Електротехнічні бетони. Захист від радіації

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Київський національний університет будівництва і архітектури

Реферат

З дисципліни: «Додипломна цільова підготовка»

На тему: «Електротехнічні бетони. Захист від радіації»

Київ 2013

Зміст

Вступ

1. Електробетони. Визначення і основні властивості

2. Фактори, що впливають на електропровідність бетону

3. Електропровідний бетон

4. Електроізоляційний бетон

Список використаних джерел

Вступ

В даний час бетонні та залізобетонні конструкції знаходять все більш широке застосування в різних областях техніки Нові області застосування бетону зажадали і нових знань про його властивості . Поряд з вивченням фізико-механічних властивостей зараз стали приділяти велику увагу електротехнічним властивостям бетону і, як наслідок цього, були розпочаті роботи зі створення бетонів з наперед заданими електричними характеристиками.

Протягом трьох останніх десятиліть у багатьох країнах ведуться роботи по створенню спеціальних бетонів із заданими електричними властивостями, а також з дослідження і використання електричних властивостей звичайних будівельних бетонів. Інтерес до цієї роботи обумовлений великими перспективами, які відкриються перед будівництвом, електроенергетикою та іншими галузями техніки в тому випадку, якщо будуть знайдені надійні шляхи перетворення бетону в електропровідний матеріал. Останнє тим більше важливо, що до теперішнього часу зберігається становище, коли жоден з відомих електротехнічних матеріалів за технологічними і економічним причинами не може бути використаний для масового отримання, виробів великих розмірів і складної форми, здатних сприймати механічні та електричні навантаження. Застосування бетону дозволяє вирішити це питання на індустріальній основі і без особливих труднощів.

Вивчення електричних властивостей бетонів і створення нових типів електропровідних бетонів йде в двох напрямках.

1 . Створення електропровідних бетонів з малим питомим електричним опором і стабільністю електричних параметрів у часі при змінних умовах експлуатації.

2 . Вивчення електричних властивостей існуючих бетонів і створення бетонів з поліпшеними електроізоляційними властивостями: високим питомим електричним опором, малим значенням діелектричних втрат і діелектричної проникності, високою електричною міцністю.

Поділ матеріалів на конструктивні та електротехнічні існує у всіх галузях техніки . Це пояснюється тим, що відомі електротехнічні матеріали за техніко-економічними показниками, а іноді через специфічні фізико - механічних властивостей, не можуть бути використані як конструктивні . Спроби використовувати електроізоляційні або електропровідні властивості звичайного бетону робилися і раніше, проте всі вони, як правило, невдалі, так як бетон не володів стабільними електричними властивостями, а регулювати їх в заданих межах не представлялося можливим. Тому створення на основі звичайного бетону матеріалу, що володіє високими конструктивними і необхідними наперед заданими електричними властивостями, є завданням великого народногосподарського значення .

1. Електробетони. Визначення і основні властивості

Електротехнічні бетони - це спеціальні бетони із заданими електричними властивостями. Використовуються для отримання різноманітних за формою і розмірами виробів, здатних сприймати механічні й електричні навантаження. Поділяються на дві групи - електроізоляційні й електропровідні.

Електроізоляційні бетони мають високі питомий електричний опір та електричну міцність. Застосовуються для виготовлення струмообмежуючих реакторів, траверс ліній електропередач та ін.

Звичайний цементний бетон в певних температурно-вологісних умовах проводять електричний струм. Однак електричний опір бетону нестабільний, при сезонних коливаннях температури та вологості воно змінюється на 6-8 порядків.

Для одержання електропровідних бетонів із заданими електричними властивостями використовують струмопровідні добавки - спеціальну сажу, графіти, тонкомелений кокс, металеві шлами та ін. Електропровідні бетони можуть бути застосовані для фундаментів опор ВЛ, створення електроопалювальних елементів будинків.

На основі металонасиченого електропровідного бетону розроблені радіозахисні матеріали, що дозволяють знизити рівень електромагнітних полів всередині будівлі.

