Токопроводящий бетон. Как сделать бетэл. Электропроводность бетона


Токопроводящий бетон. Как сделать бетэл

Многие рассматривают возможность использования электропроводного бетона (БЭТЭЛА) в гражданском строительстве, поэтому в настоящее время большое внимание уделяется не только исследованию механических свойств бетона, но и его физико-электротехническим характеристикам. Мы говорим о разработке добавок в бетон с заранее заданными электрическими характеристиками. Например добавки, которые обеспечили бы электропроводность бетона. БЕтонЭлектропроводный — сокращенно бетэл.

Найден путь превращения бетона в электропроводящий материал и это ведет к революционным изменениям в строительстве и электроэнергетике!

Деление материалов на конструктивные и электротехнические всегда существовало во всех отраслях техники. Объяснить это можно тем, что известные электротехнические материалы из-за специфических физико-механических свойств, как правило, невозможно было использовать как конструктивные.

Обычный бетон при определенной температуре и влажности обладает способностью проводить электрический ток, но это его качество не является стабильным. Помимо этого, в большинстве случаев электропроводность обычного бетона приносила только вред, так как под воздействием блуждающих токов сильно повышалась коррозия арматуры в железобетонных изделиях.

Эту способность пытались использовать для заземления строительных конструкций, эксплуатирующихся под воздействием электрического тока. Но такое использование бетона возможно только в том случае, если он будет стабильным электропроводником, тогда как сезонные колебания температуры и влажности изменяло электрическое сопротивление бетона в 5-10 раз. Объясняется это тем, что насыщение бетона водой приводит к переходу легкорастворимых компонентов цементного камня в жидкую фазу и бетон становится полупроводником. Соответственно высушивание бетона приводит к резкому падению проводимости.

Улучшить электрические свойства бетона предлагалось разными способами, большинство из которых должно было воспрепятствовать проникновению влаги внутрь бетона или уменьшить ее воздействие. Во Франции был придуман, так называемый, «изоляционный бетон Ламберта», который приготавливался на водных битумных эмульсиях. Битум, заполняя поры в теле бетона, затруднял его увлажнение, стабилизируя электрическое сопротивление. Для повышения электросопротивления бетона, используемого для изготовления железобетонных шпал, в состав его вводили ионно-обменные смолы, которые связывали появляющиеся при увлажнении бетона свободные ионы, что приводило к снижению электропроводности жидкой фазы бетона, и всего материала в целом. Также, высказывались предложения полностью заменить цементную связку на полимерную, чтобы получить изоляционный бетон. Но до сих пор, попытки использовать проводящие свойства бетона во влажном состоянии не имели большого успеха.

В основу нынешних научных исследований положен совершенно другой принцип получения как токопроводящих, так и изоляционных бетонов:

  • для изоляционных бетонов ведется комплексное изучение свойств компонентов цементного вяжущего и различных их сочетаний, чтобы выделить те из них, которые в наибольшей степени близки к диэлектрикам, изучение роли пористости бетона.
  • для электропроводящих бетонов ведутся изыскания токопроводящих добавок в бетонную смесь, которые изменят свойства бетона в сторону повышения электропроводности. На этой основе ведутся попытки создать композиционный материал — специальный бетон с характерными качествами проводника электрического тока.

В результате исследовательских работ был создан электропроводящий бетон, который назвали бетэлом. Бетэл наряду со стандартными конструктивными свойствами обладает способностью проводить электрический ток. Предварительные исследования прочностных и электрических свойств бетэла показали, что он может быть получен с большим диапазоном электрических и механических свойств. Бетэл может найти широкое применение для изготовления панелей стен и перекрытий, полов, кровель с внутренним водостоком, фундаментов опор линий ЛЭП и так далее.

Как любой проводник при прохождении тока, бетэл нагревается, что позволит применять его для создания электроотопительных элементов строительных сооружений. В качестве нагревательных элементов можно будет использовать обычные стеновые панели и плиты межэтажных перекрытий. Конструкции из электропроводящего бетона позволят отказаться от сложных существующих систем отопления, позволят предложить множество принципиально новых решений, приведут к снижению эксплуатационных расходов, особенно в условиях холодного климата.

