水泥制品表面微晶化专用设备及方法

水泥制品表面微晶化专用设备及方法

胡超龙

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摘要：本发明公开水泥制品表面微晶化专用设备及方法，专用设备包括振子、振动信号发生器、功率放大器和振动传递体，所述振动信号发生器的信号输出端与所述功率放大器的信号输入端连接，所述功率放大器的信号输出端与所述振子的信号输入端连接，所述振子与所述振动传递体连接，所述振动传递体与初凝后的水泥制品接触。水泥制品表面微晶化方法：在水泥制品浇筑后、终凝前，对其施加振动，振动频率大于或等于1KHz，振动时间大于或等于5分钟。本发明制得的水泥制品表层致密，表面覆盖一层发育充分且比较均匀的粒状的硅酸盐晶体，使得水泥制品表面具有优良的抗老化性能。

关键词：水泥制品；微晶化；振动

0引言

超声波表面处理方法是一种提高混凝土耐久性的创新方法。超声波表面处理方法是通过超声波高频振动与超声压强的相分离效应,使混凝土表层形成一层致密的梯度构造,即：超声波强化层(UltrasonicHardingLayer,UHL),强化层可以显著提高混凝土在自然环境下的抗侵蚀性能,从而提高耐久性。该方法兼顾成本、工艺、性能的需求,由于不需要在混凝土中添加或表面涂覆任何材料,处理成本和耐久性均优于现有防护技术,是对现有技术的替代创新[1]。

1研究背景

超声波表面处理方法已获批中国和美国发明专利,基于超声强化原理的研究工作已在具有较高影响力国际期刊上发表多篇研究论文。超声波表面处理为解决我国混凝土工程耐久性问题提供了一个创新性的解决方案。与现有的混凝土防护方法相比较,对混凝土材料进行UST处理不需添加辅助材料;UST方法实施方式简单,对人员、设备的要求较低,采用UST方法进行混凝土表面处理的成本很低,约为0.25～0.5元/m2;强化层的耐久性要显著高于基材并且不存在老化问题,因而显然可以做到与建筑物同寿命。这些特点表明UST方法具有非常好的技术与成本优势,有利于其在工程中的转化应用。超声波表面处理方法对提高混凝土耐久性能这一工程问题具有良好的应用前景,既可降低工程造价,为经济建设服务,又能够为国家双碳目标的实现提供技术支持。超声波表面处理技术主要应用于建筑混凝土工程、道路混凝土工程、桥梁混凝土工程、水利混凝土工程、海洋与沿海混凝土工程,并可推动专用超声波表面处理装置与设备的研发制造[2]。

2概况

2.1技术要点

本设备的一个目的在于提供一种能够使得水泥制品抗老化性能好的水泥制品表面微晶化专用设备及水泥制品表面微晶化方法。

为达到上述目的，采用下述技术方案：

水泥制品表面微晶化专用设备，包括振子、振动信号发生器、功率放大器和振动传递体，所述振动信号发生器的信号输出端与所述功率放大器的信号输入端连接，所述功率放大器的信号输出端与所述振子的信号输入端连接，所述振子与所述振动传递体连接，所述振动传递体与浇筑后的水泥制品内表面和/或外表面接触[3]。

上述水泥制品表面微晶化专用设备，所述振动传递体为模具，所述水泥制品位于所述模具内，所述振子安装在所述模具的上。所述振动传递体为内模，所述内模的一部分与所述水泥制品的内表面接触、另一部分位于所述水泥制品的外部，所述振子安装在所述内模位于所述水泥制品外部的部分上。所述振动信号发生器产生的振动频率大于或等于1khz。

