заполнителях приготавливались растворы одного состава, соотношение компонентов в которых 1:3. Водоцементное отношение менялось от 0,6 (для образцов, затворенных на омагниченной воде) до 0,8 (для образцов, затворенных обычной водой), процентное содержание наноматериалов – от 0,5% до 2%. Время обработки воды в переменном магнитном поле от 2 до 5 секунд.

Модификация бетона нано-частицами для улучшения свойств

Результаты проведенных исследований показали, что даже при незначительных дозировках углеродных наночастиц их применение может обеспечить улучшение целого комплекса свойств бетонов.

Прочность наномодифицированых образцов превышает прочность контрольных образцов в 5,8 раза на сжатие и в 5,1 раза на изгиб

Установлено, что максимальное значение прочности испытуемых образцов приходится на те из них, в которых количество введенной добавки составляет 1% от массы замеса. Однако пик прочности может находиться при содержании наноматериалов от 0,5%–1%. Причем, прочность наномодифицированых образцов превышает прочность контрольных образцов в 5,8 раза на сжатие и в 5,1 раза на изгиб.

 Результаты проведенных исследований приведены на рис. 1-3.

Рисунок 1 – Зависимость прочности на изгиб мелкозернистого бетона от содержания нанопродуктов:

1 — композиции, приготовленные только на омагниченной воде;
2 — композиции, приготовленные в АВС

Рисунок 2 – Зависимость прочности на сжатие мелкозернистого бетона от содержания нанопродуктов:
1 — композиции, приготовленные только на омагниченной воде;
2 — композиции, приготовленные в АВС

Рисунок 3 – Зависимость предела прочности от времени магнитной активации воды:
1 —  предел прочности на изгиб; 2 — предел прочности на сжатие

Из приведенных графиков видно, что образцы, которые приготовлены только с использованием омагниченной воды, имеют прочность меньше на 20-25%. Это объясняется более качественным приготовлением смеси в Аппарате Вихревого Слоя. При дозировках превышающих 1% отмечено снижение прочностных показателей, как на изгиб, так и на сжатие.

Использование модифицированных бетонов позволяет также сократить металлоемкость производимых конструкций, и как результат сократить их стоимость

 В результате экспериментальных исследований установлено, что нанодобавки оказывают существенное влияние на прочностные показатели бетонной смеси, процессы структурообразования бетона. Так же есть основание полагать, что наномодифицированный бетон будет обладать лучшими показателями стойкости и долговечности. В целом, исследования показали перспективность использования углеродных наночастиц в бетонах и активацию их в аппаратах вихревого слоя типа АВС-100.