Правила хорошего бетона, часть 1: новые свойства старого материала. Проводит бетон ток


Использование бетона в качестве электропроводного материала |

Использование бетона в качестве электропроводного материала

В настоящее время бетонные и железобетонные конструкции находят все более широкое применение в различных областях техники. Новые области применения бетона потребовали и новых зйаний о его свойствах. Наряду с изучением физико-механических свойств сейчас стали уделять большое внимание электротехническим свойствам бетона и, как следствие этого, были начаты работы по созданию бетонов с заранее заданными электрическими характеристиками.

Во многих странах ведутся работы по созданию специальных бетонов с заданными электрическими свойствами, а также по исследованию и использованию электрических свойств обычных строительных бетонов. Интерес к этой работе обусловлен большими перспективами, которые откроются перед строительством, электроэнергетикой и другими отраслями техники в том случае, если будут найдены надежные пути превращения бетона в электропроводящий материал.

Изучение электрических свойств бетонов и создание новых типов электропроводящих бетонов идет в двух направлениях.

1.Создание электропроводящих бетонов с малым удельным электрическим сопротивлением и стабильностью электрических параметров во времени при изменяющихся условиях эксплуатации.

2.Изучение электрических свойств существующих бетонов и создание бетонов с улучшенными электроизоляционными свойствами: высоким удельным электрическим сопротивлением, малым значением диэлектрических потерь и диэлектрической проницаемости, высокой электрической прочностью.

Разделение материалов на конструктивные и электротехнические существует во всех отраслях техники. Это объясняется тем, что известные электротехнические материалы по технико-экономическим показателям, а иногда из-за специфических физико-механических свойств, не могут быть использованы как конструктивные. Попытки использовать электроизоляционные или электропроводящие свойства обычного бетона делались и раньше, однако все они, как правило, неудачны, так как бетон не обладал стабильными электрическими свойствами, а регулировать их в заданных границах не представлялось возможным. Поэтому создание на основе обычного бетона материала, обладающего высокими конструктивными и необходимыми заранее заданными электрическими свойствами, является задачей большого народнохозяйственного значения.

Обычный бетон в определенных температурно-влажностных условиях обладает способностью проводить электрический ток, однако это его свойство является не стабильным. Кроме того, в большинстве случаев электропроводность обычного бетона рассматривается как вредная, так как с ней связана электрокоррозия арматуры в железобетонных конструкциях под воздействием блуждающих токов.

В ряде случаев эту способность пытаются использовать для целей заземления некоторых строительных конструкций, работающих под воздействием электрического тока. Последнее возможно лишь в том случае, если бетон будет стабильным проводником тока. Однако при сезонных колебаниях температуры и влажности электрическое сопротивление обычного бетона меняется на 6—8 порядков. Объясняется это тем, что он обладает ионным характером проводимости. При насыщении бетона водой происходит переход легкорастворимых компонентов цементного камня в жидкую фазу и он становится полупроводником с низким удельным электрическим сопротивлением. Высушивание же бетона приводит к росту его сопротивления.

Предлагались различные способы улучшения электрических свойств бетона. Большинство из них основывалось на том, чтобы воспрепятствовать проникновению влаги внутрь бетона или уменьшить ее влияние. Разработанный во Франции так называемый «изоляционный бетон Ламберта» приготавливался на водных битумных эмульсиях. Заполняя поры, образующиеся в теле бетона, битум затруднял его увлажнение, стабилизируя тем самым электрическое сопротивление. Бетон, предварительно высушенный, а затем покрытый или пропитанный с поверхности различными изоляционными составами, применяется во многих странах для изготовления токоограничивающих бетонных реакторов. В целях увеличения электрического сопротивления бетона, предназначенного для изготовления железобетонных шпал, в его состав вводились ионно-обменные смолы, которые связывали образующиеся при увлажнении бетона свободные ионы. Уменьшение концентрации ионов в жидкой фазе приводило к снижению электропроводности как самой жидкой фазы, так и бетона в целом. Наконец, высказывались предложения о получении изоляционных бетонов на основе полной замены цементной связки на полимерную. В зарубежной практике наибольшее распространение получил способ использования полимерных связок для получения электро-изоляцонных пластобетонов, в частности эпоксидного бетона.

Попытки использовать проводящие свойства бетона во влажном состоянии имели ограниченный успех. Объясняется это тем, что влажный бетон, с одной стороны, не выдерживал импульсов тока, с другой — при низких температурах, когда вода, находящаяся в бетоне, замерзала, он становился плохим проводником.