2. Фактори, що впливають на електропровідність бетону

Електропровідність клінкерних мінералів можна віднести до іонного типу. Значення її сильно залежить від упорядкованості іонів в кристалічній решітці. Значення питомого електричного опору мінералів (Ом·м) портландцементного клінкеру приведені нижче:

Таблица 1

Електропровідність цементного каменю тісно пов'язана з наявністю вологи. Волога в порах бетону є електролітом, що містить в собі іони розчинних продуктів гідратації та твердіння цементу і іони зовнішнього середовища.

Питомий опір вологи в порах бетону (рв) у загальному вигляді характеризується залежністю:

де W - вологість бетону; п - показник ступеня змін від температури, k - коефіцієнт, на величину якого впливають характеристики порового простору.

Питомий електричний опір продуктів твердіння цементного каменю (ру) росте в міру ступеня їх закристалізованості. Стосовно до гідросилікату найбільший питомий опір мають продукти, основність яких наближається до одиниці (рис. 1) .

Рис.1 Залежність питомого електричного опору гідросилікатів кальцію від їх основності.

Електричні властивості гірських порід залежать від їх мінералогічного складу, структури порід і їх вологості. Питомий опір основних породоутворюючих мінералів - більше 10¹¹ Ом. Діелектрична проникність у них перевищує 10. На електропровідність гірських порід, як і цементного каменю, істотний вплив робить вологість (рис. 2).

Питомий опір бетонів (рб) залежно від їх вологості W описується виразом:

де А - питомий опір бетону при вологості 1%; п - показник ступеня, що обмежує швидкість зниження опору з ростом вологості і пов'язаний із збільшенням числа більш рухливих іонів.

Рис. 2 Залежність питомого опору бетону класу В15 від температури і вологості

З пониженням температури спочатку повільно, а потім при переході в область негативних температур більш інтенсивно коефіцієнт А зростає.

На електричні властивості бетону впливають механічні навантаження, що викликають появу мікротріщин, що полегшують зволоження матеріалу.

У загальному вигляді зміна в часі електричного опору бетону, що працює під впливом механічних навантажень, описується виразом:

де ро-питомий електричний опір бетону в початковому стані; т - час; m- показник, що залежить від характеру навантажень і умов середовища.

Важливою електротехнічною характеристикою бетону є його електрична міцність, що характеризується значенням пробивного напруження. Найбільш слабким елементом структури бетону, по якому відбувається «пробій» є контактна зона. Мінімальні значення електричної міцності властиві бетонам з крупним заповнювачем.

Вплив концентрації заповнювача на пробивні напруги цементно-піщаних розчинів

Таблица 2

Для прогнозування електропровідності бетонів (у) як композиційних матеріалів можна використовувати формулу:

де у0-електропровідність матричної фази; у1 і д1 - відповідно електропровідність і об'ємна частка дисперсної фази.

3. Електропровідний бетон

Електропровідний бетон відрізняється за складом від звичайного наявністю дисперсного провідникового компонента. Він не повинен вступати в хімічні реакції з цементом, що могло б призвести до нестабільності електропровідності бетону.

Використання сучасних тенденцій модифікування складу бетонів та застосування спеціальних технологій, а також сухого пресування під високим тиском, дозволяє отримувати електропровідні бетони, які за своїми властивостями подібні до кераміки: міцність становить 150…300 МПа, залишкова вологість не перевищує 4%, а електроопір знаходиться у межах від 600 ом·м до 6 Мом·см за наявності абсолютно стабільної електропровідної структури матеріалу.

Спроби використовувати провідні властивості бетону у вологому стані мали обмежений успіх. Пояснюється це тим, що вологий бетон, з одного боку, не витримував імпульсів струму, з іншого - при низьких температурах, коли вода, що знаходиться в бетоні, замерзала, він ставав поганим провідником .

Характерна особливість більшості згаданих вище робіт полягала в тому, що бетон розглядався з електричної точки зору як щось єдине без достатнього врахування його хімічного і фазового складу, мікро- і макроструктури, особливостей фізико - хімічних процесів, що призводять до утворення його як матеріалу.

