Способы воздействия на водную систему

Достаточно сильное влияние на свойства воды оказывает механоактивация [5]. Изменяется вязкость воды, ее химический состав, рН, температура и др. Такая вода, используемая для затворения бетона, оказывает влияние на ее физико-механические свойства.

Свойства воды меняются также под воздействием электрического поля разной частоты. При этом интенсивность света в воде ослабевает, это связано с поглощением его лучей. Примерно на 15% изменяется скорость испарения воды. Исследованиями, проведенными в области радиохимии И.А. Гровтером, найдено, что электрический заряд различных тонкодисперсных твердых частиц, взвешенных в воде, значительно изменяется после воздействия радиоактивного излучения. Изменение, в зависимости от дозы радиации, носит периодический характер: множество раз становиться то больше, то меньше исходного [13]. Под воздействием ядерных излучений материалы изменяют свои физико-технические свойства. Исследования радиационной стойкости бетонов [13-15] показали, что после облучении интегральными нейтронными потоками 10²⁰- 10²¹ нейтр/см²- некоторые из них увеличиваются в объеме с одновременным уменьшением их плотности, теплопроводности, коэффициента температурного линейного расширения, прочности и упругих свойств. Полученные данные показали, что изменение свойств бетона после облучения является следствием радиационных повреждений его составляющих [15].

Уже давно замечено изменение ряда свойств воды при воздействии на нее магнитного поля. Чем сильнее последнее, тем большие изменения происходят с водой. Так, при изменениях напряженности достаточно сильного магнитного поля концентрация водородных ионов (Н⁺) увеличивается в два раза, а поверхностное натяжение воды - в три раза [11].

Магнитное поле влияет также на скорость и характер кристаллизации солей, находящихся в воде в растворенном состоянии. Магнитная обработка воды приводит к уменьшению накипи в котлах, понижает смачиваемость водой поверхностей твердых тел, изменяет температуру кипения, повышает скорости сгущения суспензий, фильтрации, затвердевания цемента, изменяет магнитную восприимчивость. Магнитное поле существенно меняет в концентрированных растворах теплоту гидратации, что очень важно для глубинных рассолов. Однако магнитное поле не оказывает влияния на чистую воду, т. е. воду, в растворе которой отсутствуют электролиты. При омагничивании воды происходит изменение ориентации ядерного спина (момента количества движения атомного ядра, тесно связанного с магнитным моментом) в молекуле Н₂О.

Магнитная вода также обладает "памятью". Ее новые свойства имеют “полураспад” примерно в течение суток. В настоящее время во многих странах организовано промышленное изготовление омагниченной воды в больших количествах.

Обработка водных систем магнитными полями является наиболее развитым, но частным случаем. Не меньше интерес представляет воздействие на ни всех видов излучений, имеющих электромагнитную природу. Спектр электромагнитных волн имеет широчайший частотный диапазон: от 3*10 ²⁴ до 3*10^-2  Гц. Магнитные поля с частотой меньше 3*10²     условно относят к электромагнитным [12].

Исходя из самых общих соображений, механизм воздействия электромагнитных полей на водные системы можно связать с явлениями резонансного типа [16]. Молекулы воды, их ассоциаты, как и гидратированные ионы, совершают беспрерывные колебательные движения, которым соответствует определенный энергетический уровень. При воздействии на эту систему поля оптимальной частоты возможен резонанс с определенной группой молекул и ассоциатов с возникновением квантов энергии, способных деформировать связи, изменять структурную характеристику системы (в объеме, в сольватных оболочках).

Периодическое изменение свойств воды с ростом напряженности поля можно объяснить закономерностью Лармора, согласно которой процессия электронов в магнитном поле линейно связана с его напряженностью [12,17]. По мере изменения напряженности магнитного поля и, следовательно, его частоты могут периодически возникать резонансные системы.

В нашей стране стали применять омагниченную воду для затвердения цемента и бетона в 1962 г. [12]. С тех пор в этом направлении проведены значительные исследования, позволяющие выявить перспективность метода.