Характерная особенность большинства упомянутых выше работ заключалась в том, что бетон рассматривался с электрической точки зрения как нечто единое без достаточного учета его химического и фазового состава, микро- и макроструктуры, особенностей физико-химических процессов, приводящих к образованию его как материала.

В основу ведущихся исследований положен иной принцип получения как токопроводящих, так и изоляционных бетонов. Для изоляционных бетонов это, во-первых, комплексное изучение свойств отдельных компонентов цементного вяжущего и различных их сочетаний, что позволило выделить те из них, которые бы в наибольшей степени приближались к диэлектрикам и, во-вторых, установление роли пористости бетона и определение границы, опасной в электрическом отношении. Для электропроводящих бетонов это, во-первых, отыскание токопроводящёй добавки, изменяющей свойства бетона в сторону повышения его электропроводности и, во-вторых, получение на ее основе композиционного материала — специального бетона со всеми характерными качествами проводника электрического тока.

В результате этих работ был создан электропроводящий бетон, названный бетэлом, обладающий, наряду с конструктивными свойствами, способностью проводить электрический ток.

На основании теоретических и экспериментальных исследований было установлено, что изменение в нужном направлении фазового состава и структуры цементного камня и бетона, а также использование токопроводящих добавок является одним из основных путей получения бетонов с заданными электрическими свойствами. Этого следует добиваться не только за счет выбора исходного вяжущего, заполнителя и добавок, но и создания оптимального с точки зрения электрических свойств режима твердения. В ранее выполненных работах в нашей стране и за рубежом первое учитывалось недостаточно, а второе не принималось во внимание вообще.

Связка, используемая в бетоне, может быть самой различной и в зависимости от ее вида различают следующие типы бетона: пластобетона, полимерцементный бетон и бетон на цементном вяжущем. Если проанализировать их с точки зрения электрической, конструктивной и экономической эффективности, то можно сказать, что наиболее подходящим для электрических целей является бетон на цементном вяжущем, так как он имеет, помимо высоких конструктивных и технико-экономических показателей, достаточно хорошую короностойкость и дугостойкость. Поэтому работа по применению бетона для электротехнических целей и должна развиваться в направлении использования обычного цементного бетона с учетом различных методов, улучшающих его электрические свойства.

Предварительные исследования прочностных и электрических свойств бетэла показали, что он может быть получен с большим диапазоном электрических и механических свойств:

Удельное электрическое сопротивление, ом-см10—104

Прочность на сжатие, кг/см285—250

Прочность на растяжение, кг/см215—30

Объемный вес, г/см21,8—2,2

Допустимая плотность тока, а/см210—0,1

Рабочий диапазон температуры, °С—60°—I-150°

Рабочая температура перегрева, °С120

Допустимая скорость перегрева, °С/сек200

Удельная разрушающая энергия при однократном включении токовой нагрузки, вт-сек/см3230—300

Удельный объем, необходимый для рассеивания энергии 1 Мвт-сек при перегреве на 1°С, 0,57

Удельная теплоемкость, ккал/г-град0,22

Электропроводящие бетоны относятся к числу дешевых и доступных материалов. Их стоимость лишь в некоторых случаях будет незначительно превышать стоимость обычных строительных бетонов. Это объясняется тем, что при изготовлении электропроводящих бетонов и конструкций на их основе используются распространенные составляющие — вяжущие, добавки, заполнители, а также в основном освоенные промышленностью технологические процессы.

Бетэл может найти широкое применение в области гражданского и сельскохозяйственного строительства. Панели стен и перекрытий, полы, кровли с внутренним водостоком, фундаменты опор линий ЛЭП, — вот далеко не полный перечень конструкций из него.

Бетэл как всякий проводник при прохождении электрического тока нагревается. Это позволяет широко использовать его для создания электроотопительных элементов зданий. В качестве нагревательных элементов могут быть использованы без больших изменении конструкций и технологической оснастки применяемые в настоящее время стеновые панели и плиты междуэтажных перекрытий. Конструкции из электропроводящего бетона позволят отказаться от сложных существующих систем отопления, обеспечат возможность создания индивидуального микроклимата в жилых помещениях, позволят предложить ряд принципиально новых решений отдельных узлов, обеспечат сокращение сроков монтажа зданий, приведут к снижению целого ряда эксплуатационных расходов, особенно в условиях сурового климата.

midas-beton.ru

новые свойства старого материала :: Статьи

Материал на все времена

Строительный материал, прекрасно известный древним римлянам и из прототипа которого, по слухам, еще раньше возвели знаменитые усыпальницы фараонов, после строительного бума XX века снискал себе весьма неоднозначную репутацию. Выражение «бетонные джунгли» стало прочно ассоциироваться с трущобами, «хрущобами» и безликими спальными районами. Однако от этого навязчивого образа давно пора избавиться: в развитии своих эксплуатационных и декоративных характеристик бетон давно оставил позади всех прочих конкурентов.

