磁化水混凝土的研究現(xiàn)狀及進展
2007-03-15 00:00
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摘 要:歸納了磁化水對混凝土性能的影響以及影響磁化效果的各種因素。論述了目前磁化效果的檢驗方法,即通過水系統(tǒng)的一些物理化學(xué)變化以及結(jié)構(gòu)上的差別進行檢驗。討論了磁化水對混凝土強度的增強機理。概述了目前磁化水研究的主要領(lǐng)域及其發(fā)展前景。
關(guān)鍵詞:磁化水;混凝土;混凝土性能;磁化效果;磁化機理
中圖分類號: TU 528. 1 文獻標識碼:A
引言
水在人類生活的各個領(lǐng)域具有無可比擬的作用。近年來,水系統(tǒng)———天然水和技術(shù)用水的磁化及磁處理,被廣泛地應(yīng)用于改進多種工藝和生物過程。關(guān)于磁的利用,可以追溯到兩千多年以前,我國古代著名醫(yī)學(xué)家李時珍的《本草綱目》就有民間采用磁石治病的記載[ 1 ] 。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,人們對磁的認識不斷得以提高,人類幾乎在生產(chǎn)、生活的各個領(lǐng)域都有對磁的利用。如今,磁化水已在醫(yī)療保健、農(nóng)業(yè)、化工、礦山、冶金等方面得到了廣泛的應(yīng)用,并取得了一定的成果,在建筑工程的應(yīng)用研究也正在進行。國內(nèi)外許多研究人員和學(xué)者正在對用磁化水拌制的混凝土———磁化水混凝土進行更深一步的探討和試驗。
1 磁化水對混凝土性能的影響
前蘇聯(lián)、東歐及我國的研究資料表明,利用磁化水拌制混凝土可提高其強度20 % ～40 %,但不同的試驗條件所得的試驗結(jié)果有所差別。磁化水混凝土的標準偏差和變異系數(shù)均低于普通水拌制的混凝土。前蘇聯(lián)哈爾科夫公路交通學(xué)院的試驗表明,磁化水混凝土的抗壓強度和抗剪強度提高了27 %。他們還試驗了將水在磁化前先進行真空處理,其水泥砂漿的強度可提高60 % ,無論是早期強度還是28 d強度均是如此[ 1 ] 。
蘇聯(lián)Ю·и·希爾洛維曾進行了磁化水對水泥混凝土密實度和抗凍性影響的研究。他認為磁化水可以降低水灰比,改變混凝土的結(jié)構(gòu),減少混凝土的收縮孔隙,能降低混凝土的透水性,大大提高了其抗凍性,其抗凍融循環(huán)一般在100次以上,其中用摻亞硫酸廢液的磁化水拌制的混凝土能承受1 000次以上的凍融循環(huán)。試驗表明,凡是用磁化水拌制的混凝土,其抗凍性都有明顯的提高,摻入增塑劑等外加劑時抗凍性的提高更為明顯。表1至表4是參閱相關(guān)文獻之后得出的一些對比數(shù)據(jù)。
表1 磁化水對水泥基本性能的影響[ 2 ]
 表2 不同磁場強度下磁化水對砂漿流動度的影響[ 3 ]
 表3 相對抗壓強度
 表4 混凝土滲透性試驗結(jié)果[ 3 ]
 2 影響磁化效果的因素
在研究磁化水混凝土的過程中,大多數(shù)的研究人員發(fā)現(xiàn)在磁化過程中存在著最佳參數(shù),即磁場強度和水流速度會影響磁化效果,在這里我們是以混凝土的各種性能指標來衡量磁化效果。由于試驗條件和設(shè)備的不同,研究者得出的最佳參數(shù)也不盡相同。表5是一些研究人員在研究磁化水的試驗中所采用的磁場強度和水流速度。
表5 磁場強度、水流速度與混凝土強度增長率
 對自來水進行循環(huán)磁化,可以增加水流在磁場中的滯留時間,也就增加了磁化的時間,增加磁場的長度同樣也可以達到這種效果。從1977年起,日本針對磁化水進行了長達8年的試驗研究,通過對試驗結(jié)果的數(shù)理統(tǒng)計分析,證明若水的磁化時間過長,對砂漿強度反而沒有增進作用。所以,有一個最佳磁場長度的問題。
國內(nèi)外的很多學(xué)者對磁化水的物理性質(zhì)進行過反復(fù)的對比試驗,發(fā)現(xiàn)磁場磁力水的滲透壓、吸光度和pH值等均有不同程度的變化,而且一般來講水溶液的變化比純水要大。也有試驗證明,蒸餾水經(jīng)磁化后拌制的混凝土強度幾乎沒有提高。所以,磁化水的水質(zhì)也是影響磁化效果的一個因素。還有文獻指出,試驗之前必須使水在靜止狀態(tài)下嚴格靜置同樣的時間,經(jīng)冷凝3 d后的水最易受磁場的作用。
3 磁化水的檢驗方法
