В учебном пособии рассмотрены современные электрофизические технологии в производстве строительных материалов различного назначения. Доминирующим в изложенном материале является развитие фундаментальных представлений и прикладных знаний о направленном регулировании течения процессов на уровне наноструктурных взаимодействий в основных технологических операциях производства строительных материалов при реализации электрофизических технологий активации и обработки поверхностей твердых материалов. Пособие предназначено для студентов, получающих степень бакалавра техники и технологии по направлению 270800 «Строительство» профиля «Производство строительных материалов, изделий и конструкций», очной и заочной форм обучения.

Рецензенты:

• докт. физ.-мат. наук, профессор, заместитель директора Института физики высоких технологий, заведующий кафедрой техники и физики высоких напряжений Национального исследовательского Томского политехнического университета В.В. Лопатин;
• докт. техн. наук, профессор, заведующий кафедрой неорганической химии Национального исследовательского Томского государственного университета В.В. Козик.

Предисловие
Введение

1. Физико-химические превращения в процессе формирования композиционных строительных материалов
1.1. Течение процессов формирования контактной зоны в бетонах
1.2. Физическая структура и поверхностное натяжение жидкой фазы цементного теста
1.3. Роль структуры и поверхностной энергии заполнителей в межфазных взаимодействиях
1.4. Адсорбционная активность и структура нефтяных битумов
1.5. Физико-химические процессы взаимодействия битума с минеральными компонентами
Вопросы и задания для самопроверки

2. Электроимпульсная технология производства активированных заполнителей бетонов различного назначения
2.1. Влияние качества заполнителей на свойства композиционных строительных материалов
2.2. Современные способы повышения качества заполнителей
2.3. Электроимпульсная технология получения заполнителей
2.3.1. Основы и особенности электроимпульсной технологии получения заполнителей
2.3.2. Кислотно-основные свойства и механизм адсорбционной активности поверхности заполнителей электроимпульсного дробления    
2.3.3. Свойства контактной зоны системы «цементный камень - поверхность заполнителей» электроимпульсного дробления
2.3.4. Межфазные взаимодействия в системе «битум - поверхность заполнителей» электроимпульсного дробления
2.3.5. Регулирование межфазных взаимодействий поверхности продукта электроимпульсного дробления с битумом
2.3.6. Форма и поверхностная структура зерен заполнителей электроимпульсного дробления каменных материалов
2.3.7. Качество заполнителей и бетонов в технологии электроимпульсного дробления при форсированном энергонагружении горных пород
2.4. Технологическая линия получения заполнителей в многоэлектродных электроимпульсных дробилках непрерывного действия
2.4.1. Назначение и состав технологической линии
2.4.2. Многоэлектродные электроимпульсные рабочие органы дробления непрерывной технологической линии
2.4.3. Выход щебня и области предельных кривых зерновых составов при электроимпульсном дроблении
2.4.4. Регулирование свойств щебня в электроимпульсной технологии получения заполнителей
2.4.5. Отсевы от электроимпульсного дробления горных пород
2.4.6. Энергоемкость и производительность получения заполнителя в неперывном электроимпульсном процессе дробления горных пород
2.5. Асфальтобетоны на продукте электроимпульсного дробления горных пород
2.5.1. Прочностные свойства асфальтобетонов с различными зерновыми составами и содержанием битума
2.5.2. Сравнительные испытания физико-механических свойств асфальтобетонов на продукте электроимпульсного дробления
Вопросы и задания для самопроверки

3. Электрофизические основы технологии высоковольтной активации электрическими разрядами строительных материалов в газовых средах
3.1. Виды электрического разряда и тока в газах
3.2. Основные представления о процессах в технологии высоковольтной активации коронным разрядом
3.3. Механизмы взаимодействия высоковольтного коронного разряда с поверхностью
3.4. Эффекты от воздействия высоковольтного коронного разряда на поверхность твердых тел
3.5. О процессах зарядки частиц в технологии высоковольтной активации коронным разрядом
Вопросы и задания для самопроверки