Начать хотя бы с того, что это самый востребованный стройматериал в мире: ежегодно производится порядка 6 миллиардов кубометров бетона, то есть по кубометру на каждого жителя планеты — от 500 до 1800 кг в зависимости от состава смеси. Традиционно это вода, цемент и заполнитель, в качестве которого обычно используется песок и щебень. Впрочем, все чаще рецептура бетона оказывается далеко не так проста. Наряду с бесспорными достоинствами бетона, которые и позволили ему достичь такого широкого распространения, у этого материала есть очевидные недостатки. И к счастью, сам способ его изготовления предполагает бесконечные возможности для экспериментов с ингредиентами. Поэтому со всеми недостатками человечество успешно борется — попутно наделяя бетон такими свойствами, которых от него никто и не ожидал.

На морозе не трескается, в огне не горит, в воде не тонет

Проблемы бетона, в буквальном смысле лежащие на поверхности и связанные с его устойчивостью к атмосферным воздействиям, начали решать в первую очередь и добились в этом деле завидных успехов. Разнообразные добавки в составе бетона наделяют его нужной группой свойств. Одни снижают водопроницаемость и увеличивают плотность, а вместе с тем и морозостойкость. Другие отвечают за скорость отвердевания, которая может отличаться в разы. Третьи делают возможным работу с бетоном при низких температурах, значительно увеличивая сроки «строительного сезона». Все эти разновидности материала давно известны, но исследования продолжаются. Например, удалось установить, что добавки на основе эфиров гликоля уменьшают эффект от усадочных деформации почти вдвое.

Бетон, который ремонтирует сам себя

Совершенно особые взаимоотношения у бетона с водой. Будучи одним из необходимых компонентов материала, она же — главный его враг, наносящий с годами вред в виде трещин, пусть и не грозящий разрушением конструкций, но превосходно видимый глазом, а в современном мире такая «неопрятность» неприемлема. Много проблем может возникнуть уже на стадии заливки — не вовремя снять опалубку, пересушить смесь или наоборот — не суметь просушить в достаточной мере. Тогда микротрещинами бетон пойдет сразу. Чтобы этого не происходило, придумали изготавливать опалубку из особого материала с контролируемым водопоглощением. Пока бетон затвердевает, опалубка с ворсовыми вкладышами выкачивает из него лишнюю влагу, «разглаживает» неровности и устраняет пузырьки воздуха, существенно улучшая качество и, следовательно, долговечность застывшей бетонной формы.

Апогеем должно стать массовое производство самовосстанавливающегося бетона, над которым вот уже десять лет бьются в Делфтском техническом университете. Дождевая вода из врага обращается в друга: Эрик Шлангер и Хенк Йонгерс вживляют в состав бетона растворяемые дождями пластиковые оболочки, которые, теряя целостность, высвобождают специальный вид бактерий: потребляя лактат кальция, бациллы вырабатывают известняк, и трещины «зарастают» сами собой.

Биобетон, способный самовосстанавливаться

Поглощает воду и шум

А вы знаете о том, что в той же Америке большая часть их 55 тысяч миль автомобильных дорог залито вовсе не асфальтом, а как раз таки бетоном? Было установлено, что бетонное покрытие значительно долговечнее (20-30 лет против 8-12) и позволяет транспорту расходовать в среднем на 11% меньше топлива. Да и скорость развивать большую, поскольку качество дорог в целом выше.

Интересно, что на дорогах экспериментируют с высокопористым бетоном — таким, который, например, поглощает шум, снижая его уровень на 3-5 децибел. Но главное, что при этом через поры уходит вода: сверхпористый бетон, разработанный британской компанией Tarmac, способен поглотить до 400 литров влаги в минуту! Уменьшается эффект от аквапланирования, когда контакт резины с водяным слоем ухудшает сцепление, и, таким образом, повышается уровень безопасности автотрассы. Кстати, у бетона еще и довольно большой светоотражающий эффект, что в темное время суток экономит электроэнергию на освещения и опять же улучшает показатели безопасности.

