Формування структури бетелу-м в процесі твердіння під впливом змінного електричного струму

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 621.039.616

Вінницький державний технічний університет

Формування структури бетелу-м в процесі твердіння під впливом змінного електричного струму

Лемешев М.С.

На сьогодні розроблені три основні способи формування виробів із бетелів:

статичне пресування;

пресування сухих сумішей з послідуючим зволоженням;

вібрування сухих сумішей під навантаженням.

Основна мета різноманітних силових впливів на бетонну суміш на етапі формування полягає в наближені дрібнодисперсного електропровідного наповнювача на відстань меншу 30 А, яка забезпечує вільне протікання електронів. Це перша необхідна умова для створення виробів із стабільними електричними показниками [1].

Менш вивченим способом формування структури композиційних електропровідних матеріалів є спрямований вплив електромагнітного поля на суміш в процесі її виготовлення - електричний спосіб. Варто відмітити, що в технологічних пошуках щодо формування виробів із бетелів науковці також мало уваги приділяють поєднанню кількох вище вказаних способів.

Перша за все варто відмітити, що електричний струм діє не тільки на електропровідний наповнювач бетелу, але й на цементну зв'язку. Ступінь впливу залежить від параметрів самої суміші -- концентрації провідної фази, пластичності суміші, а також від характеру електричного струму, що протікає через незатверділу суміш, і його величини.

В незатверділі бетелові суміші провідником електричного струму можуть бути замкнуті ланцюжки, що утворюються із електропровідних частинок (дрібнодисперсний метал, вуглець тощо ), і цементне тісто [2 - 3]. В сумішах пластичної консистенції рідка складова містить достатню кількість іонів Са2+, ОН- та ін. Тому при малих концентраціях провідної фази електропровідність суміші значною мірою залежить від електропровідності рідкої фази.

В жорстких сумішах вода знаходиться в адсорбованому стані на поверхні частинок цементу і провідника. Вона має малу рухливість, практично не розчиняє електроліт і не бере участь в електропровідності [2]. Саме тому для бетелової суміші жорсткої консистенції залежність питомого електричного опору ( с ) від об'ємного вмісту електропровідної фази в цементному тісті (бy) значиміша, ніж для пластичної суміші.

У незатверділі бетеловій композиції жорсткої консистенції основним провідником, навіть при малому вмісті електропровідних частинок у системі, є електропровідна фаза [4]. Отже, електричний струм (на технологічному етапі формування), проходячи через таку систему, повинен впливати насамперед на електропровідну структуру. Це реалізується в збільшенні кількості частинок, які беруть участь в електропровідності, в зміні зазору між ними та, в деякій мірі, стану їхньої поверхні.

Зміна електропровідності бетелу в процесі твердіння під дією електричного струму відбувається нерівномірно при зміні вмісту провідної фази , яка в свою чергу залежить від напруги електричного поля, відстані між електродами, концентрації і дисперсності провідної фази.

Існують критичні значення об'ємної концентрації провідної фази, різні для кожного її виду, в області яких незначна зміна концентрації (6у) різко змінює опір електропровідної композиції. Це пояснюється тим, що тонкодисперсні електропровідні матеріали (в даному випадку наповнювачі для бетелів) при вільному методі укладання здатні до агрегації. Таке явище властиве майже всім порошковим матеріалам і визначається їх поверхневими властивостями [5]. Тому агрегація дрібнодисперсних електропровідних частинок може суттєво впливати на електропровідність композиції.

Для концентрацій електропровідного компонента, нижчих від критичної межі, агрегація приводить до значного зменшення кількості завершених провідних ланцюжків. При цьому число частинок, що не беруть участь в електропровідності, різко збільшується. Система стає слабопровідною. електромагнітний зволоження адсорбований провідник

Протікання електричного струму через незатверділу бетелову суміш сприяє руйнуванню агрегатів, а отже утворенню додаткових електропровідних ланцюжків і збільшенню відносного відсотка частинок, що беруть участь в електропровідності.

Найбільший ефект від дії електричного струму на незатверділу бетелову суміш спостерігається при малих концентраціях провідної фази, особливо при значеннях менших критичної межі 6кр = 32 % . При 6у > 40 % дія електричного струму на етапі формування бетелових виробів практично не впливає на їх кінцеві властивості.