4. Высоковольтные технологии активации коронным разрядом твердеющих композиций с минеральной матрицей и их компонентов
4.1. Физико-химические исследования процессов структурообразования твердеющих композиций на основе компонентов, активированных высоковольтным коронным разрядом
4.2. Кислотно-основные свойства и адсорбционная способность поверхности при ее обработке высоковольтным коронным разрядом    
4.3. Прочностные свойства твердеющих композиций при высоковольтной активации воды затворения
4.4. Прочностные свойства твердеющих композиций в технологии их дискретной активации высоковольтным коронным разрядом
4.5. Высоковольтная технология повторной активации твердеющих композиций в процессе набора ими прочности
4.6. Исследование структурообразования камня в технологии высоковольтной активации сухих композиций
4.6.1. Свойства теста при обработке высоковольтным коронным разрядом цементно-зольных смесей
4.6.2. Кинетика набора прочности твердеющих композиций при обработке сухих смесей высоковольтным коронным разрядом
4.6.3. Влияние типа и условий высоковольтной обработки сухих композиций на процессы структурообразования цементно-зольного камня
4.6.4. Временной фактор в технологии высоковольтной активации электрическими разрядами сухих композиций с различными добавками
4.6.5. Прочностные свойства камня при различных энергетических и технологических параметрах обработки цементно-зольных композиций коронным разрядом
4.6.6. Прочностные свойства твердеющих цементно-зольных композиций при различных технологических схемах подготовки теста на основе активированных коронным разрядом компонентов
4.7. Влияние тепловлажностной обработки теста на прочность камня при высоковольтной активации коронным разрядом портландцемента
Вопросы и задания для самопроверки

5. Технологии активации высоковольтными электрическими разрядами в газовых средах компонентов твердеющих структур с органической матрицей
5.1. Способы улучшения взаимодействия битумов с минеральным материалом в структурах асфальтобетона
5.2. Особенности основ технологии высоковольтной активации коронным разрядом компонентов асфальтобетона
5.3. Регулирование межфазных взаимодействий компонентов микроструктуры асфальтобетона высоковольтными электрическими разрядами
5.4. Физико-технические свойства мезоструктуры асфальтобетона при высоковольтной технологии активации компонентов
Вопросы и задания для самопроверки

6. Электрофизические технологии активации в производстве керамических материалов
6.1. Способы получения и методы улучшения качества керамических материалов
6.2. Исследование влияния магнитной обработки на изменение свойств керамических материалов
6.3. Высоковольтная технология активации в производстве керамических материалов пластического формования
6.4. Высоковольтная активация керамических образцов полусухого прессования приготовленных с использованием бидистиллированной воды
6.5. Влияние параметров и технологических приемов высоковольтной обработки коронным разрядом компонентов сырьевой шихты на свойства керамических материалов
6.5.1. Временной фактор в технологии высоковольтной активации сырьевой шихты полусухого прессования
6.5.2. Влияние параметров высоковольтной активации на свойства керамических образцов, обожженных при различных температурах
6.5.3. Свойства керамических изделий при избирательной электрофизической активации компонентов и различных технологических приемах их использования
6.6. Регулирование свойств керамических материалов при использовании высоковольтной обработки сырьевой шихты в заводской технологии производства
Вопросы и задания для самопроверки

Заключение
Библиографический список

Предисловие

Предлагаемая книга является учебным пособием для студентов, получающих степень бакалавра техники и технологии по направлению «Строительство». Учебное пособие состоит из шести глав, охватывающих основополагающие разделы курса «Электрофизические технологии в производстве строительных материалов»:

1. физико-химические превращения в процессе формирования композиционных строительных материалов;
2. электроимпульсная технология производства активированных заполнителей бетонов различного назначения;
3. электрофизические основы технологии высоковольтной активации электрическими разрядами строительных материалов в газовых средах;
4. высоковольтные технологии активации коронным разрядом твердеющих композиций с минеральной матрицей и их компонентов;
5. технологии активации высоковольтными электрическими разрядами в газовых средах компонентов твердеющих структур с органической матрицей;
6. электрофизические технологии активации в производстве керамических материалов.

Приводимый материал базируется на основных положениях курсов общей физики, математики, химии, физико-химических методов исследований, строительных материалов, процессов и аппаратов технологии строительных материалов. Изложение материала произведено с учетом последних достижений в рассматриваемых областях, а содержание соответствует утвержденным стандарту и программам подготовки бакалавров по профилю «Производство строительных материалов, изделий и конструкций» направления 270800 «Строительство».

Для более углубленного изучения и понимания разделов курса последние содержат теоретические положения рассматриваемой технологии, контрольные вопросы и задания для самопроверки знаний.

Следует отметить, что базовый компонент учебного пособия получил свое развитие под научным руководством автора пособия в рамках научно-исследовательских работ проблемной лаборатории обогащенных и активированных заполнителей Минвуза РСФСР, научной лаборатории Минавтодора РСФСР, финансирования Минвузом РСФСР по параграфу 55 работ по физическо-химической модификации строительных материалов. Данные структурные подразделения составили основу созданного госбюджетного НИИ строительных материалов при ТИСИ (ТГАСУ).

Автор считает своим непременным долгом отметить, что экспериментальный материал учебного пособия получен в ходе многолетней работы с коллегами указанных научных подразделений и выражает искреннее признание Л.H. Пименовой, Л.K. Котенко, И.В. Кащук, С.Н. Соколовой, A.A. Проскурину, П.В. Зомбеку, A.A. Алексееву, Д.В. Шабанову, С.А. Глотову за творческое сотрудничество.