 

Сверхпористый бетон, Tarmac

Казалось бы, сплошные плюсы — вот только поры делают покрытие уязвимым для холодов. Если попытаться применить пористый бетон там, где температура воздуха опускается ниже нуля, то он неизбежно покроется сетью трещин при первых же заморозках. Зато в местах с жарким климатом бетонная дорога будет работать как естественный источник прохлады, пропуская через поры холодный воздух, поднимающийся вверх от земли.

Проводит электричество

Представьте себе систему электрического теплого пола, но не на садовой дорожке к дому, а в промышленных масштабах — на автобане или взлетной полосе аэродрома, которые тротуарной плиткой не облицуешь. А вот бетонное покрытие, проводящее электрический ток, заставит снег таять при малейшем соприкосновении — американский профессор Крис Тюань (Chris Tuan) занимается вопросом с 2003 года и доказал эффективность токопроводящего бетона опытным путем, на примере полотна одного из мостов.

Чтобы наделить бетон подобными свойствами, в его состав вводится порядка 20% таких индустриальных отходов, как стальная стружка и угольный гранулят, — они не влияют на конструктивные свойства смеси. Что касается распределения заряда по поверхности, то за это отвечает стандартная стальная арматура. Звучит не так уж сложно, однако получается по-прежнему дорого — около 300 долларов за квадратный метр. Но работы по удешевлению ведутся, и соответствующие службы уже заинтересовались.

Бетон с системой антиобледенения Криса Туаня

Дружит с экологией

Вообще говоря, все основные компоненты бетона имеют естественное происхождение. Причем их добыча не загрязняет окружающую среду, и найти необходимые месторождения рядом со стройплощадкой почти всегда не составляет труда. А стало быть, не приходится тратить ресурсы на доставку, и уменьшается влияние на окружающую среду.

Однако именно защитники экологии обвиняют бетон во всех тяжких грехах — в частности, в том, что при его производстве тратится чересчур много энергии и выделяется много CO2. Но, во-первых, все это относится не к самому бетону, а к входящему в его состав цементу, а с каждым годом его процентаж снижается. Во-вторых, чтобы получить необходимую энергию, строительные компании практикуют сжигание отходов — как с площадки, так и специально привезенных. Само производство бетона при этом считается безотходным.

И в-третьих, не исключено, что скоро в энергию для производства будут обращать тот самый выбрасываемый в воздух углекислый газ. Уже сегодня специалисты из Лос-Анджелеса предложили утилизировать CO2, выделяемый тепловыми трубами ТЭС, чтобы производить цемент и затем бетон. Пока получен лишь первый опытный образец, но ученые Калифорнийского университета настроены решительно.

Ученые института UCLA планирует превращать в бетон выделения CO2

Самоочищается

Не только за чистоту экологии радеют технологи во всех концах света. В Германии, Японии, Скандинавии — везде ищут способы борьбы со следами времени. Вода не единственный источник проблем для бетон, пыль и грязь разъедают его поверхность не менее результативно, не говоря уже о том, какие необратимые изменения могут произойти благодаря усилиям каких-нибудь псевдотворческих личностей с баллончиками краски в руках. И оказалось, что всему этому можно противостоять! Импрегнирующая добавка, разработанная REMEI Gmbh, предохраняет бетон от загрязнений. А компания NANO-X Gmbh выпустила на рынок линейку защитных материалов на основе наночастиц, которые делают бетонную поверхность «самоочищающейся» (то есть очищающейся легко, во время естественных атмосферных явлений) от грязи и даже тех самых граффити.

Лучше других подходит для 3D-печати

Технологии трехмерной печати развиваются сейчас так же стремительно, как в конце прошлого столетия — рынок сотовой связи. Каким бы фантастическим это ни представлялось пару лет назад, в наши дни уже очевидно, что человеческие органы начнут печатать совсем скоро — так же, как и дома. Тем более, что индустриальное производство в строительстве процветает, и 3D-принтеры обещают если не ускорить, то как минимум удешевить изготовление архитектурных элементов и блоков по индивидуальному проекту. А бетон идеально подходит в качестве чернил: изначально жидкий и в процессе отвердевающий.

Детали замка, напечатанные на принтере из бетона

Например, в начале года мы писали о студентах, изобретших метод полноразмерной 3D-печати бетонных конструкций. А в марте принтер, печатающий бетоном — пусть пока не дома, а лишь небольшие архитектурные формы, — установили в Москве, на ВДНХ, куда все желающие могут прийти — и прикоснуться к нашему завтра уже сегодня.

