В этом разделе пойдет речь о вполне заурядных, ничем не примечательных химических реакциях. Од­нако в заголовке стоит слово «почти», значит, чем-то они все-таки отличаются. Да, это те реакции, скорость которых можно изменить, если использовать магнитную обработку.

Вот одна из таких реакций — гидратация силиката кальция:

3Ca0-Si02-f 3H20 = 2Ca0.Si02-2H20 + Ca(0Hh.(I)

Силикат кальция — основной компонент одного из видов цемента. Цемент — это сухой порошок, из него, если осуществить реакцию (I), можно изготовить прочные монолитные изделия. При смешении цемента с водой (затворении) в смесь часто вводят песок, гравий, другие наполнители — когда такая смесь затвердевает, она называется бетоном. В современном мире бетон применяют в огромных масштабах: из него строят жилые дома, промышленные объекты, взлетно — посадочные полосы, причалы," военные сооружения. Во всех странах мира широко ведутся работы, направ­ленные на улучшение всех стадий процесса получения изделий из бетона.

Химиков интересует стадия, связанная с отвержде­нием цемента, т. е. то, что отображено реакцией (1). Установлено, что она протекает не сразу, а через не­сколько промежуточных фаз. Первая представляет собой растворение оксидов, причем оксид кальция

Рис. 13. Прочность образцов бетона из цемента в зависи­мости от магнитной обра-

Ботки:

/ — без обработки; 2 — об­работка сразу после затво — рения; 3 — обработка через 2 часа после затворения

Образует раствор электролита, а оксид кремния обра­зует желеобразную систему — гель кремневой кислоты. Во второй фазе происходит кристаллизация из рас­твора, в твердую фазу переходят ионы и из раствора, и из геля. Но так как гель обладает разветвленной про­странственной структурой, похожей на структуру поли­мера, то фаза оказывается очень протяженной во времени. Гель полностью расходуется только через год—полтора. Остатки геля, таким образом, длитель­ное время находятся в межкристаллических проме­жутках, во всяком случае в течение первого месяца расходуется не более 80 % геля. Поэтому прочность изделий из цемента (бетона) растет с течением времени (рис. 13).

Как видно из рисунка, магнитную обработку целе­сообразно осуществлять на обеих фазах. Мы уже знаем: вода, прошедшая через магнитный аппарат, обладает способностью быстрее растворять неоргани­ческие вещества. Значит, первая фаза будет проходить и завершаться быстрее. Опытами установлено, что при использовании магнитоактивированной воды для затво­рения цемента образуется больше мелких кристаллов, тогда как при затворении цемента обычной водой образуется больше крупных кристаллов. Мелкие крис­таллы имеют больше точек контакта, где они могут срастись, и это обеспечивает большую прочность расту­щего кристаллического каркаса. Вот почему магнитная обработка воды для затворения приводит к увеличе­нию прочности получающихся готовых изделий.

Но формирование более мелких кристаллов в це­ментной массе важно и с другой точки зрения. У строи­
телей существует специальный термин — удобоуклады — ваемость, т. е. способность цементного теста [2] легко заполнять формы и не создавать воздушных пробок. Именно благодаря мелким кристаллам масса приобре­тает большую пластичность, лучшую растекаемость. Вот еще один довод в пользу предварительной обработки воды для затворения.

Магнитная обработка на второй фазе, т. е. обра­ботка затворенной массы, также дает повышение прочности готовых изделий. При этом происходит снятие пересыщения. Ионы, участвующие в формиро^ вании кристаллогидрата, адсорбируются на поверхно­сти растущих кристаллов и встраиваются в кристал­лическую решетку. Чтобы эффект был максимальным, обработку надо производить после завершения первой фазы и в начале второй, т. е. спустя несколько часов после затворения. Очевидно, обрабатывать массу, когда процесс кристаллизации в основном завершен, не имеет смысла.

Рассмотрим теперь другую реакцию, также связан­ную с отверждением:

CaS04 • 0,5НгО + 1,5Н20 = CaS04 — 2НгО. (11)

Образующийся по этой реакции из полугидрата сульфата кальция двуводный сульфат кальция (гипс) в затвердевшем состоянии обладает высокой устой­чивостью формы. Сама реакция протекает быстро — за несколько минут. С реакцией (II) мы сталкиваемся в клинике, когда зубной врач снимает слепок или хи­рург накладывает гипсовую повязку. Менее известно, что изделия из гипса применяют в строительстве, из них делают стеновые панели, перегородки, плитку.

Были проведены опыты с так называемым гипсовым вяжущим, основным компонентом которого является полугидрат сульфата кальция. Оказалось, что затворе — ние гипсового вяжущего магнитоактивированной водой приводит к повышению прочности гипсовых изделий на 30—40 %, т. е. почти так же, как и изделий из бетона. В этом нет ничего странного, ибо процесс по реак­ции (II) в общих чертах сходен с процессом по реак­ции (I). Значит, и эффект магнитной обработки также должен быть положительным.

Коль скоро воздействие обработанной водой произ. водится на первой фазе процесса — растворении, а скорость растворения может как увеличиваться, так и уменьшаться, то мы вправе ожидать появления не толь­ко положительного, но и отрицательного эффекта маг­нитной обработки. Это, действительно, имеет место; если в обрабатываемой воде много «толстых» ионов — сульфатов, фосфатов.

Кроме цемента и гипса, магнитная обработка уско­ряет твердение других вяжущих материалов — глины, жидкого стекла. В суспензиях глин, полученных на магнитоактивированной воде, выявлена (с помощью электронной микроскопии) более совершенная кри­сталлизационная структура. Поэтому прочностные и некоторые другие характеристики готовых изделий (кирпича, керамики) также отличаются: прочность и плотность становятся выше, пористость и водопогло — щение — меньше.

Окончательное твердение этих вяжущих материалов происходит только в условиях высоких (порядка 1000 °С) температур. На стадию высокотемпературного обжига подают образцы, прошедшие стадию формова­ния, т. е. обладающие устойчивостью формы. Для того чтобы суспензия (например, глина—вода) приобрела какую-то устойчивую форму, в ней должны произойти процессы структурообразования. Именно на протека­ние этих процессов и влияет омагниченная вода. Пола­гают, что положительный эффект магнитной обработ­ки здесь связан с возрастанием поверхностного натя­жения воды. С одной стороны, это вызывает уменьше­ние смачиваемости частиц твердой фазы, т. е. уменьше­ние числа молекул Н20 вблизи каждой частицы, что должно способствовать росту числа контактов между ними. С другой стороны, более высокое поверхностное натяжение приводит к увеличению сил стягивания частиц в объеме, что должно способствовать упрочне­нию этих контактов. В итоге возникает коагуляцион — ная структура в пастообразном образце, поступающем на обжиг. Эта структура сохраняется и закрепляется в обожженном изделии.