Патент на изобретение №2378216

(54) СПОСОБ СОЗДАНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ ИЗВЕСТНЯКА, ПЕСКА И ВОДЫ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области производства строительных материалов и дорожному строительству. Технический результат изобретения состоит в повышении прочности. В способе создания строительных материалов из известняка, песка и воды, включающем одновременное измельчение и смешивание компонентов, виброуплотнение полученной массы и ее твердение, указанные измельчение и смешивание осуществляют в микровихрях, создаваемых при воздействии на суспензию указанных компонентов, движущуюся с относительной скоростью 0,4-410 м/с между поверхностями твердого тела, расстояние между которыми изменяют от 0,5 до 10000 мкм, с созданием в суспензии давления 0,5-10000 ат, температуры 0-130°С. Изобретение развито в зависимых пунктах ф-лы. 11 з.п. ф-лы, 7 ил.

Применяется в качестве способа создания искусственных строительных материалов, бетонов на основе водной суспензии твердых частиц, измельченных до характерных размеров молекул (групп молекул, частей молекул). Применяется в качестве способа активизации эффектов поверхностного взаимодействия во взаимно нерастворимых веществах с образованием устойчивых во времени структурированных пастообразных систем; способа активизации эффектов поверхностного взаимодействия в растворах с образованием пенообразных, гелеобразных и желеобразных коллоидных систем; способа получения микрочастиц, новых веществ и материалов. Применяется в качестве способа интенсификации массопереноса и процессов адгезионного взаимодействия поверхностей тел из различных материалов. Изобретение относится к области производства строительных материалов и дорожному строительству.

Известны способы измельчения, основанные на эффекте воздействия, оказываемого на суспензию, находящуюся между перемещающимися относительно друг друга твердыми поверхностями, или способ измельчения, основанный на принципе ударов твердых деталей машины (пальцев) по суспензии (А.Г.Касаткин. «Основные процессы и аппараты химических технологий», Государственное научно-техническое издательство химической литературы, Москва, 1961 г., с.796-797. Такой процесс происходит в коллоидных мельницах для мокрого помола.

Известен способ получения строительного материала с использованием известняка, песка и воды, включающий одновременное измельчение и смешивание песка, извести и воды, виброуплотнение полученной массы и ее твердение (Гершберг О.А. Технология бетонных и железобетонных изделий, Моска, Гос. изд. литературы по строительным материалам, 1957, с.86-89).

Технический результат изобретения состоит в повышении прочности.

Технический результат изобретения достигается тем, что способ создания строительных материалов из известняка, песка и воды, включающий одновременное измельчение и смешивание компонентов, виброуплотнение полученной массы и ее твердение, указанные измельчение и смешивание осуществляют в микровихрях, создаваемых при воздействии на суспензию указанных компонентов, движущуюся с относительной скоростью 0,4-410 м/с между поверхностями твердого тела, расстояние между которыми изменяют от 0,5 до 10000 мкм, с созданием в суспензии давления 0,5-10000 ат, температуры 0-130°С.

Указанные измельчение и смешивание осуществляют в микровихрях при условии циклического перемещения одной части суспензии относительно другой, при этом суспензию возбуждают внешним источником давления, который передает ей энергию с плотностью от 0,1·10^-4 до 28,8 кВт/см² и с частотой от 1,1·10^-9 до 2 ГГц.

Указанные измельчение и смешивание осуществляют в микровихрях при условии циклического перемещения одной части суспензии относительно другой, при этом циклическое перемещение создается более чем одним внешним источником давления.

Указанные измельчение и смешивание осуществляют в микровихрях при воздействи гравитационного поля.

Указанные измельчение и смешивание осуществляют в микровихрях при воздействии переменного электрического поля с интенсивностью от 1·10^-5 до 10 КВ/м, с частотой от 1·10^-9 до 5 ГГц.

Указанные измельчение и смешивание осуществляют в микровихрях при воздействии переменного магнитного поля с напряженностью от 0,1 до 10⁵ Э, с частотой от 1·10^-9 до 10 ГГц.

Указанные измельчение и смешивание осуществляют в микровихрях при воздействии переменного электрического поля или переменного магнитного поля, или гравитационного поля, или переменного поля давления.