Эта книга – обзор, подготовленный Зональным НИИ типового и экспериментального проектирования жилых и общественных зданий (СибЗНИИЭП).Обзор посвящен исследованию и перспективам применения в гражданском строительстве нового конструктивного и электропроводящего материала – электропроводящего бетона (БЭТЭЛА).В обзоре рассмотрены вопросы исследования физико-механических и электрических свойств бэтэла , технологии его получении и изготовления конструкций, а также использование его для изготовления нагревательных (отопительных) элементов и конструкций для электрических систем отопления жилых и общественных зданий.

http://superplast.su/

superplastificator.ru

Технология изделий из электропроводного бетона |

Технология изделий из электропроводного бетона

Получение бетэла основано на введении в его состав заполнителей, обладающих электронным характером электропроводности (так называемой проводящей фазы) и превращение его в неметаллический проводник композиционного типа. Цементный камень, как обладающий ионным характером электропроводности, должен быть почти полностью исключен из общей проводимости композиции, а его сопротивление должно быть на 6—10 порядков выше, чем у всей системы. Этого можно добиться как за счет подбора исходного состава цемента, так и путем изменения в нужном направлении фазового состава цементного камня, что достигается с помощью оптимального, с точки зрения получения необходимых электрических свойств, режима твердения вяжущего.

Изделия на основе портландцемента в интервале температур от —50 до +200°С обладают хорошей температуростойкостью. Опыт долголетней эксплуатации железобетонных опор ЛЭП показал удовлетворительную короностойкость цементного камня. В качестве недостатка следует отметить некоторую его пористость, что вызывает необходимость в ряде случаев защиты конструкций из бетэла от увлажнения при наружной установке.

Многолетний отечественный и зарубежный опыт получения и применения композиционных неметаллических проводников позволяет сформулировать основные требования к проводящей фазе, которые распространяются и на бетэл.

Проводящая фаза бетэла должна обладать необходимой электропроводностью, достаточной механической прочностью, температуростойкостью и способностью не окисляться при локальных перегревах композиции. Она не должна вступать в химическое взаимодействие с вяжущим, приводящее к новым качественным состояниям и изменению электропроводности системы; коэффициент ее линейного расширения должен быть близким по величине к коэффициенту линейного расширения вяжущего или несколько меньшим. В противном случае увеличение давления в контактах цепочек проводящей фазы при изменении температуры приведет к значительному увеличению проводимости и, следовательно, температурной нестабильности композиции или может даже вызвать разрушение изделия. Кроме того, ее собственная электропроводность должна иметь минимальную зависимость от температуры. Наиболее полно этим требованиям отвечают разновидности специальных саж, которые и нашли широкое применение для получения композиционных проводников на основе керамики, жидкого стекла, полимеров и каучука. Сажевый компонент, в частности наряду с железными опилками, составляет основу американского электропроводного бетона. В отличие от него в качестве проводящей фазы бетэла приняты углеродистые химпродукты, полученные в резудьтате специальной высокотемпературной обработки природных углей и нефти (некоторые коксы, электродная масса ЭУ и др.).

При объемном содержании сажи выше 30% происходит полная потеря механической прочности композиции.

В состав бетэла в зависимости от вида и назначения конструкций вводят мелкий и крупный заполнители. Таким образом, бетэл представляет собой разновидность бетона с микронаполнителем. Основными параметрами бетэла, как это вытекает из его назначения, являются электропроводность и механическая прочность.

Удельное электрическое сопротивление композиционного проводящего материала будет в первую очередь зависеть от объемной концентрации проводящей фазы, ее гранулометрии или удельной поверхности, удельного электрического сопротивления самого углерода и от количества воды в бетэловой смеси. При работе с одним видом технического углерода и определенной его гранулометрией решение задачи сводится при заданном конечном удельном сопротивлении бетэла к нахождению необходимой объемной концентрации углерода и оптимального количества воды.

Концентрация проводящей фазы в бетэле будет зависеть от соотношения углерод : цемент, коэффициента раздвижки к раздв. зерен мелкого заполнителя и его пустотности.