В основу досліджень, що ведуться зараз, покладено інший принцип отримання як струмопровідних, так і ізоляційних бетонів.

Для ізоляційних бетонів це, по-перше, комплексне вивчення властивостей окремих компонентів цементного в'яжучого і різних їх поєднань, що дозволило виділити ті з них, які б найбільшою мірою наближалися до діелектриків і були найбільш, атмосферостойкими і, по-друге, встановлення ролі пористості бетону і визначення кордону, небезпечної в електричному відношенні.

Для електропровідних бетонів це, по-перше, відшукання струмопровідної добавки, що змінює властивості бетону в бік підвищення його електропровідності і, по-друге, отримання на її основі композиційного матеріалу - спеціального бетону з усіма характерними якостями провідника електричного струму.

В результаті цих робіт був створений електропровідний бетон, названий Бетель, що володіє, поряд з конструктивними властивостями, здатністю проводити електричний струм ( авторське свідоцтво № 171467 від 28.3.65 ) .

На підставі теоретичних та експериментальних досліджень було встановлено, що зміна в потрібному напрямку фазового складу і структури цементного каменю і бетону, а також використання струмопровідних добавок є одним з основних шляхів отримання бетонів із заданими електричними властивостями.

Цього слід домагатися не тільки за рахунок вибору вихідного в'яжучого, заповнювача і добавок, а й створення оптимального з точки зору електричних властивостей режиму твердіння. У раніше виконаних роботах в нашій країні і за кордоном першого враховувалося недостатньо, а друге не бралося до уваги взагалі.

Зв'язка, використовувана в бетоні, може бути всілякою і залежно від її виду розрізняють такі типи бетону: пластобетон, полімерцементний бетон і бетон на цементному в'яжучому. Якщо проаналізувати їх з точки зору електричної, конструктивної та економічної ефективності, то можна сказати, що найбільш підходящим для електричних цілей є бетон на цементному в'яжучому, так як він має, крім високих конструктивних і техніко -економічних показників, досить гарну короностійкість і дугостійкість . Тому робота по застосуванню бетону для електротехнічних цілей і повинна розвиватися в напрямку використання звичайного цементного бетону з урахуванням різних методів, що поліпшують його електричні властивості .

З усього сказаного можна зробити висновок, що всі відомі бетони не володіють необхідними властивостями електротехнічного матеріалу, тому отримання бетонів як ізоляційних, так і провідних зі стабільними електричними властивостями у великому діапазоні питомих об'ємних опорів ( проводять - 10-106 ом- см та ізоляційних -109 -1012 ом- см) слід вважати дуже вдалим рішенням даної проблеми. Попередні дослідження міцнісних і електричних властивостей Бетелю показали, що він може бути отриманий з великим діапазоном електричних і механічних властивостей:

Питомий електричний опір, ом- см 10-104

Міцність на стиск, кг/см2 85-250

Міцність на розтяг, кг/см2 15-30

Об'ємна вага, г / смЗ 1,8-2,2

Допустима щільність струму, а/см2 Ю - 0, 1

Робочий діапазон температури, ° С -60 ° - +150 про

Робоча температура перегріву, ° С 120

Допустима швидкість перегріву, ° С / сек 200

Питома руйнівне енергія при одноразовому включенні струмового навантаження, вт-сек/см2 230-300

Питома обсяг, необхідний для розсіювання енергії I Мвт - сек при перегріві на 1 ° С, м3 0,57

Питома теплоємність, ккал / г - град 0,22

Електропровідні бетони відносяться до числа дешевих і доступних матеріалів . Їх вартість лише в деяких випадках буде незначно перевищувати вартість звичайних будівельних бетонів. Це пояснюється тим, що при виготовленні електропровідних бетонів і конструкцій на їх основі використовуються розповсюджені складові - в'яжучі, добавки, наповнювачі, а також в основному освоєння промисловістю технологічні процеси.