水泥制品表面微晶化方法，在水泥制品浇筑后、终凝前，对其施加振动，振动频率大于或等于1khz，振动时间大于或等于5分钟。

上述水泥制品表面微晶化方法，振动的频率为20khz～120khz，包括如下步骤：

a、按照现有技术中的水泥制品制备方法准备水泥制品浇筑原料；

b、在振动传递体上安装振子，并连接振动信号发生器和功率放大器；所述振动信号发生器的信号输出端与所述功率放大器的信号输入端连接，所述功率放大器的信号输出端与所述振子的信号输入端连接；

c、浇筑，得水泥制品，并将振动传递体与水泥制品接触；水泥制品浇筑后至终凝之前这段时间内，打开所述振动信号发生器和所述功率放大器，对水泥制品施加振动；

d、水泥制品终凝后，拆除振子，对水泥制品进行正常养护作业。

上述水泥制品表面微晶化方法，对水泥制品在浇筑后至终凝之前施加的振动为连续振动或者间断振动。

2.2工艺流程

上述水泥制品表面微晶化方法，对水泥制品表面微晶化工艺流程如下：

a、按照现有技术中的水泥制品制备方法准备水泥制品浇筑原料；

b、在模具上安装振子，并连接振动信号发生器和功率放大器；所述振动信号发生器的信号输出端与所述功率放大器的信号输入端连接，所述功率放大器的信号输出端与所述振子的信号输入端连接；

c、在模具内浇筑，得水泥制品，打开所述振动信号发生器和所述功率放大器，对水泥制品施加振动；振动制度为：在浇筑后至终凝前施加振动；

d、水泥制品终凝后，拆除振子，对水泥制品进行正常养护作业。

上述水泥制品表面微晶化方法，对水泥制品内部微晶化工艺流程如下：

a、按照现有技术中的水泥制品制备方法准备水泥制品浇筑原料；

b、将振子安装在水泥制品内模上，将振子、振动信号发生器和功率放大器连接；所述振动信号发生器的信号输出端与所述功率放大器的信号输入端连接，所述功率放大器的信号输出端与所述振子的信号输入端连接；

c、浇筑，制得水泥制品，水泥制品浇筑后，打开所述振动信号发生器和所述功率放大器，对水泥制品施加振动；振动制度为：在浇筑后至终凝前施加振动。

d水泥制品终凝后，拆除振子，对水泥制品进行正常养护作业。

3该设备的有益影响

通过在水泥水化过程中对其施加高频振动(水泥制品浇筑后至终凝前，终凝之后再施加振动的作用比较有限)，使其表层与振动传递体接触的位置在振动作用下形成了一层致密的水化硅酸盐胶体，并且在后期水泥水化过程中，在这层水化硅酸盐胶体表面生长出一层发育充分且比较均匀的粒状的硅酸盐晶体，表面在后期水化过程中生成发育较充分的均匀且呈现细小颗粒状的晶体，从而呈现出水泥制品硅酸盐晶体微晶化的特征。微晶化的水泥制品具有表面硬度高，抗老化性能(碳化，冻融性，酸碱盐侵蚀)优于普通水泥制品的特点。

结论

本文设计了专用设备，在水泥浇筑到终凝前的一段时间内，对水泥制品施加高频振动，从而在水泥制品表层与振动传递体接触的位置在振动作用下形成了一层致密的水化硅酸盐胶体，在后期水泥水化过程中，在这层水化硅酸盐胶体表面生长出一层发育充分且比较均匀的粒状的硅酸盐晶体，表面在后期水化过程中生成发育较充分的均匀且呈现细小颗粒状的晶体达到微晶的效果。表层致密的水化硅酸盐胶体以及微晶化的水合物晶体使得水泥制品表面更致密，同时由于晶体具有更低的内能，化学稳定性更好，因此使得水泥制品更不易被侵蚀，抗老化性能更好。

参考文献

[1]史勇,水泥制品表面微晶化专用设备及方法.内蒙古自治区,内蒙古工业大学,2022-08-26.

[2]刘向,微晶化聚烯烃薄膜热封强度梯度化控制研究及其应用.天津市,天津市华恒包装材料有限公司,2022-09-05.

[3]许建平,陈晶,李洋,等.超声波辅助电镀沉积Ni镀膜工艺研究[J].黑龙江工程学院学报,2014,28(06):45-47.DOI:10.19352/j.cnki.issn1671-4679.2014.06.012.