Наиболее сложно выявить зависимость удельного электрического сопротивления бетэла от воды затворения. Цемент и углерод, входящие в состав смеси, — это сильно дисперсные гидрофильные материалы и для придания смеси необходимой подвижности требуется ввести в нее значительное количество воды. При этом подвижность бетэловой смеси не является функцией водоцементного отношения, так как при изменении соотношения углеродщемент для сохранения той же подвижности необходимо менять В/Ц в значительных пределах. Вместе с тем при превышении определенного предела содержания воды в смеси наблюдается рост электрического сопротивления при неизменном количестве углерода.

Прочностные характеристики бетэла, по-видимому, будут зависеть от тех же факторов, что и для обычного бетона, т. е. от марки цемента и водоцементного отношения. Однако эта зависимость в связи с наличием в системе значительного количества тонкодисперсного углерода, будет более сложной и ее необходимо исследовать в дальнейшем.

Проектирование состава бетэловои смеси наиболее рационально вести, пользуясь методом абсолютных объемов. Содержание воды в смеси необходимо определять в каждом отдельном случае экспериментально, добиваясь заданной величины удобоукладываемости.

Приготовление бетэловои смеси осложнено по сравнению с обычными бетонными и растворными тем обстоятельством, что в нее вводится большое количество тонкодисперсной проводящей фазы, которая должна быть максимально равномерно распределена по всему ее объему. В противном случае бетэл, полученный из этой смеси, будет недостаточно однороден, что может резко снизить его эксплуатационные характеристики или вообще сделать невозможным его применение в качестве электропроводящего материала.

Наиболее целесообразно приготовление бетэловои смеси вести при помощи агрегатов принудительного действия в следующей последовательности. Отдозированные компоненты загружаются в мешалку, где перемешиваются всухую не менее 3 мин. Затем туда наливается вода и смешение продолжается еще не менее 3 мин. Смесь из растворомешалки выгружается и транспортируется к месту укладки. После освобождения растворомешалки от бетэловои смеси необходимо произвести ее тщательную очистку и промывку. Уплотнение смеси в формах производится на стандартных виброплощадках или с помощью поверхностных или глубинных вибраторов. Контрольные испытания прочности бетэла проводятся на образцах стандартного для бетона размера по существующим ГОСТ. Режим твердения изделий подбирается в зависимости от имеющихся возможностей и технических условий на изготовление, при этом оптимальной является гидротермальная обработка при повышенном давлении.

Технология изготовления изделий из бетэла с мелким заполнителем производится в следующей последовательности:

—обработка проводящего компонента — дробление, вибропомол, отсев крупной фракции и весовая дозировка;

—обработка и весовая дозировка кварцевого песка;

—весовая дозировка цемента;

—сухое перемешивание трех исходных компонентов;

—весовая дозировка воды;

—влажное перемешивание смеси; —укладка (формовка) бетэловои смеси и ее уплотнение;

—выдержка изделий перед тепловой обработкой;

—гидротермальная обработка;

—распалубка и доводка изделий;

—контроль качества изделий и их складирование.

Технология изготовления изделий из бетэла принципиально ничем не отличается от технологии изготовления конструкций из обычного бетона, дополняясь лишь технологической ниткой переработки и дозирования технического углерода, а также в случае необходимости для ряда изделий операциями по их специальной доводке (нанесение защитных покрытий, установка электродов и др.). Следует также отметить, что при изготовлении изделий из бетэла резко возрастают требования к культуре производства и к точности выполнения отдельных операций, в частности к дозировке воды, так как при ее нарушении может значительно измениться удельное электрическое сопротивление и изделие нужного качества не будет получено.

midas-beton.ru

Способ определения удельной электрической проводимости бетона

Способ определения удельной электрической проводимости бетона заключается в измерении полного электрического сопротивления предварительно пропитанного образца и последующем расчете удельной электрической проводимости по формуле. При этом вначале изготавливают сферический образец, размещая в его центре сферическую металлическую вставку с металлическим выводом. Вывод изолируют от бетона. Затем образец помещают в металлическую емкость, которую предварительно заполняют токопроводящей жидкостью. Измерение полного электрического сопротивления производят между металлической емкостью и металлическим выводом. Технический результат - повышение точности и скорости измерения удельной электрической проводимости бетона. 1 ил.