Достигает космических масштабов

Кстати, о будущем. Судя по всему, превалировать в застройке, осуществляемой руками человека, бетону предстоит не только на Земле. Американский институт бетона уже несколько лет как создал специальный Комитет, который занимается вопросом производства бетона на Луне: выяснилось, что песок и вода на нашем бессменном спутнике уже есть. А в преддверии вылета колонизаторов с Земли на Марс появилось и понятие «марсианский бетон». Это одна из тех технологий, которые, помимо «надувной архитектуры», планируется использовать для освоения Красной планеты.

Команда во главе с Лин Ван (Lin Wan) из Северо-западного университета США предложила заменить цемент в составе «марсианского бетона» серой: такой способ производства был известен еще в начале 1970-х, но успел хорошо забыться. Серу нагревают до 240 градусов по Цельсию, смешивают с заполнителем и дают остыть. Синтезировав марсианский грунт, который содержит двуокись кремния, оксид алюминия, оксид железа и диоксид титана, ученые пришли к выводу, что с таким заполнителем «марсианский бетон» получается в два с половиной раза более прочным, чем того требуют земные условия.

«Марсианский бетон» на основе схожего по составу с марсианским грунта и серы

Кроме того, они установили, что смесь, содержащая 50% марсианского грунта с частицами диаметром не более 1 мм избежит тех проблем, с которыми столкнулись, пытаясь наладить производство бетона на Луне: у Марса более разреженная атмосфера, в то время как лунный вакуум обращал бы серу в составе бетона в газ, а свежепостроенные дома — в горстки земли.

Об утилизации будущих марсианских построек тоже не приходится беспокоиться: повторный нагрев серы до 240 градусов Цельсию приведет к ее расплавлению, и марсианский бетон будет готов к повторному применению. Ведь предполагается, что колония будет бурно развиваться и разрастаться. И не исключено, что лет через 20 корреспондент The Guardian вместо 10 лучших зданий из бетона на Земле опубликует список лучших бетонных домов на Марсе.

Юлия Шишалова

Во второй части материала мы расскажем о свойствах бетона, открывающие новые возможности перед архитекторами с точки зрения конструктива и декоративной отделки фасадов.

archspeech.com

Технология электропрогрева бетона электродами, проводами в зимнее время

Воздействии тока на твердение бетона

В процессе осуществлении бетонных работ при отрицательных температурах воздуха одной из основных проблем является кристаллизация воды и, соответственно, нарушение процесса образования монолитного блока. Одним из основных методов борьбы с такими явлениями считается электропрогрев. Он позволяет интенсифицировать процесс твердения бетона, обеспечив необходимые температурные условия непосредственно на строительной площадке или производственном предприятии.

При этом в литературе встречаются рекомендации по предпочтительному использованию для этих целей постоянного тока, что противоречит общераспространенной практике бетонирования, в которой преимущественно используется переменный ток. В этой статье мы рассмотрим преимущества и недостатки каждого из методов на основании данных опытно-промышленных исследований.

Оглавление

Особенности использования электроподогрева в зимний период

Технология электропрогрева заключается во включении свежеуложенной бетонной смеси в электрическую цепь в качестве активного сопротивления. При этом обеспечивается заданная температура смеси, а гидратация и структурообразование бетона протекает в условиях воздействия ряда физико-химических процессов, включая электрическое и электромагнитное воздействие.

Схемы подключения прогрева бетона электродамиРисунок 1. Схемы электропрогрева бетонной конструкции электродами

К основным явлениям, которые рассматриваются в качестве факторов ускоренного твердения бетона, относят:

  • температура — является основным моментом, который напрямую влияет на процесс. Гидратация цемента происходит с выделением тепла экзотермических реакций (в начале процесса схватывания тепловыделение минимально, а в конце — достигает максимума). Условия окружающей среды являются определяющим фактором: сокращение времени схватывания наблюдается при росте температуры до 30°С, а затем наблюдается обратный эффект;
  • электрофорез — электрокинетическое явление, сопровождающееся перемещением дисперсных частиц в жидкой среде при пропускании через нее постоянного электротока;
  • электроосмос — перемещение жидкости между электродами при пропускании постоянного электротока через бетонную смесь;
  • электролиз — выделение на электроде контактной фазы из кислорода и водорода, происходящее вследствие разложения воды под действием постоянного тока.
Электропрогрев бетонаРисунок 2. Электропрогревание бетонной смеси

Три последних фактора в производственных условиях оказывают незначительный эффект, однако в ряде источников им уделяется повышенное внимание. В частности, в Московской ветеринарной академии предложен метод обработки бетона, арболита и аналогичных смесей на цементной основе за счет воздействия постоянного электрического тока знакопеременных импульсов. Указывается, что явления электроосмоса, электролиза и электрофореза при таком варианте технологии происходят более интенсивно, нежели при воздействии переменного тока промышленной частоты.