Указанные измельчение и смешивание осуществляют в микровихрях при воздействии переменного электрического поля и переменного магнитного поля, и гравитационного поля, и переменного поля давления.

Суспензия дополнительно содержит глину.

Суспензия дополнительно содержит глину с обеспечением содержания, об.%: Al₂O₃ до 25, Fe₂O₃ до 15, MgO до 15, K₂O до 15, Na₂O до 25, SO₃ до 15.

Суспензия дополнительно содержит пенообразователь и стабилизатор пены.

Продукт измельчения постоянно удаляют из зоны существования микровихрей.

К образованию микровихрей приводит:

– относительное перемещение твердой поверхности и суспензии Фиг.1;

– относительное перемещение суспензии между твердыми поверхностями Фиг.2;

– перемещение суспензии относительно самой себя Фиг.3;

– прохождение волн давления в суспензии Фиг.4;

– прохождение электромагнитных волн в суспензии.

На Фиг.1 представлена эпюра скоростей суспензии 11, обтекающей твердую поверхность 3. Инородная частица 7 вблизи твердой поверхности 3 будет обтекаться суспензией в различных точках по-разному. В точке «А» скорость обтекания будет V_A, а в точке «В» соответственно V_B, где V_A>V_B, что проиллюстрировано на Фиг.1. Находясь под различным воздействием суспензии с разных сторон, инородная частица 7 вовлекается в круговое движение в направлении «С». Как только инородная частица 7 начинает совершать вращательное движение, она увлекает за собой соприкасающиеся части суспензии, что приводит к образованию вихревого движения суспензии 1 вокруг инородной частицы 7.

Под инородным включением (инородной частицей) понимается пространственная зона внутри суспензии, отличающаяся от суспензии плотностью, фазовым состоянием, химическим составом и/или другими физико-химическими свойствами.

На Фиг.2 представлена картина вихреобразования, происходящая в суспензии, находящейся между двумя твердыми поверхностями, расположенными на расстоянии h друг от друга и движущимися соответственно со скоростями V₁ и V₂ в разные стороны. Суспензия 1 увлекается твердыми поверхностями 3, что приводит к возникновению кругового (вихревого) движения в суспензии, т.е. к образованию вихря 2, при этом температура суспензии t°, абсолютное давление в суспензии P₀ за пределами микровихря и вязкость суспензии µ.

На Фиг.3 представлена картина вихреобразования, происходящая в суспензии на границе между струей суспензии 4 и неподвижной суспензией 1. Струя 4 движется в покоящейся суспензии 1 со скоростью V₀, истекая из сопла 5. При этом суспензия 1 увлекается частицами струи 4 (движущейся суспензии), что приводит к возникновению кругового (вихревого) движения в суспензии, т.е. к образованию вихрей 2.

На Фиг.4 представлена картина вихреобразования, происходящая в суспензии при прохождении волны давления или ударной волны. Волна давления 6 подходит к инородной частице 7 и воздействует на нее, толкая по направлению своего распространения. Так как инородная частица отличается от вязкой среды своими составом и физико-химическими свойствами, волна давления по-разному воздействует на суспензию и соприкасающуюся с ней инородную частицу. Например, в случае различной плотности суспензии и инородной частицы волна давления передаст одинаковым объемам различную величину импульса. Это приведет к тому, что суспензия 1 и инородная частица 7 будут двигаться с различными скоростями друг относительно друга, т.е. возникнет перемещение суспензии 1 относительно инородной частицы 7, что приведет к возникновению кругового (вихревого) движения «С» в суспензии 7. Как только суспензия 1 начинает перемещаться относительно инородной частицы 7, в силу отсутствия абсолютной симметрии, образуются вихри 2, показанные на Фиг.1. Если скорости суспензии на периферии образовавшихся вихрей 2 различаются, инородная частица 7 начинает совершать вращательное движение. Инородная частица 7 будет увлекать за собой соприкасающиеся части суспензии, что приведет к образованию вихревого движения суспензии 1 вокруг инородной частицы 7 по механизму, показанному на Фиг.1. В идеальном случае, когда геометрия инородной частицы симметрична оси распространения волны давления, вокруг инородной частицы возникает тороидальный вихрь.