Раздел 6 написан совместно с профессором кафедры технологии силикатов и наноматериалов Национального исследовательского Томского политехнического университета, заслуженным деятелем науки РФ В.И. Верещагиным и под редакцией последнего.

Автор благодарен рецензентам В.В. Лопатину и В.В. Козику за полезные советы и ценные замечания, сделанные при рецензировании учебного пособия.

Введение

Перспективы работ в области строительного материаловедения и строительно-технологических задач повышения эффективности производства традиционных строительных материалов, создания материалов нового поколения связываются:

• с вовлечением в сферу производства неиспользуемых ранее видов сырья, продукции, в том числе получаемой с привлечением нанотехнологий, и отходов промышленных предприятий;
• применением принципиально новых электрофизических технологий обработки, получения и активации в производстве строительных материалов.

Целью пособия является формирование у студентов теоретических знаний и практических навыков в области разработки инновационных технологий, основы которых составляют электрофизические технологии активации дисперсных систем, течение физико-химических процессов в которых осуществляется на наноструктурированном уровне межфазных взаимодействий.

В настоящем учебном пособии представлены материалы фундаментальных и прикладных исследований по разработке электрофизических технологий, первоисточником энергии в которых является низкотемпературная плазма, реализованная в качестве рабочего инструмента воздействия одной из разновидностей высоковольтных электрических разрядов в средах различного агрегатного состояния.

В Томском государственном архитектурно-строительном университете получило свое развитие новое научное направление в области разработки технологий получения активированных строительных материалов. В качестве инструмента активации используются высоковольтные электрические разряды в средах различного агрегатного состояния: внутри исходных кусков разрушаемого материала – электроимпульсная технология (ЭИ) активации, в жидкой среде дисперсных систем с различными свойствами твердой фазы – разрядно-импульсная технология активации (РИТ), в газовых средах – высоковольтная технология активации сильными электромагнитными полями искрового и коронного разрядов. Характерным для данных технологий является различие в условиях энергонагружения как по величине и времени воздействия энергии, так и трансформации последней в активируемый объект. Специфическим следует рассматривать различие скоростей течения технологических процессов активации (от микросекунд до десятков минут) и используемых высоковольтных разрядов с классом напряжения от десятков до нескольких сотен киловольт различной полярности. Достаточно широкий диапазон возможности одновременного регулирования энергии и времени ее передачи в объект активации обеспечивает получение строительных материалов заданного качества. Разрабатываемые технологии нашли свое практическое применение для получения обогащенных и активированных заполнителей асфальто- и цементобетонов различного назначения, повышения качества продуктов измельчения непластических компонентов керамических масс, улучшения свойств минеральных вяжущих воздушного и гидравлического твердения. Применительно к реализации в производстве тяжелых бетонов и дорожных асфальтобетонов разработана безотходная ЭИ-технология получения обогащенных и активированных заполнителей. Перспективна технология высоковольтной активации коронным разрядом твердеющих композиций в процессе набора ими прочности на ранних стадиях структурообразования. По совокупности оценки и анализа полученных результатов, по роли временного фактора при высоковольтной обработке коронным разрядом как цементов, так и цементного теста, твердеющих композиций на основе портландцемента с добавками золы-уноса различных свойств и смеси мелкозернистого бетона просматривается наличие общей закономерности в технологии высоковольтной активации твердеющих систем – волновое изменение прочностных свойств в принятых типах высоковольтной обработки. Оптимальные технологические режимы принятых типов высоковольтной активации коронным разрядом (непрерывный, дискретный, повторный) соотнесены с тремя характерными временными интервалами твердения вяжущих от начала затворения теста до прогрессирующего роста пластической прочности и могут составить основу технических условий на промышленную реализацию данной технологии.

При практической реализации технологий активации высоковольтными разрядами в различных средах на объект обработки воздействуют сильные электромагнитные поля. Следует отметить, что применение для активации строительных материалов магнитных полей, акустического воздействия, светового излучения кавитации жидких сред, ВЧ- и СВЧ-излучений, комбинированных технологий и т. п. получило свое самостоятельное научное направление.

Еще на одно обстоятельство необходимо обратить внимание. Данные по возможному использованию рассматриваемых физических технологий активации строительных материалов не являются исчерпывающими, поскольку в одном учебном пособии невозможно охватить все виды объектов рассматриваемых электрофизических технологий эффективной активации.

Автор считает, что проблема электрофизических технологий активации строительных материалов сегодня далека от однозначного понимания и тем более решения, и надеется, что излагаемые в учебном пособии концепции разработки электрофизических технологий активации строительных материалов будут способствовать становлению и дальнейшему развитию рассмотренных технологий. Поэтому все критические замечания, пожелания и советы по структуре и составу пособия, а также по излагаемым технологиям будут приняты автором с благодарностью.