Это, в свою очередь, вызывает ускоренное диспергирование цементных частиц, способствует повышению реакционной способности компонентов бетона, определяет более полную гидратацию цемента и повышает равномерность распределения цементного клея между частицами заполнителя и непрогидратированными зернами цемента. Авторы этой работы утверждают, что распалубочная прочность бетона при такой обработке достигается уже спустя 1–3 часа после укладки.

Структура цементного камня при схватывании бетонаРисунок 3. Структура цементного камня при схватывании бетона при разном водоцементном соотношении и степени гидратации

За счет электроподогрева при отрицательных температурах бетон в проектные сроки набирает марочную прочность без ухудшения прочих эксплуатационных и физико-механических свойств, что позволяет сократить сроки сдачи конструкции под нагрузку. Основным фактором, определяющим эффективность этого процесса, считается температура. В некоторых исследованиях ошибочно связывают ускорение процесса твердения с явлениями электроосмоса, электролиза и электрофореза.

Сравнение обработки бетона постоянным и переменным током

В ряде исследований обоснована несостоятельность гипотезы об ускорении структурообразования в бетоне при пропускании постоянного тока за счет интенсификации явлений электроосмоса, электролиза и электрофореза. В частности, НИИЖБ совместно с представителями Московского лесотехнического института и Московской ветеринарной академии провели производственный эксперимент по трамбованию арболитовых стеновых панелей 1,8х0,9х0,2 м в вертикальных формах с применением в электроподогрева.

3D-модель стеновых панелейРисунок 4. Трехмерная модель стеновых панелей

Для получения сравнительной базы были исследованы два следующих варианта технологии: 

  1. Панель №1 твердела под воздействием постоянного тока знакопеременных импульсов (питание от генератора П—91 50 кВА). Время изменения направления токовых импульсов составляло 5 мин с интервалом 1 мин. Рабочее напряжение выбирали таким образом, чтобы обеспечить плотность тока на электродах 40 А/м2.
  2. Панель №2 твердела под воздействием переменного тока промышленной частоты (питание от сварочного трансформатора ТД—500 У2). Напряжение регулировалось таким образом, чтобы температурный режим прогрева совпадал с условиями твердения панели №1.

Продолжительность электрообработки панелей составляла 70 мин. На протяжении этого времени зафиксирован рост температуры в центре изделий с 30°С до 45°С. По достижении этого значения электрическое воздействие было прекращено и оба ЖБИ после часового выдерживания распалубливания.

В ходе эксперимента выяснилось, что панели №1 и №2 сохраняют форму после снятия опалубки, однако визуальный осмотр выявил практически нулевую прочность арболита, поэтому снять изделия с поддона не представлялось возможным. Через сутки с большой осторожностью панели распилили на кубы 200х200 мм для проведения испытаний на сжатие.

Результаты испытаний

Испытания бетонных образцов, проведенные на 3, 7, 14, 28 и 90 сутки, показали, что в первые 7 суток при обработке постоянным током прочность арболита несколько выше, чем в случае обработки переменным током. Вероятно, этот эффект связан с удалением большего объема механически связанной влаги вследствие явления электроосмоса и процесса интенсификации кристаллизационного твердения цемента. Так как разница в показателях прочности составляет 4–5%, то обнаруженный эффект не имеет практического значения.

Таблица 1: "Прочность обработанного арболита, МПа"

Сроки испытаний,

сут

Постоянным током

знакопеременными импульсами

Переменным током

промышленной частоты

3 0,58 0,52
7 0,75 0,70
14 0,92 1,00
28 0,95 1,17
90 2,02 2,05

При сроке от 14 до 28 суток прочность обработанного постоянным током арболита намного ниже в сравнении с материалом, подвергшимся воздействию переменным током. Для образцов из панели №1 к 1 месяцу (к проектному возрасту) из-за избыточной влагопотери на начальном этапе твердения наблюдается недобор прочности на 25%, то прочность образцов из панели №2 практически достигла марочной.