Прохождение электромагнитного импульса через вязкую среду также приводит к относительному перемещению одной части вязкой среды относительно другой. Это может происходить просто в результате различного нагрева различных областей вязкой среды, что приведет к различному расширению и, как следствие, к перемещению одной части вязкой среды относительно другой. Как только начинается относительное перемещение внутри вязкой среды, включается механизм вихреобразования, показанный на Фиг.1 и Фиг.4.

К интенсификации микровихревого процесса приводит:

– воздействие переменного гравитационного поля на микровихри;

– воздействие переменного поля давления на микровихри;

– воздействие переменного электрического поля на микровихри;

– воздействие переменного магнитного поля на микровихри;

– совместное воздействие переменного магнитного поля, переменного электрического поля, переменного поля давления и переменного гравитационного поля на микровихри.

Любое перемещение суспензии, накладываемое на область существования микровихрей, приводит к дополнительным перемещениям в суспензии, а следовательно, к увеличению количества возникающих микровихрей. Интенсивное встряхивание области существования микровихрей (приложение гравитационного поля) или облучение области существования микровихрей переменным полем давления (воздействие вибратора или вибраторов на вязкую среду) приводит к увеличению разупорядоченности в области существования микровихрей, а следовательно, к увеличению количества образовавшихся микровихрей и их интенсивности в случае совпадения или кратности собственной частоты колебаний микровихря и частоты возбуждающего воздействия.

Экспериментально установлено, что для успешного процесса воздействия на суспензию необходим источник переменного давления, который передает суспензии энергию с плотностью от 0,1·10^-4 до 28,8 кВт/см² и с частотой от 1,1·10^-9 до 2 ГГц.

Также из соображений разупорядоченности для возбуждения и интенсификации микровихревых процессов в суспензии целесообразно использование нескольких источников генерации микровихрей и нескольких источников интенсификации микровихрей.

Если суспензия является электропроводной, то существующий микровихрь в электромагнитном поле можно рассматривать как проводник, движущийся в электромагнитном поле. Т.е. микровихрь в электромагнитном поле можно рассматривать как элементарный колебательный контур. Наложение на колебательный контур электромагнитного поля при определенных условиях может приводить к возникновению автоколебаний, т.е. интенсификации процессов, происходящих в микровихре.

Экспериментально установлено, что для успешного процесса воздействия на суспензию необходимы источники переменного электрического поля с интенсивностью от 1·10^-5 до 10 кВ/м, с частотой от 1·10^-9 до 5 ГГц, а также для интенсивной гомогенизации полученной суспензии необходимы источники магнитного поля, периодически меняющегося по размерам и направлению, с напряженностью от 0,1 до 10⁵ Э, с частотой от 1·10^-9 до 10 ГГц.

Совместное воздействие на микровихри переменного магнитного поля, переменного электрического поля, переменного поля давления и переменного гравитационного поля приводит к увеличению количества энергии, которую микровихрь получает из внешней среды и, следовательно, к интенсификации всех процессов деструкции и реструктуризации, происходящих в микровихрях.

На Фиг.5 показан один из механизмов разрушения твердых частиц в микровихре. Инородная частица 7, находящаяся в зоне микровихря 2 и отличная физико-химическими свойствами от частицы суспензии 1, в которой возникает микровихрь 2, начинает вращаться и попадает под воздействие центробежных сил F_ц. На Фиг.5 показано направление вращения микровихря – В, скорость вращения частицы в вихре – V_ч, окружная скорость на границе вихря – V_в, при этом суспензия имеет температуру t°, абсолютное давление Р₀ за пределами микровихря и вязкость µ. На Фиг.5 также показано, как на частицу действует разрывающее усилие от центробежной силы F_ц, действующей на инородную частицу 7. Чем больше окружная скорость в вихре, тем больше центробежная сила.

На Фиг.6 показан один из механизмов разрушения твердой поверхности под воздействием микровихря 2 суспензии 1. Когда микровихрь 2 значительно меньше габаритов инородной частицы 7 и одним своим концом опирается на поверхность инородной частицы (теорема Гельмгольца о существовании вихря), на участке поверхности, ограниченном окружностью диаметром d, возникает перепад давлений. На поверхность инородной частицы 7 действует давление F_ц в центральной части микровихря, а за пределами вихря на поверхность будет действовать абсолютное давление в покоящейся жидкости Р₀ Фиг.6, где d – диаметр микровихря 2, 8 – ось вращения микровихря, V_в – окружная скорость на границе вихря, – плотность суспензии, в которой существует микровихрь. При этом давление P_ц в центральной части микровихря равно: Pц=P₀-(·V_в²):2, где Р₀ – абсолютное давление в покоящейся жидкости, – плотность суспензии 1, Vв – окружная скорость на границе вихря 2.