Известно, что в процессе твердения цементного камня одновременно протекает ряд сложных процессов: растворение и гидратация цементных минералов с образованием пресыщенных растворов, самопроизвольное диспергирование этих минералов до частиц коллоидных размеров, образованием тиксотропных коагуляционных структур и возникновение, рост и упрочнение кристаллизационных структур. Омагничивание влияет на все эти процессы [12]. Следовательно, влияние магнитной обработки воды, используемой для затворения, на твердения и свойства цементного камня является вполне закономерным.

Рис. 4. Повышение прочности цементного камня при разных режимах магнитной обработки и различной скорости потока поды, предназначенной для затворения цемента

Наиболее последовательно этот эксперимент изучен В.А. Улазовским и С.А. Ананьиной [18]. Они проводили опыты в аппарате трансформаторного типа. Магнитной обработке подвергали воду с общей жесткостью 9,5 мг-экв./л и карбонатной 5,46 мг-экв./л, содержащую 72,9 мг/л окиси кальция, 18 мг/л окиси магния, 52 мг/л, 52 мг/л хлоридов, 64 мг/л сульфатов. В исследованиях использовался портландцемент М 400, из которого приготовляли кубики (2x2x2 см) и балочки. Затем эти образцы подвергали физико-механическим испытаниями.

Рис. 5. Влияние омагничивания воды на рост прочности цементного камня: 1 — без магнитной обработки; 2—5 — после магнитной обработки воды при напряженности 117, 127, 139 и 167 кА/ч (1480, 1600, 1760 и 2100 Э)

Опытами установлено, что затворение цемента омагниченной водой приводит к значительному повышению прочности цементного камня. Причем зависимость прочности от напряженности поля имеет экстремальный характер (рис. 4). Влияние магнитной обработки воды, предназначенной для затворения цемента, на прочность камня при его длительном хранении в обычных температурно-влажностных условиях иллюстрируется кривыми на рис. 5. Данные рис.5 свидетельствуют также о значительном ускорении твердения и увеличении конечной твердости.

Существуют аппараты для омагничивания водных систем с постоянными магнитами и электромагнитами.

1. Аппарат с постоянными магнитами:

Рис. 6. Аппарат ПМУ-l завода им. Войкова: 1 - крышка; 2 - болты с гайкой; 3 - отверстие в дне стакана; 4 - прокладка; 5 - чугунный стакан; 6 - постоянный магнит; 7. - полюсные наконечники; 10 - нижняя крышка

Аппарат, оснащен постоянным кольцевым магнитом, изготовленным из сплава магнита (ВТИ-1) или из сплава «АЛНИ» (ВТИ-2). Внутри кольцевых магнитов помещены сердечники из железа, их диаметр определяет величину зазора и, следовательно, напряженность поля (примерно 79,6 кА/м или 1,0 кЭ). В этом аппарате поток жидкости пересекает два поля.

Аппараты ПМУ-1 состоят из трех—пяти однотипных, последовательно соединенных чугунных секций (рис. 6). Кольцевой зазор между постоянными магнитами и корпусом составляет 2,5 мм. Напряженность магнитного поля (максимальна) в первой секции 87,6 кА/м (1100 Э), в остальных четырех по 143 кА/м (1800 Э). Скорость воды 1—2 м/с, производительность 2—7 м/ч [12].

2. Аппарат с электромагнитами:

В аппаратах этого типа электромагниты могут быть расположены внутри корпуса или вне его (последнее предпочтительнее). Примером аппаратов с внутренним расположением электромагнитов является конструкция Алмаатинского завода тяжелого машиностроения (рис. 7).

Рис. 7. Аппарат типа АЗТМ: 1— корпус из диамагнитного материала;

 2 — кожух; 3— электромагнит; 4, 5 — стопорный винт с гайкой;  

6 — направление движения воды; 7 — направление магнитных силовых линий; 8 —направление тока в катушке

Электромагниты этих аппаратов состоят из стального стержня с шестью кольцевыми пазами, в которых размещена обмотка из провода ПЭЛ-1 диаметром 0,37мм. Ток - постоянный; после селенового выпрямителя напряжение составляет 100 В, сила тока 0,5 А. Напряженность магнитного поля достигает 200 кА/м (2500 Э). Кожух с электромагнитом заполнен трансформаторным маслом. Вода проходит семь магнитных полей со скоростью 2 м/с [12].