摘 要:归纳了磁化水对混凝土性能的影响以及影响磁化效果的各种因素。论述了目前磁化效果的检验方法,即通过水系统的一些物理化学变化以及结构上的差别进行检验。讨论了磁化水对混凝土强度的增强机理。概述了目前磁化水研究的主要领域及其发展前景。关键词:磁化水;混凝土;混凝土性能;磁化效果;磁化机理中图分类号:TU528.1 文献标识码:A引言 水在人类生活的各个领域具有无可比拟的作用。近年来,水系统天然水和技术用水的磁化及磁处理,被广泛地应用于改进多种工艺和生物过程。关于磁的利用,可以追溯到两千多年以前,我国古代著名医学家李时珍的《本草纲目》就有民间采用磁石治病的记载[1]。随着科学技术的发展,人们对磁的认识不断得以提高,人类几乎在生产、生活的各个领域都有对磁的利用。如今,磁化水已在医疗保健、农业、化工、矿山、冶金等方面得到了广泛的应用,并取得了一定的成果,在建筑工程的应用研究也正在进行。国内外许多研究人员和学者正在对用磁化水拌制的混凝土磁化水混凝土进行更深一步的探讨和试验。1 磁化水对混凝土性能的影响 前苏联、东欧及我国的研究资料表明,利用磁化水拌制混凝土可提高其强度20%～40%,但不同的试验条件所得的试验结果有所差别。磁化水混凝土的标准偏差和变异系数均低于普通水拌制的混凝土。前苏联哈尔科夫公路交通学院的试验表明,磁化水混凝土的抗压强度和抗剪强度提高了27%。他们还试验了将水在磁化前先进行真空处理,其水泥砂浆的强度可提高60%,无论是早期强度还是28d强度均是如此[1]。 苏联Юи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,大大提高了其抗冻性,其抗冻融循环一般在100次以上,其中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,其抗冻性都有明显的提高,掺入增塑剂等外加剂时抗冻性的提高更为明显。表1至表4是参阅相关文献之后得出的一些对比数据。表1 磁化水对水泥基本性能的影响[2]表2 不同磁场强度下磁化水对砂浆流动度的影响[3]表3 相对抗压强度表4 混凝土渗透性试验结果[3]2 影响磁化效果的因素 在研究磁化水混凝土的过程中,大多数的研究人员发现在磁化过程中存在着最佳参数,即磁场强度和水流速度会影响磁化效果,在这里我们是以混凝土的各种性能指标来衡量磁化效果。由于试验条件和设备的不同,研究者得出的最佳参数也不尽相同。表5是一些研究人员在研究磁化水的试验中所采用的磁场强度和水流速度。表5 磁场强度、水流速度与混凝土强度增长率 对自来水进行循环磁化,可以增加水流在磁场中的滞留时间,也就增加了磁化的时间,增加磁场的长度同样也可以达到这种效果。从1977年起,日本针对磁化水进行了长达8年的试验研究,通过对试验结果的数理统计分析,证明若水的磁化时间过长,对砂浆强度反而没有增进作用。所以,有一个最佳磁场长度的问题。 国内外的很多学者对磁化水的物理性质进行过反复的对比试验,发现磁场磁力水的渗透压、吸光度和pH值等均有不同程度的变化,而且一般来讲水溶液的变化比纯水要大。也有试验证明,蒸馏水经磁化后拌制的混凝土强度几乎没有提高。所以,磁化水的水质也是影响磁化效果的一个因素。还有文献指出,试验之前必须使水在静止状态下严格静置同样的时间,经冷凝3d后的水最易受磁场的作用。3 磁化水的检验方法 磁化水与普通水在视觉和感官上无任何的差异,因而采用什么手段才能较好地测试出水磁化的效果是一个比较困难的问题。经过多年来的研究,在磁化水性能研究方面出现了许多测试方法。例如对于单相水系统(微观多相),可以对水的光学性能、法拉第磁光效应、离子水合作用、红外吸收光谱、磁化率、电导率、介电常数、黏度和化学性能进行测量;对于多相系统,可以从溶液的表面张力、吸附、溶解、结晶、聚合、润湿、凝聚和电化学效应等方面的测量来反映磁化程度。通常的测试指标有分子的表面张力、电导率、Cl-离子浓度、碱度和硬度等。水经过磁化之后,这几个方面的性能通常会发生改变。表6和表7是归纳文献[1-5]得出的对比数据。表6 普通水与磁化水的表面张力1)表7 磁化处理后水的表面张力、pH值、电导率、硬度[3-4] 贵州工业大学安燕等曾就磁场对水的pH值、表面张力的影响以及磁化水的表面张力随时间的变化规律进行了试验研究。结果表明,水经磁化后的pH值上升约2.6%。磁化后水的表面张力明显下降,下降值与磁感应强度有关,同时与放置时间也有关,即有弛豫性。弛豫时间在15d以上。表面化活性剂磁化水溶液的表面张力下降幅度更大,弛豫时间更长。 方江华等[6]采用高精度傅立叶变换红外线分光光度法来测定磁化水的磁化率。通过研究水分子在中红外区的3个振动吸收带Y1、Y2、Y3在不同的磁化条件下的变化,发现磁化水与普通水分子的OH基伸缩振动带Y1与弯曲振动带Y3的积分面积比值S1OS3有较明显的差别。这个比值偏离正常值的大小,可以作为水磁化程度的定量检验参数。4 磁化水混凝土强度增强的机理研究 很多研究者通过水产物的SEM分析,通过对硬化水泥微观形貌的比较,来分析水系统的磁处理对其结构的影响。大多数的研究结果表明,磁化水混凝土的微观结构更为致密。这可能是由于磁化水的分散性较普通水要好,使得矿物水化时自发地弥散至胶体大小的颗粒,因而水化产物的晶粒比较细小,水化程度更完全。 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[2]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。 MezeiM等采用MC方法计算了水的热力学参数对温度的依赖关系;TanakaH等采用MD方法对水的径向分布函数、势能、比热和扩散系数等热力学参数进行了研究;KiselevM等通过MD方法,定量计算了外加电场情况下Cl-离子对水的结构的影响。