Вплив електричного струму на незатверділу бетелову суміш не вичерпується процесом упорядкування електропровідної структури. Відомо [6], що цементне зерно несе на свої поверхні крапкові позитивні і негативні заряди, що виникають через неправильну орієнтацію іонів кисню щодо іонів Са2+ і через здатність іонів кремнію утворювати тільки одинарні зв'язки. В результаті цього іони кисню в тетраедрі SiO4-4 будуть мати не скомпенсований негативний заряд.

Постійний і перемінний електричний струм діють по різному на електропровідний композиційний матеріал (рис.1). В ході досліджень спостерігався ріст величини електричного струму при незмінній (фіксованій) напрузі. При протіканні в бетелові суміші перемінного струму електричний опір зменшується в 2-3 рази в порівнянні з обробкою постійним струмом. Перемінний струм впливає тим значніше на упорядкування електропровідної структури, чим вище прикладена напруга. У даному випадку зміну електропровідності можна було віднести за рахунок зміни температури середовища, в якому знаходиться дрібнодисперсний металевий порошок. Однак виміри електричного опору показали, що електричний опір знижується не тільки в процесі протікання електричного струму, але залишається майже незмінним після охолодження зразків, що свідчить про фіксування упорядкованих електропровідних ланцюжків.

Рис. 1 Вплив електричного струму на електричні властивості бетелової суміші (у всіх зразках об'ємний вміст шламу становив 30%, відстань між електродами 100 мм)

При проходженні перемінного електричного струму в незатверділі бетелові суміші відбуваються два процеси, що сприяють збільшенню електропровідності:

а) нагрівання електропровідних частинок приводить до дифузії з приконтактної зони вологи і продуктів новоутворень в найближчий поровий простір;

б) розхитування цементних зв'язків і електропровідних частинок крапковими зарядами різного знака, по перше поліпшує умови гідратації цементного в'яжучого, а по друге приводить до зближення електропровідних частинок.

Отже, при проходженні електричного струму через незатверділу бетелову суміш відбуваються наступні процеси, що змінюють електричні і механічні характеристики бетелу:

руйнування агрегатів електропровідних тонкодисперсних матеріалів і упорядкування електропровідної фази в замкнуті електропровідні ланцюжки;

тепломассообмін і зміна умов протікання хімічних реакцій, призводить до зміни структурно-механічних і електричних властивостей бетелу;

утворення упорядкованої електропровідної структури під дією постійного і перемінного струмів низької напруги.

Література

Сердюк В.Р., Лемешев М.С., Христич О.В. Фізико-хімічні особливості формування структури електропровідних бетонів // Вісник Вінницького політехнічного інституту. - 1997. - № 2. - С. 5 - 9.

Христич О.В., Лемешев М.С. Формування мікроструктури бетонів для захисту від іонізувального випромінювання // Вісник Вінницького політехнічного інституту. - 1998. - № 2. - С. 18 - 23.

Лемешев М.С. Теоретитчні передумови підвищення довговічності електропровідних бетонів // Тези доповідей Міжнародної науково-технічної конференції “Ресурсо-економні матеріали, конструкції, будівлі та споруди”. - Рівне: УДАВГ. - 1996. - С. 35.

Сердюк В.Р., Лемешев М.С. Микростуктура електропроводных металлонасыщенных бетонов // Тезисы докладов первой Всеукраинской научно-практической конференции “Прогрессивные технологии и машины для производства стройматериалов, изделий и конструкций”. - Полтава: ПТУ. - 1996. - С. 173 - 174.

Сердюк В.Р., Несен Л.Н., Лемешев М.С. Низкотемпературные нагреватели // Материалы 35 международного семинара по проблемам моделирования и оптимизации композитов “Моделирование и вычислительный експеремент в материаловедении”. - Одесса: Астропринт. -1996. - С. 107.

Лемешев М.С. Електропровідні бетони для антикорозійного захисту підземних інженерних мереж // Тези доповідей науково-технічної конференції «Індивідуальний житловий будинок». - Вінниця: ВДТУ. - 1996. - С. 31.

Размещено на Allbest.ru