Из указанного соотношения и Фиг.6 видно, что сокращение диаметра микровихря и увеличение окружной скорости на границе вихря приведет к увеличению градиента давлений

dP=P₀-P_ц,

действующего на поверхность частицы. Также необходимо отметить, что давление в центральной части микровихря Р_ц всегда должно оставаться положительной величиной большей ноля. В предельном случае, когда в центре вихря образуется абсолютный вакуум, Р_ц будет равно нулю. Под воздействием перепада давлений dP происходит выдавливание из поверхности инородной частицы некоторого объема. Это явление возникает при уменьшении диаметра d микровихря (Фиг.6), что в свою очередь приводит к разрушению поверхности.

Также необходимо отметить, что разница давлений Р₀ и Р_ц приводит к перетеканию вязкой среды из зоны высокого давления в зону низкого давления по стенке, к которой «присосался» вихрь Фиг.6, что в свою очередь благотворно влияет на перемешивание и гомогенизацию суспензии с инородными частицами. Необходимо отметить, что указанное перетекание из зоны высокого давления в зону низкого давления по стенке, к которой «присосался» вихрь Фиг.6, приводит к интенсификации тепла и массопереноса.

Безусловно, разрушение и гомогенизация инородных частиц также происходит и под воздействием тангенциальных напряжений, возникающих в результате трения инородных частиц друг о друга.

К интенсификации разрушения инородных частиц в микровихревом процессе приводит:

– увеличение абсолютного давления в суспензии, где возникают микровихри;

– увеличение скорости перемещения суспензии относительно твердой поверхности или относительно самой суспензии;

– постоянное удаление продуктов разрушения из зоны существования микровихрей. На Фиг.6 видно, что увеличение абсолютного давления Р₀ в суспензии 1 за пределами микровихря 2 приводит к увеличению перепада давлений dP на поверхности инородной частицы. К увеличению перепада давлений dP на поверхности инородной частицы также приводит увеличение окружной скорости V_B на границе вихря.

Для интенсификации процесса микроразрушения инородной частицы в присутствии микровихрей в суспензии необходимо организовать постоянное удаление продуктов разрушения из зоны существования микровихрей. Это необходимо делать для того, чтобы избыточное количество продуктов разрушения не изменило в сильной степени физико-химические характеристики суспензии, в которой генерируется, интенсифицируется и существует микровихрь. В противном случае суспензия несколько изменит свои свойства и процесс образования микровихрей будет сильно затруднен.

В суспензии под воздействием переменных полей и относительного перемещения возникает огромное количество микровихрей, которые необходимо сравнить и оценить с точки зрения пригодности для целей и задач, декларируемых в настоящей заявке.

Критерием подобия микровихрей является выражение:

P₀d/V_Bµ

где Р₀ – абсолютное давление в суспензии вне вихря;

d – средний (характерный) диаметр границ микровихря;

V_B – окружная скорость вязкой среды на границе вихря;

µ – вязкость среды.

Этот критерий характеризует отношение силы давления (потенциальной энергии) к силе вязкости (кинетической энергии, передаваемой потоком вихрю). Как было показано экспериментально, увеличение абсолютного давления в суспензии вне вихря приводит к уменьшению габаритов вихря. С увеличением скорости и вязкости габариты вихря возрастают. Скорость привносит дополнительную энергию к границе вихря, и из условий неразрывности эта энергия передается вихрю. Увеличение вязкости способствует увеличению передаваемого момента движения от одного слоя суспензии в вихре к другому (одной части закрученной суспензии к другой).

Чем больше энергии сконцентрирует в себе микровихрь, тем больше энергии он будет способен передать инородной частице (или молекуле).

Синтез и реструктуризация – оборотная сторона разрушения в микромире.