磁化水與普通水在視覺和感官上無任何的差異,因而采用什么手段才能較好地測試出水磁化的效果是一個比較困難的問題。經(jīng)過多年來的研究,在磁化水性能研究方面出現(xiàn)了許多測試方法。例如對于單相水系統(tǒng)(微觀多相) ,可以對水的光學(xué)性能、法拉第磁光效應(yīng)、離子水合作用、紅外吸收光譜、磁化率、電導(dǎo)率、介電常數(shù)、黏度和化學(xué)性能進行測量;對于多相系統(tǒng),可以從溶液的表面張力、吸附、溶解、結(jié)晶、聚合、潤濕、凝聚和電化學(xué)效應(yīng)等方面的測量來反映磁化程度。通常的測試指標有分子的表面張力、電導(dǎo)率、Cl- 離子濃度、堿度和硬度等。水經(jīng)過磁化之后,這幾個方面的性能通常會發(fā)生改變。表6和表7是歸納文獻[ 1 - 5 ]得出的對比數(shù)據(jù)。
表6 普通水與磁化水的表面張力1)
 表7 磁化處理后水的表面張力、pH值、電導(dǎo)率、硬度[ 3 - 4 ]
 貴州工業(yè)大學(xué)安燕等曾就磁場對水的pH值、表面張力的影響以及磁化水的表面張力隨時間的變化規(guī)律進行了試驗研究。結(jié)果表明,水經(jīng)磁化后的pH值上升約2. 6 %。磁化后水的表面張力明顯下降,下降值與磁感應(yīng)強度有關(guān),同時與放置時間也有關(guān),即有弛豫性。弛豫時間在15 d以上。表面化活性劑磁化水溶液的表面張力下降幅度更大,弛豫時間更長。
方江華等[ 6 ]采用高精度傅立葉變換紅外線分光光度法來測定磁化水的磁化率。通過研究水分子在中紅外區(qū)的3個振動吸收帶Y1、Y2、Y3在不同的磁化條件下的變化,發(fā)現(xiàn)磁化水與普通水分子的O—H基伸縮振動帶Y1與彎曲振動帶Y3的積分面積比值S1OS3有較明顯的差別。這個比值偏離正常值的大小,可以作為水磁化程度的定量檢驗參數(shù)。
4 磁化水混凝土強度增強的機理研究
很多研究者通過水產(chǎn)物的SEM分析,通過對硬化水泥微觀形貌的比較,來分析水系統(tǒng)的磁處理對其結(jié)構(gòu)的影響。大多數(shù)的研究結(jié)果表明,磁化水混凝土的微觀結(jié)構(gòu)更為致密。這可能是由于磁化水的分散性較普通水要好,使得礦物水化時自發(fā)地彌散至膠體大小的顆粒,因而水化產(chǎn)物的晶粒比較細小,水化程度更完全。
大連理工大學(xué)趙善宇、濮陽地方道路管理處杜躍武、湖南大學(xué)朱元保等[ 2 ]采用X射線物相分析,對磁化前后的自來水拌制的水泥水化3 d、28 d的水化產(chǎn)物進行了XRD分析。結(jié)果表明,磁化處理能夠促進水泥石中各種礦物的水化,有利于水泥石結(jié)構(gòu)的形成。
MezeiM等采用MC方法計算了水的熱力學(xué)參數(shù)對溫度的依賴關(guān)系; Tanaka H等采用MD方法對水的徑向分布函數(shù)、勢能、比熱和擴散系數(shù)等熱力學(xué)參數(shù)進行了研究; KiselevM等通過MD 方法,定量計算了外加電場情況下Cl- 離子對水的結(jié)構(gòu)的影響。石油大學(xué)盧貴武等在1997年曾采用MC方法來模擬磁場對水系統(tǒng)內(nèi)能的影響,采用Fortran編程計算; 大連理工大學(xué)周繼揚等在2003 年同樣采用MC方法對水系統(tǒng)的磁處理進行了研究,采用Visual C + + 6. 0進行編程計算。他們采用的方法都是由MezeiM等的方法演變過來的,所采用的思想、建立的模型和模擬的方法都是類似的。
一些研究人員還對分子團簇進行了分析。倫敦南岸大學(xué)(London south bank university)對水中氫鍵的結(jié)合率和水分子團簇尺寸進行了相關(guān)的研究,得出二者之間的一定關(guān)系。
總結(jié)對磁化水提高混凝土強度機理的試驗研究,目前已有的理論是:由于水分子為極性分子,在普通水中,水分子相互吸引形成大的分子團,未被大分子團吸引的單分子水分散于大的分子團之間。與大的分子團相比,單分子水的物理化學(xué)活性很強,但由于普通水中的單分子水很少,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顆粒表面進行。而水泥表面的一層膠體膜將阻礙水泥顆粒的進一步水化,這樣就會影響到混凝土強度的提高。當水經(jīng)過磁化時,在磁場力的作用下,大的分子團破裂變成單個水分子,這些單個水分子重新整齊排列,增加了水分子之間的電性吸引力。由于單分子水的物理化學(xué)活性和滲透力很強,可滲入到水泥顆粒內(nèi)部,使水泥充分水化,從而提高了混凝土的強度。