石油大学卢贵武等在1997年曾采用MC方法来模拟磁场对水系统内能的影响,采用Fortran编程计算;大连理工大学周继扬等在2003年同样采用MC方法对水系统的磁处理进行了研究,采用VisualC++6.0进行编程计算。他们采用的方法都是由MezeiM等的方法演变过来的,所采用的思想、建立的模型和模拟的方法都是类似的。 一些研究人员还对分子团簇进行了分析。伦敦南岸大学(Londonsouthbankuniversity)对水中氢键的结合率和水分子团簇尺寸进行了相关的研究,得出二者之间的一定关系。 总结对磁化水提高混凝土强度机理的试验研究,目前已有的理论是: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。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。而水泥表面的一层胶体膜将阻碍水泥颗粒的进一步水化,这样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,从而提高了混凝土的强度。5 研究现状与前景展望 自20世纪50年代发现了磁化水以后,经过几十年来的发展,磁化水已经从实验室进入了人们的实际生活中,用磁化水制备混凝土在前苏联的很多建设部门已经推广应用,并取得了巨大的经济效益。目前,国内外对于磁化水混凝土的研究,主要集中在以下几个方面: (1)对于磁化水混凝土本身性能的研究。一是合理的磁化参数的研究,如磁场强度、磁化强度、水流速度、磁化时间、水被磁化后放置的时间以及不同拌合物对磁化水混凝土的影响等;二是磁化水混凝土不同的物理力学特性的研究,如抗压、抗拉、抗折、密实度、pH值、表面张力等。 (2)对磁化设备的研究。我国从20世纪80年代开始就致力于研制磁场强度可变化的电磁式磁水 器,也有厂家和人员进行永磁式磁水器的研究。 (3)对水的磁化效果的研究,即用什么方法和哪些指标来判断水被磁化的程度。到目前为止,尚未找到合理的判断磁化效果的指标,只是单纯地通过测量水的碱性、电导率、表面张力等这些水质本身的变化来进行判别,缺少一定的理论依据,而且有的经过试验得出的结论是相反的。 磁化水混凝土技术属于一种新型的混凝土技术,其应用于混凝土领域已有几十年的历史[7]。虽然从20世纪60年代至今前苏联、日本、美国和我国的许多科技人员对其进行了大量的研究,但长期以来一直未被列入主流的研究领域,没有进行过系统地研究,导致其在技术上很不成熟,在理论上也不够统一。加之近年来世界各国在此方面的研究越来越少,使得该项技术已处于一种停滞的状态。但是,从整体的研究来看,其经济效益是良好的,而且生产磁化水的设备投资在较短的时间内就可以收回。所以,用磁化水拌制水泥和混凝土这项技术具有广阔的发展前景,可以与目前研究的一些混凝土新技术相结合,以使其发挥更大的作用。参考文献: [1]罗漫,陆柱.磁化水的研究现状及发展[J].水处理技术,1999,25(6):339-343. [2]周麒雯,李光伟.磁化水对水泥砂浆性能影响的试验研究[J].水电站设计,2005,21(2):75-77. [3]赵善宇.磁化水混凝土性能研究[D].大连:大连理工大学,2005. [4]朱元保,颜流水,曹祉祥,等.磁化水的物理化学性能[J].湖南大学学报,1999,26(1):21-25. [5]熊瑞生,姚庆钊.磁化水对水泥标准稠度用水量影响的试验研究[J].混凝土,2002,24(9):42-44. [6]方江华,张景钰,姜玉松.磁化水混凝土应用中几个技术问题的研究[J].安徽理工大学学报(自然科学版),2004,24(2):18-22. [7]张维华,吴振杰.磁化水技术在混凝土中的应用[J].建筑技术开发,2001,28(6):55-56.PresentResearchandDevelopmentoftheConcretewithMagnetizedWaterWANGLi-jiu,LIHui-zhi(CivilEngineeringWaterConservatiionSchool,DalianUniversityofScienceandTechnology,Dalian,Liaoning,116024,China)Abstract:Theeffectsthemaghetizedwaterhasontheperformanceofconcreteandthedifferentfactorsthataffectthemagnitizationareexplainedinthepaper.Hereisadiscussionaboutthemethodoftestingtheeffectsfrommagnitizaion,thatis,testingbysomephysicalandchemicalchangesinthewatersystemanddifferencesinstructure.Themechnismistoldherebywhichthestrengthofconcreteisimrovedbymagnetizedwater.Themainfieldsandthepromisingpossibilityforthemagnetizedwaterresearchisshowedaswell.Keywords:magnetizedwater;concrete;performanceofconcrete;effectofmagnetization;mechanismofmagnetization | |
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原作者：王立久,李慧芝 | |
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来源：《建材技术与应用》12007 | |
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