Частицы, разрушенные микровихрями, становятся весьма активными, так как на границе разрушения образуются свободные молекулярные связи. К этим свободным связям присоединяются молекулы и частицы из суспензии, в которой образовался микровихрь. Таким образом, получаются новые вещества и материалы. Этот способ получения новых веществ и материалов применим в металлургии (некристаллические структурированные системы с заранее прогнозируемыми свойствами), химической промышленности, при производстве сложных биоорганических соединений и т.д.

Как уже отмечалось, любой генератор вибрационных возмущений или устройство, подобное ему по принципу действия, способны создавать волны давления, приводящие к созданию микровихревых структур.

Переменное поле давления (волны давления) генерирует вихреобразование и интенсифицирует микровихри. Для части микровихрей при наложении частоты колебаний поля давления на собственную частоту колебания микровихря создаются условия для увеличения окружной скорости микровихря (явление резонанса). При этом увеличивается внутренняя энергия микровихревой структуры, что приводит к интенсификации процессов, происходящих в микровихрях под воздействием возникающих там сил.

Как любой, в том числе вращающийся объект, микровихрь обладает собственной частотой колебаний. Когда частота внешнего поля (акустического, электромагнитного, гравитационного) кратна частоте волнового процесса в микровихрях, происходит процесс резонанса. Таким образом, воздействуя на микровихри переменным полем определенной частоты, можно резко интенсифицировать процессы, происходящие в микровихрях.

Воздействуя на микровихревые структуры светом, также можно активировать процессы возникновения и развития вихреобразования. В этом случае световой поток является частным случаем электромагнитного воздействия на микровихри.

Основными признаками данного способа является совокупность следующих действий, производимых в суспензии:

– создание относительного движения одной части суспензии относительно другой;

– создание повышенной вязкости и давления в суспензии;

– создание повышенной температуры в суспензии (для активизации процесса взаимодействия измельченных частиц);

– воздействие на микровихри полем давления, гравитационным полем и электромагнитным полем.

При этом указанные воздействия на суспензию могут быть кратковременными, периодическими или постоянными, а действующие факторы – поле давления, поле температуры, гравитационное поле, электрическое и магнитное поля могут воздействовать одновременно или порознь, но обязательно с относительным перемещением одной части суспензии относительно другой.

Это необходимые и достаточные условия для создания микровихря, разрушения инородных частиц при помощи микровихря и создания устойчивых структурированных систем из продуктов измельчения и суспензии. Это также необходимые и достаточные условия для активизации эффектов поверхностного взаимодействия во взаимно нерастворимых веществах с образованием устойчивых во времени структурированных пастообразных систем. Это необходимые и достаточные условия для активизации эффектов поверхностного взаимодействия в растворах с образованием пенообразных, гелеобразных и желеобразных коллоидных систем; условия для получения новых веществ и материалов; условия для ускорения физико-химических процессов. Данное комплексное воздействие также может применяться для нагрева суспензии и интенсификации массопереноса. Предлагаемый способ создания микровихревых структур в вязкой среде позволяет генерировать множественные физико-химические превращения, активизировать восстановительно-окислительные процессы, ионизацию и даже превращения на молекулярном и атомарном уровнях.

Реализация данного способа проводилась на установке, показанной на Фиг.7. На диаметр микровихря и габариты частиц, которые хотим получить, влияет зазор h и относительная скорость перемещения твердых поверхностей 3, между которыми находится суспензия. Таким образом, чем меньше зазор h и чем больше скорость на границе вихря, а эта скорость задана скоростями V₁, V₂ и скоростью V₀=V₂-V₁, тем мельче частицы сможем получить.

Интенсивность периодически меняющегося по размерам и направлению поля давления, воздействующего на микровихри в суспензии, создаваемого генератором 12 Фиг.7, составляла от 0,1·10^-4 до 28.8 кВт/см², с частотой от 1.1·10^-9 до 2 ГГц. Величины плотности энергии и частоты, с которой эта энергия передается суспензии, выбирались исходя из соображений изменения (увеличения) вязкости и размера измельчаемых частиц.

Интенсивность периодически меняющегося по размерам и направлению внешнего электрического поля, воздействующего на микровихри в суспензии, создаваемого генератором 9 Фиг.7, составляла от 1·10^-5 до 10 кВ/м, с частотой от 1·10^-9 до 5 ГГц. Величины плотности энергии и частоты, с которой эта энергия передается суспензии, выбирались исходя из соображений изменения (увеличения) вязкости и размера измельчаемых частиц.