5 研究現(xiàn)狀與前景展望
自20世紀50年代發(fā)現(xiàn)了磁化水以后,經(jīng)過幾十年來的發(fā)展,磁化水已經(jīng)從實驗室進入了人們的實際生活中,用磁化水制備混凝土在前蘇聯(lián)的很多建設(shè)部門已經(jīng)推廣應(yīng)用,并取得了巨大的經(jīng)濟效益。目前,國內(nèi)外對于磁化水混凝土的研究,主要集中在以下幾個方面:
(1)對于磁化水混凝土本身性能的研究。一是合理的磁化參數(shù)的研究,如磁場強度、磁化強度、水流速度、磁化時間、水被磁化后放置的時間以及不同拌合物對磁化水混凝土的影響等;二是磁化水混凝土不同的物理力學(xué)特性的研究,如抗壓、抗拉、抗折、密實度、pH值、表面張力等。
(2)對磁化設(shè)備的研究。我國從20世紀80年代開始就致力于研制磁場強度可變化的電磁式磁水 器,也有廠家和人員進行永磁式磁水器的研究。
(3)對水的磁化效果的研究,即用什么方法和哪些指標來判斷水被磁化的程度。到目前為止,尚未找到合理的判斷磁化效果的指標,只是單純地通過測量水的堿性、電導(dǎo)率、表面張力等這些水質(zhì)本身的變化來進行判別,缺少一定的理論依據(jù),而且有的經(jīng)過試驗得出的結(jié)論是相反的。
磁化水混凝土技術(shù)屬于一種新型的混凝土技術(shù),其應(yīng)用于混凝土領(lǐng)域已有幾十年的歷史[ 7 ] 。雖然從20世紀60年代至今前蘇聯(lián)、日本、美國和我國的許多科技人員對其進行了大量的研究,但長期以來一直未被列入主流的研究領(lǐng)域,沒有進行過系統(tǒng)地研究,導(dǎo)致其在技術(shù)上很不成熟,在理論上也不夠統(tǒng)一。加之近年來世界各國在此方面的研究越來越少,使得該項技術(shù)已處于一種停滯的狀態(tài)。但是,從整體的研究來看,其經(jīng)濟效益是良好的,而且生產(chǎn)磁化水的設(shè)備投資在較短的時間內(nèi)就可以收回。所以,用磁化水拌制水泥和混凝土這項技術(shù)具有廣闊的發(fā)展前景,可以與目前研究的一些混凝土新技術(shù)相結(jié)合,以使其發(fā)揮更大的作用。
參考文獻:
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Presen t Research and Developmen t of the
Concrete withMagnetizedWa ter
WANG Li - jiu,L I Hui - zhi( Civil Engineering & Water Conservatiion School,Dalian University of Science and Technology, Dalian,Liaoning, 116024, China)Abstract: The effects the maghetized water has on theperformance of concrete and the different factors thataffect the magnitization are exp lained in the paper.Here is a discussion about the method of testing theeffects from magnitizaion, that is, testing by somephysical and chemical changes in the water system anddifferences in structure. The mechnism is told here bywhich the strength of concrete is imroved bymagnetizedwater. The main fields and the p romising possibility forthe magnetized water research is showed aswell.
Key words:magnetized water; concrete; performance ofconcrete; effect of magnetization; mechanism ofmagnetization |
| 原作者： 王立久,李慧芝 |
| 來 源： 《建材技術(shù)與應(yīng)用》1 /2007 |
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