Аналогичные результаты получены в ходе исследований, проведенных НИИЖБ и трестом Оргтехлесстрой В/О Союзлесстрой, а также экспериментов на Заводе «Стройдеталь» в Мытищах при изготовлении панелей ОС-5 из бетона класса В12,5. В ходе всех трех испытаний установлено, что после распалубки изделия сохраняют форму в обоих вариантах обработки, однако прочность бетона при этом незначительна.

Таблица 2: "Способы обработки бетона током" Способ обработки Длительность обработки ч-мин Температура бетона к концу обработки,°C Прочность бетона, МПа, в возрасте, сут Расход электроэнергии, (кВт╳ ╳ ч)м3 1 3 7 28
Постоянным током знакопеременными импульсами
1-10 72 65 - - 160 56
2-45 63 - 80 150 155 53
4-00 58 70 - 135 165 56
Переменным током промышленной частоты
1-15 84 35 85 135 174 40
1-35 60 35 - 135 175 32
2-00 82 - - 120 160 50
2-30 72 60 108 125 150 52

Данные исследований свидетельствуют о том, что даже через 1 сутки прочность материала не превышала 50%. В интервале от 3 до 28 суток прочность бетона по обоим вариантам обработки практически одинакова, что свидетельствует о воздействии на этот процесс только температурного фактора.

Выводы

Проведенные производственные испытания подтвердили, что удельные расходы электрической энергии зависят от длительности нагрева бетона и температуры. При обработке постоянным током затраты электроэнергии на 20–25% выше. Это объясняется дополнительными потерями на преобразование переменного тока в постоянный, а также затратами электроэнергии на электролиз воды.

При обработке постоянным током из-за выделения кислорода в процессе электролиза воды наблюдается интенсивная коррозия стальной арматуры и стальных форм, в которых изготавливают сборные изделия.

В случае обработки бетона постоянным током знакопеременных импульсов электроосмос, электролиз и электрофорез почти не влияют на динамику твердения бетона, а интенсификация этого процесса обусловлена только температурным фактором. Вследствие этого при прогреве изделий и конструкций из бетона и железобетона следует проводить обработку переменным током промышленной частоты. При этом обеспечивается аналогичный эффект, но не требуется использовать специальные генераторы для преобразования переменного тока в постоянный.

betonolit.ru

Создан бетон, способный проводить электрический ток :: Статьи

Создан бетон, способный проводить электрический ток

Профессор Университета Небраски-Линкольна Крис Тюань (Chris Tuan) разработал новую формулу бетона, который способен пропускать через себя электрический заряд, тем самым нагреваясь и способствуя таянию снега на поверхности. 

Американский ученый предложил добавлять в состав бетона индустриальные отходы – стальную стружку и гранулированный порошок угольного кокса. Их доля в разработанной смеси достигает 20%, не влияя на конструктивные свойства бетона. В качестве нагревательного элемента выступает стальной арматурный каркас, равномерно распределяющий заряд по плите.

Вместе с коллегами профессор Тюань работает над технологией еще с 2003 года. На протяжении пяти лет ученые проводили испытания, установив на дорожном полотне моста 52 бетонных плиты. Эксперимент показал, что даже в сильные морозы снег тает, едва коснувшись поверхности земли. При этом на электричество в данном случае тратится меньше, чем на реагенты и работу снегоуборочных машин. 

По расчетам авторов, операционные расходы такой технологии составят порядка 20 центов на 1 кв. метр, а траты на ремонт дорожного полотна и вовсе будут сведены к минимуму. Ученым пока удалось снизить цену нового бетона в два раза, до 300 долларов за кв. метр, что все еще делает технологию недоступной для применения в больших масштабах.

Тем не менее, разработкой заинтересовались в Федеральном управлении гражданской авиации, которое уже в марте планирует протестировать новый бетон на одном из местных аэродромов.

CityLab: How Electric Concrete Could Make Shoveling Snow a Thing of the Past

РАССЫЛКА arch:speech

Самое популярное

archspeech.com

Бетон электропроводящий | ЗАО «Завод Спецжелезобетон»

doopk2poБольшое внимание уделяется в настоящее время не только исследованию физико-механических свойств бетона, но и его электротехническим характеристикам, разработке состава с заранее заданными электрическими характеристиками.

Если будет найден путь превращения бетона в электропроводящий материал, это приведет 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.