Напряженность периодически меняющегося по размерам и направлению внешнего магнитного поля, воздействующего на микровихри в суспензии, создаваемого генератором 10 Фиг.7, составляла от 0,1 до 10⁵ Э, с частотой от 1·10^-9 до 10 ГГц. Величины плотности энергии и частоты, с которой эта энергия передается вязкой среде, выбирались исходя из соображений изменения (увеличения) вязкости и размера измельчаемых частиц.

Для создания высокого градиента давлений, большего тангенциального напряжения сдвига в высокопрочных материалах необходима скорость на границе вихря V₀ до 410 м/с, а давление окружающей суспензии должно изменяться до 10000 атм.

Для преобразования веществ, существующих в криогенных условиях, температура процесса должна быть сравнима с такими криогенными температурами и нижняя граница температуры суспензии для заявленного способа разрушения и реструктуризации равна 0°С. Верхняя граница температуры суспензии для заявленного способа равна 130°С, что обусловлено температурой кипения суспензии при повышенном давлении.

Для получения микрочастиц зазор между перемещающимися поверхностями твердого тела для заявленного способа разрушения и реструктуризации изменяется от 0,5 мкм. Такой размер зазора продиктован габаритами микровихря и соответственно размерами получаемых частиц. Верхняя граница зазора между перемещающимися поверхностями твердого тела для заявляемого способа разрушения и реструктуризации равна 10000, что необходимо использовать для предварительной обработки перерабатываемых материалов.

Разрушить внутримолекулярные связи известняка, в состав которого входит СаСО₃, можно при помощи микровихрей, в которых происходит возникновение сдвиговых напряжений. Если микровихри генерируются в среде с повышенным давлением, то создаются условия для разрушения внутримолекулярных связей и возникновения процесса разложения молекул. Протекает реакция разложения:

СаСО₃=СаО+CO₂;

и реакция гашения окиси кальция в момент выхода СаО из зоны микровихревой активности:

СаО+H₂O=Са(ОН)₂

так как окись кальция СаО находится в воде.

Таким образом можно получать Са(ОН)₂ из известняка без высокотемпературной реакции разложения, без нагрева, только за счет разрушения молекулярных связей в микровихревых структурах.

Процесс превращения СаСО₃ в Са(ОН)₂ в микровихревых структурах, генерируемых в водной среде, протекает одновременно с измельчением песка, глины с обеспечением содержания, об.%: Al₂O₃ до 25, Fe₂O₃ до 15, MgO до 15, K₂O до 15, Na₂O до 25, SO₃ до 15. Все эти химические соединения измельчаются в микровихревых структурах, генерируемых в суспензии, и присутствуют в известково-песчанном растворе. Измельчение в микровихрях приводит к увеличению удельной поверхности песка, известняка и других наполнителей. Наполнители и известняк с песком хорошо перемешиваются и образуют гомогенную структуру, что приводит к упрочнению строительного материала, и получаемые таким образом опытные образцы приобретают прочность на сжатие до 5500 кг/см².

Для получения облегченных строительных материалов микровихри создаются в суспензии, в которую кроме известняка и песка входит пенообразователь, например алюминиевая или калийная пудра, готовая пена, а также стабилизатор пены, например жидкое стекло.

Также в гидродинамических микровихревых структурах можно получать гидрогель на основе силикальцита CaSiO₃ с получением пастообразной суспензии.

Эксперименты на основе данного способа ставились автором в JSC «Aljara» (Литва).

Пример 1.

На опытной установке с зазором между рабочими поверхностями генератора микровихрей, равным 1100 мкм, и относительным перемещением со скоростью 25 м/с известняк и песок были перемолоты и смешаны с водой микровихревым способом. При этом давление в зоне создания микровихрей характеризовалось величиной 218 ат, а температура – 15°С. В результате получена устойчивая во времени пастообразная масса с характерными размерами частиц 2-5 мкм. Твердение образцов после виброуплотнения происходило на открытом воздухе в течение 20 дней при средней положительной температуре +12°С. При весовом соотношении известняка, песка и воды 5:3:8 опытные образцы приобрели прочность на сжатие 450 кг/см². Продукты измельчения постоянно удаляются из зоны существования микровихрей.