 

Изобретение относится к способам для оперативного измерения электрической проводимости бетона и может быть использовано в области строительной техники для контроля строительных материалов.

Известен способ определения удельной электрической проводимости бетона, заключающийся в измерении полного электрического сопротивления как минимум в двух точках на поверхности предварительно пропитанного образца и последующий расчет удельной электрической проводимости по формуле (см. Манчук Р.В. «Применение теории протекания к расчету электропроводности бетела». Известия вузов, Строительство, 2003, №8, стр.42-50).

Измерение электрического сопротивления производят между двумя точками, размещенными на противоположных гранях предварительно пропитанного образца, сформованного из бетона в виде куба (100×100×100 мм3), с последующим расчетом удельной электрической проводимости.

Недостатком указанного способа являются высокие требования к однородности пропитки образца, которые на практике сложно обеспечить.

При пропитке бетонного образца электрическая проводимость поверхностных слоев выше, чем глубинных, что приводит к неравномерному и неконтролируемому искажению линий плотности тока внутри образца. Для равномерной пропитки бетона требуется теоретически бесконечное время.

Кроме того, при измерении электрической проводимости в силу неровности поверхности образца технически сложно обеспечить эквипотенциальность двух противоположных граней образца (куба) наряду с изоляцией четырех остальных.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение точности и скорости измерения удельной электрической проводимости бетона.

Техническая задача решается тем, что способ определения удельной электрической проводимости бетона, заключающийся в измерении полного электрического сопротивления предварительно пропитанного образца и последующем расчете удельной электрической проводимости по формуле, отличается тем, что вначале изготавливают сферический образец, размещая в его центре сферическую металлическую вставку с металлическим выводом, который изолируют от бетона, затем образец помещают в металлическую емкость, которую предварительно заполняют токопроводящей жидкостью, а измерение полного электрического сопротивления производят между металлической емкостью и металлическим выводом.

Поскольку процесс проникновения пропитывающего раствора идет от поверхности вглубь образца, то использование образца со сферической симметрией в случае изотропной структуры бетона позволяет получить неоднородность пропитки также сферической симметрии.

Погрузив на время измерения образец в токопроводящую жидкую среду, например ртуть, раствор электролита и др., легко обеспечить эквипотенциальность сферической поверхности.

Заявляемый способ позволяет проводить измерения удельной электрической проводимости бетона при неоднородности его пропитки.

Предлагаемый способ прост и позволяет проводить измерение удельной электрической проводимости бетона при неоднородности его пропитки, что позволяет сократить время пропитки и повысить точность измерений.

Способ определения удельной электрической проводимости бетона поясняется чертежом.

Образец 1 сферической формы изготавливают путем нанесения бетона на сферическую поверхность токопроводящей, например металлической, вставки 2, соединенной с металлическим отводом 3, изолированным от бетона с помощью трубки 4 из токоизолирующего материала, например из фторопласта.

Образец 1 помещают в металлическую емкость 5 с электролитом, обеспечивающий хороший электрический контакт с поверхностью бетона, и измеряют электрическое сопротивление между металлической емкостью 5 с электролитом и металлическим отводом 3, размещенным в центре образца 1.

Затем производят расчет удельной электрической проводимости по формуле γ0:

, где

Z0 - полное электрическое сопротивление;

d - диаметр образца.

Способ определения удельной электрической проводимости бетона, заключающийся в измерении полного электрического сопротивления предварительно пропитанного образца и последующем расчете удельной электрической проводимости по формуле, отличающийся тем, что вначале изготавливают сферический образец, размещая в его центре сферическую металлическую вставку с металлическим выводом, который изолируют от бетона, затем образец помещают в металлическую емкость, которую предварительно заполняют токопроводящей жидкостью, а измерение полного электрического сопротивления производят между металлической емкостью и металлическим выводом.

www.findpatent.ru


Смотрите также