Планово-предупредительный ремонт - ППР – это комплекс мероприятий по надзору, обслуживанию и ремонту, которые регулярно проводятся по заранее составленному плану. Система ППР позволяет предупредить преждевременный износ технологического оборудования, вовремя его отремонтировать, предупредив аварии, постоянно поддерживать его в эксплуатационной готовности.

www.novobeton.ru

Бетон, который проводит электричество, может обезопасить дороги зимой

Экология потребления.Наука и техника:Специалисты по университета Небраски-Линкольна сообщили, что разработали бетон, который проводит электричество. Благодаря этому снег и лед на его поверхности в зимнее время тают.

Специалисты по университета Небраски-Линкольна сообщили, что разработали бетон, который проводит электричество. Благодаря этому снег и лед на его поверхности в зимнее время тают.

Ведущий автор исследования профессор гражданского строительства Крис Туан добавил в бетонную смесь углеродные частицы и стальную стружку. Эти компоненты составили около 20% смеси, позволяет проводить достаточно электричества, чтобы снег и лед на поверхности таяли

Исследовательская группа Туана демонстрирует конкретную работу по борьбе с гололедом и оледенением Федеральному управлению гражданской авиации США (Federal Aviation Administration). Туан заявил, что управление будет рассматривать интеграцию технологии в работу крупных аэропортов Америки.

 

"К моему удивлению, они не хотят использовать такой бетон для взлетно-посадочных полос. Они планируют использовать его на территории, где происходит поднос багажа, где находятся заправки, места вывоза мусора и тому подобное. Они сказали, что если мы сможем нагреть там асфальт, то было бы намного меньше, связанных с погодой задержек ", - говорит Крис Туан.

Авторы разработки отмечают, что дорожное покрытие полностью безопасное для пешеходов и обойдется в зимнее время, по их подсчетам, в несколько раз дешевле, чем использование реагентов:

«Это нерентабельно строить целые дороги из такого бетона, но его можно использовать в определенных местах, где бывает много льда или выбоин. Выбоины часто возникают из-за использования соляных смесей или специальных химикатов, которые могут привести к коррозии бетона и испачкать грунтовые воды. Бетон, который проводит электричество, привлекательная альтернатива с более низкой стоимостью эксплуатации и технического обслуживания. Мощность, необходимая для подогрева моста во время трехдневного шторма, как правило, стоит около $ двести пятидесятую несколько раз меньше, чем грузовик химических веществ ». опубликовано econet.ru 

econet.ru

Создан бетон, способный проводить электрический ток

Профессор Университета Небраски-Линкольна Крис Тюань (Chris Tuan) разработал новую формулу бетона, который способен пропускать через себя электрический заряд, тем самым нагреваясь и способствуя таянию снега на поверхности, пишет archspeech.com.

Ученый предложил добавлять в состав бетона индустриальные отходы – стальную стружку и гранулированный порошок угольного кокса. Их доля в разработанной смеси достигает 20 %, не влияя на конструктивные свойства бетона. В качестве нагревательного элемента выступает стальной арматурный каркас, равномерно распределяющий заряд по плите.

Вместе с коллегами профессор Тюань работает над технологией еще с 2003 года. На протяжении пяти лет ученые проводили испытания, установив на дорожном полотне моста 52 бетонных плиты. Эксперимент показал, что даже в сильные морозы снег тает, едва коснувшись поверхности земли. При этом на электричество в данном случае тратится меньше, чем на реагенты и работу снегоуборочных машин. 

По расчетам авторов, операционные расходы такой технологии составят порядка 20 центов на 1 кв. метр, а траты на ремонт дорожного полотна и вовсе будут сведены к минимуму. 

Источник: archspeech.com

Интересные новости:

12.09.2016

1067

«Украинское общество охраны памяток истории и культуры» обратилось в генпрокуратуру с пр...

12.09.2016

1126

В системе госзакупок ProZorro можно будет автоматически проверить данные компаний в Едином государст...

12.09.2016

940

Для продления срока эксплуатации энергоблоков  № 1 и 2 внедрили новую систему мониторинга ...

23.08.2018

454

Самые масштабные работы на автодорогах Черкасской области за последние 8 лет...

23.08.2018

364

В сентябре - ноябре 2018 Проект Организации по безопасности и сотрудничеству в Европе (ОБСЕ) «...

23.08.2018

619

Отчет о проделанных работах по состоянию на 22 августа 2018 года....

budport.com.ua