Пример 2.

На опытной установке с зазором между рабочими поверхностями генератора микровихрей, равным 3000 мкм, и относительным перемещением со скоростью 103 м/с известняк и песок были перемолоты и смешаны с водой микровихревым способом. Давление в зоне создания микровихрей характеризовалось величиной 2 ат, а температура – 110°С. При этом на зону возникновения микровихрей оказывалось воздействие переменным полем давления (вибрационное воздействие) с частотой 2 ГГц и в указанную зону возникновения микровихрей передавалась энергия с плотностью 28,8 КВт/см². В результате получена устойчивая во времени пастообразная масса с характерными размерами частиц 1-2,5 мкм. Твердение образцов после виброуплотнения происходило на открытом воздухе в течение 20 дней при средней положительной температуре +12°С. При весовом соотношении известняка, песка и воды 5:3:8 опытные образцы приобрели прочность на сжатие 490 кг/см². Кроме того, исследования выявили наличие в полученном материале соединений низкоосновного силиката кальция 2CaO-SiO₂. Продукты измельчения постоянно удаляются из зоны существования микровихрей.

Пример 3.

На опытной установке с зазором между рабочими поверхностями генератора микровихрей, равным 2000 мкм, и относительным перемещением со скоростью 80 м/с известняк и песок были перемолоты и смешаны с водой микровихревым способом. Давление в зоне создания микровихрей характеризовалось величиной 180 ат, а температура – 100°С. При этом на зону возникновения микровихрей оказывалось воздействие переменным электрическим полем (электрические разряды) с интенсивностью 10 КВ/М и частотой 5 ГГц. В результате получена устойчивая во времени пастообразная масса с характерными размерами частиц 0,8-1,5 мкм. Твердение образцов после виброуплотнения происходило на открытом воздухе в течение 25 дней при средней положительной температуре +12°С. При весовом соотношении известняка, песка и воды 5:3:8 опытные образцы приобрели прочность на сжатие 790 кг/см². Кроме того, исследования выявили наличие в полученном материале соединений низкоосновного силиката кальция 2CaO-SiO₂ и 3CaO-SiO₂. Продукты измельчения постоянно удаляются из зоны существования микровихрей.

Пример 4.

На опытной установке с зазором между рабочими поверхностями генератора микровихрей, равным 1500 мкм, и относительным перемещением со скоростью 60 м/с известняк и песок были перемолоты и смешаны с водой микровихревым способом. Давление в зоне создания микровихрей характеризовалось величиной 200 ат, а температура – 95°С. При этом на зону возникновения микровихрей оказывалось воздействие переменным магнитным полем (воздействие от соленоида) с напряженностью 10³ Э и частотой 10 ГГц. В результате получена устойчивая во времени пастообразная масса с характерными размерами частиц 1,1-1,8 мкм. Твердение образцов после виброуплотнения происходило на открытом воздухе в течение 25 дней при средней положительной температуре +12°С. При весовом соотношении известняка, песка и воды 5:3:8 опытные образцы приобрели прочность на сжатие 530 кг/см². Продукты измельчения постоянно удаляются из зоны существования микровихрей.

Пример 5.

На опытной установке с зазором между рабочими поверхностями генератора микровихрей, равным 2800 мкм, и относительным перемещением со скоростью 83 м/с известняк и песок были перемолоты и смешаны с водой микровихревым способом. Давление в зоне создания микровихрей характеризовалось величиной 185 ат, а температура – 83°С. При этом на зону возникновения микровихрей оказывалось одновременное воздействие переменным полем давления (вибрационное воздействие) с частотой 2 ГГц и в указанную зону возникновения микровихрей передавалась энергия с плотностью 28,8 кВт/см², переменным электрическим полем (электрические разряды) с интенсивностью 10 кВ/м и частотой 5 ГГц, переменным магнитным полем. В результате получена устойчивая во времени пастообразная масса с характерным воздействием переменным магнитным полем (воздействие от соленоида), с напряженностью 10³ Э и частотой 10 ГГц. В результате получена устойчивая во времени пастообразная масса с характерными размерами частиц 0,2-0,8 мкм. Твердение образцов после виброуплотнения происходило на открытом воздухе в течение 25 дней при средней положительной температуре +12°С. При весовом соотношении известняка, песка и воды 5:3:8 опытные образцы приобрели прочность на сжатие 1330 кг/см². Продукты измельчения постоянно удаляются из зоны существования микровихрей.

