Электротехнические бетоны полифункционального назначения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Обычный бетон находит широкое применение при сооружении различных зданий и сооружений, являясь основой большого числа несущих и ограждающих конструкций. В подавляющем большинстве случаев бетон выполняет чисто строительные функции.

Вопрос об изучении электрических свойств бетона и превращение его в электротехнический материал представляет большой интерес для целого ряда отраслей народного хозяйства. Это вызвано тем, что использование электропроводных или электроизоляционных свойств цементного бетона открывает большие перспективы в строительстве, электротехнике и других отраслях народного хозяйства.

Электрофизические свойства цементного бетона

Диапазон удельных электрических сопротивлений новообразований цементного камня лежит в пределах от 10⁴-5·10⁷ Ом·м. Эти цифры соответствуют данным, полученным многочисленными авторами.

В воздушно-сухом состоянии удельное электрическое сопротивление цементного камня не опускается ниже 10⁴Ом·м и может достигать 10⁹-10¹⁰Ом·м

В зависимости от соотношения между кристаллической и гелевой частями гидратированных клинкерных минералов их удельное электрическое сопротивление может изменяться в пределах двух порядков.

Клинкерные минералы, продукты их гидратации и цементный камень в целом обладают ионным характером электропроводности, которая зависит от значения новообразований, количества адсорбционно связанной воды и соотношения между основными компонентами.

Электрические свойства заполнителей бетона имеют высокое значение удельного электрического сопротивления - свыше 10¹¹Ом·м [1]. Газо-воздушные включения в бетонах, как известно, также являются диэлектриком с высокой электрической прочностью. Поскольку и минеральный скелет цементного камня в сухом состоянии обладает высоким удельным электрическим сопротивлением, то диэлектрические характеристики цементных бетонов, прежде всего, зависят от влажности и состояния контактной зоны заполнителей, цементного теста и его свойств.

Наиболее эффективным способом стабилизации электроизоляционных свойств бетонов является использование добавок, придающих бетону объемные гидрофобные свойства и увеличивающее его плотность.

Электротехнические бетоны

В 60-е годы в Сибирском НИИ энергетики сибирского отделения на основе углеродсодержащих добавок были разработаны электротехнические бетоны (бетэлы). Такие бетоны отличаются от существующих строительных бетонов, как по своему назначению, так и по составу. Они предназначены для работы в электроэнергетических схемах в качестве активного малоиндуктивного сопротивления и должны выдерживать без разрушения определенные электрические и, как следствие тепловые нагрузки. Наличие в составе бетона проводникового компонента обеспечивает необходимую электропроводность.

В энергетике электропроводный бетон используется в первую очередь для изготовления различного рода электрических сопротивлений (резисторов), способных рассеивать в кратковременных режимах работы мощности от сотен киловатт и больше.

Электропроводный бетон, как всякий резистивный материал, при прохождении электрического тока нагревается. Это позволяет использовать его для изготовления нагревательных изделий, одновременно выполняющих и конструктивные функции в зданиях и сооружениях самого различного назначения.

Рассматривая электропроводные бетоны с позиции надежности, следует обратить внимание на весьма существенный фактор, который в последствии отражается на долговечности материала. Речь идет о тепловом и электрическом старении, которому подвержена электропроводная углеродсодержащая матрица.

Нестабильность электрического сопротивления бетэла обусловлена отсутствием адгезии между углеродом и цементным тестом, частичным "выгоранием" электропроводной добавки и определенными фазовыми изменениями в цементно-углеродном камне. Локальный перегрев в контактах электропроводной матрицы ведет к накоплению дефектов в проводнике и диэлектрической прослойке. При переходе углерода из твердого состояния в газообразное увеличивается степень карбонизации цементного камня, обусловленная выделением СО₂ при окислении электропроводной добавки. Что является основным недостатком бетэла, который ограничивает применение этого резистивного материала при длительных токовых нагрузках.

Замена углеродсодержащего компонента электропроводного бетона металлическим во многом стабилизировала электропроводность и существенно расширила спектр электрофизических свойств и область использования бетона электропроводного металлонасыщенного (бетэл-м).

Новый вид электропроводного бетона (бетэл-м) обладает широким диапазоном удельного электрического сопротивления, стабильными электрофизическими свойствами, и является материалом полифункционального назначения. На основе бетэла-м получены защитные материалы от ионизирующих излучений, низкотемпературные электронагреватели, радиопоглощающие материалы. Электропроводные бетоны могут быть использованы в качестве катодных заземлителей, изделий антистатических полов.

Основным технологическим приемом производства защитных бетэлов от ионизирующих излучений является создание технологических предпосылок синтеза повышенного количества железосодержащих новообразований.

Наличие реакционноспособных оксидов железа на поверхности проводника обеспечит интенсификацию создания низкоосновных гидросиликатов кальция и гидрогранатов. Гидратированные металлосодержащие новообразования содержат себе в 2,7-4,7 раза химически связанной воды больше по сравнению с силикатами кальция, поэтому бетэл -м необходимо рассматривать как искусственно синтезированный материал для защиты от ионизирующих излучений, в котором металл ЦгаситЦ гамма - излучение, а легкие ядра водорода химически связанной воды - нейтронные потоки [2].

Бетон электропроводный металлонасыщенный плотной и особенно ячеистой структуры является хорошей моделью для создания радиопоглощающих экранов. Особенностью проводникового компонента бетэла - м является наличие в его составе кислорода, который содержится в гематите (Fe₂O₃), магнитите (Fe₃O₄), юстините (раствор Fe₂O₃ в FeO), лапидокрите (FeO(OH)) [3-4]. Лучшими и общепризнанными радиопоглощающими материалами являются ферриты (кубические кристаллы шпинельной структуры с большим содержанием Fe₂O₃ и, по крайней мере, еще одного оксида, обычно двухвалентного метала). Кроме того, технология производства бетэла - м обеспечивает изготовление многослойных изделий вариотропной структуры, различной формы, плотности и электропроводности.

Таким образом, дисперсный металлический компонент в составе бетэла-м является полифункциональным компонентом. В зависимости от степени оксидирования поверхности металлического порошка, можно получать радиозащитные материалы, электронагреватели, изделия антистатических полов.

Литература

Fritsch V. Der Ausbreitungswiderstand von Betonerdern. - Elektrotechnik und Maschinenbau, 1971, 88, №8, p. 341-346.

Сердюк В.Р. Бетон электропроводный металлонасыщенный. Винница: Континент, 1993, 239 с.

Лемешев М.С. Теоретические предпосылки создания радиопоглощающего бетона бетела-м // Вісник Донбаської державної академії будівництва і архітектури. 2005. №1. С. 60 - 64.

Сердюк В.Р., Лемешев М.С. Технологические приемы повышения радиопоглощающих свойств изделий из бетэла-м/ // Строительные материалы и изделия. 2005. № 5. С. 2 - 6.

Размещено на Allbest.ru