Бетель може знайти широке застосування в галузі цивільного та сільськогосподарського будівництва. Панелі стін і перекриттів, підлоги, покрівлі з внутрішнім водостоком, фундаменти опор ліній ЛЕП, - ось далеко не повний перелік конструкцій з нього .

Бетель як всякий провідник при проходженні електричного струму нагрівається. Це дозволяє широко використовувати його для створення електроопалювальних елементів будівель. В якості нагрівальних елементів можуть бути використані без великих змін конструкцій і технологічного оснащення застосовувані нині стінові панелі та плити міжповерхових перекриттів. Конструкції з електропровідного бетону дозволять відмовитися від складних існуючих систем опалення, забезпечать можливість створення індивідуального мікроклімату в житлових приміщеннях, дозволять запропонувати ряд принципово нових рішень окремих вузлів, забезпечать скорочення термінів монтажу будівель, призведуть до зниження цілого ряду експлуатаційних витрат, особливо в умовах суворого клімату.

4. Електроізоляційний бетон

Найпростішим способом отримання бетону з поліпшеними діелектричними властивостями є зменшення його зволожуваності шляхом підвищення щільності та використання заповнювачів з мінімальною пористістю. З підвищенням витрат цементу в бетоні до певної межі та відповідно об'ємної концентрації цементного каменю знижується його опір. Для отримання бетонів з покращеними діелектричними характеристиками необхідною умовою є використання заповнювачів, що мають мінімальну пористість.

Зниження електропровідності бетону в умовах природної вологості досягається введенням гідрофобізуючих і полімерних добавок. Найбільш надійна стабілізація електроізолюючих властивостей бетону досягається об'ємним просоченням його у висушеному стані гідроізоляційними матеріалами. Широко для цього використовується петролатум.

Технологія просочування бетону петролатумом порівняно проста та може здійснюватися як в спеціальних камерах під тиском, так і в звичайних просочувальних ваннах. Об'ємний електричний опір бетону, просоченого петролатумом, стабілізується на рівні 10¹²-10¹⁴ Ом.

Для стабілізації електроізолюючих властивостей цементних бетонів ефективне просочування висушеного бетону мономерами з наступною їх полімеризацією термокаталітичним або радіаційним способом.

Пропонувалися різні способи поліпшення електричних властивостей бетону. Більшість з них грунтувалося на тому, щоб перешкодити проникненню вологи всередину бетону або зменшити її вплив. Розроблений у Франції так званий «ізоляційний бетон Ламберта» приготовлявся на водних бітумних емульсіях .

Заповнюючи пори, що утворюються в тілі бетону, бітум утруднював його зволоження, стабілізуючи тим самим електричний опір. Бетон, попередньо висушений, а потім покритий або просочений з поверхні різними ізоляційними складами, застосовується в багатьох країнах для виготовлення струмообмежуючих бетонних реакторів. З метою збільшення електричного опору бетону, призначеного для виготовлення залізобетонних шпал, до його складу вводилися іонно-обмінні смоли, які пов'язували утворюються при зволоженні бетону вільні іони .

Зменшення концентрації іонів в рідкій фазі приводило до зниження електропровідності як самої рідкої фази, так і бетону в цілому. Нарешті, висловлювалися пропозиції про отримання ізоляційних бетонів на основі повної заміни цементної зв'язки на полімерну. У зарубіжній практиці найбільшого поширення набув спосіб використання полімерних зв'язок для отримання електроізоляцонних пластобетонів, зокрема епоксидного бетону.

електропровідний бетон вологість

Список використаних джерел

1. Основы бетоноведения. Дворкин Л.И., Дворкин О.Л. - Санкт-Петербург Строй Бетон 2006. - 691 с.

2. Электротехнические бетоны. Ю.Н. Вершинин - Академия Наук, Редакционно-Издат. Отдел Сибирского Отделения АН СССР, 1964.- 120с.

3. Бернацкий А.Ф. и др. Электрические свойства бетона.- М.: Энергия, 1980г. -208с.

4. Использование бетона в качестве электропроводного материала. Л.Е. Врублевский. - СибЗНИИЭП - 1971.- 54с.

Размещено на Allbest.ru