Пример 6.

На опытной установке с зазором между рабочими поверхностями генератора микровихрей, равным 2800 мкм, и относительным перемещением со скоростью 83 м/с известняк и песок были перемолоты и смешаны с водой микровихревым способом. Давление в зоне создания микровихрей характеризовалось величиной 185 ат, а температура – 83°С. При этом на зону возникновения микровихрей оказывалось одновременное воздействие переменным полем давления (вибрационное воздействие) с частотой 2 ГГц, и в указанную зону возникновения микровихрей передавалась энергия с плотностью 28,8 кВт/см², переменным электрическим полем (электрические разряды) с интенсивностью 10 кВ/м и частотой 5 ГГц, переменным магнитным полем. В результате получена устойчивая во времени пастообразная масса с характерным воздействием переменным магнитным полем (воздействие от соленоида), с напряженностью 10³ Э и частотой 10 ГГц. В результате получена устойчивая во времени пастообразная масса с характерными размерами частиц 0,05-0,35 мкм. Твердение образцов после виброуплотнения происходило на открытом воздухе в течение 25 дней при средней положительной температуре +12°С. При весовом соотношении известняка, песка и воды 5:3:8 смешиваемая суспензия содержала глину с обеспечением содержания, об.%: Al₂O₃ 2,5, Fe₂O₃ 1,5, MgO 0,2, K₂O 0,15, Na₂O 0,25, SO₃ 0,5, опытные образцы приобрели прочность на сжатие 55000 кг/см². Продукты измельчения постоянно удаляются из зоны существования микровихрей.

Формула изобретения

1. Способ создания строительных материалов из известняка, песка и воды, включающий одновременное измельчение и смешивание компонентов, виброуплотнение полученной массы и ее твердение, отличающийся тем, что указанные измельчение и смешивание осуществляют в микровихрях, создаваемых при воздействии на суспензию указанных компонентов, движущуюся с относительной скоростью 0,4-410 м/с между поверхностями твердого тела, расстояние между которыми изменяют от 0,5 до 10000 мкм, с созданием в суспензии давления 0,5-10000 атм, температуры 0-130°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанные измельчение и смешивание осуществляют в микровихрях при условии циклического перемещения одной части суспензии относительно другой, при этом суспензию возбуждают внешним источником давления, который передает ей энергию с плотностью от 0,1·10^-4 до 28,8 кВт/см² и с частотой от 1,1·10^-9 до 2 ГГц,

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанные измельчение и смешивание осуществляют в микровихрях при условии циклического перемещения одной части суспензии относительно другой, при этом циклическое перемещение создается более чем одним внешним источником давления.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанные измельчение и смешивание осуществляют в микровихрях при воздействи гравитационного поля.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанные измельчение и смешивание осуществляют в микровихрях при воздействии переменного электрического поля с интенсивностью от 1·10^-5 до 10 кВ/м, с частотой от 1·10^-9 до 5 ГГц.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанные измельчение и смешивание осуществляют в микровихрях при воздействии переменного магнитного поля с напряженностью от 0,1 до 10⁵ Э, с частотой от 1·10^-9 до 10 ГГц.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанные измельчение и смешивание осуществляют в микровихрях при воздействии переменного электрического поля, или переменного магнитного поля, или гравитационного поля, или переменного поля давления.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что указанные измельчение и смешивание осуществляют в микровихрях при воздействии переменного электрического поля, и переменного магнитного поля, и гравитационного поля, и переменного поля давления.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что суспензия дополнительно содержит глину,

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что суспензия дополнительно содержит глину с обеспечением содержания, об.%: Al₂O₃ до 25, Fe₂O₃ до 15, MgO до 15, K₂O до 15, Na₂O до 25, SO₃ до 15.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что суспензия дополнительно содержит пенообразователь и стабилизатор пены.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что продукт измельчения постоянно удаляют из зоны существования микровихрей.

РИСУНКИ