Выбор эффективного электропроводящего композита для дорожных покрытий | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 18 декабря, печатный экземпляр отправим 22 декабря.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: ,

Рубрика: Архитектура, дизайн и строительство

Опубликовано в Молодой учёный №43 (333) октябрь 2020 г.

Дата публикации: 24.10.2020

Статья просмотрена: 11 раз

Библиографическое описание:

Василюк, Ю. И. Выбор эффективного электропроводящего композита для дорожных покрытий / Ю. И. Василюк, А. В. Сурков. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 43 (333). — С. 25-28. — URL: https://moluch.ru/archive/333/74412/ (дата обращения: 05.12.2021).



В статье проведено исследование дорожных покрытий, в частности изготовленных из бетона для создания электропроводящих дорожных одежд.

Были подобраны оптимальные составы на основе углерода для будущего дорожного покрытия, способного проводить электрический ток с постоянной температурой нагревания.

Ключевые слова : электропроводящий бетон, углерод, электропроводность.

Целью исследования соавторов является электропроводящие бетоны с контролем проведения электрического тока для создания дорожных покрытий с постоянной поддерживаемой температурой поверхности +5 ºС в зимнее время года.

Для создания электропроводящего бетона применимого для дорожных покрытий были изучены основные достоинства и недостатки как бетонных дорог, так и асфальтных.

На сегодняшний день повышение качества дорог в России имеет достаточно большую актуальность. Бетон обладает гораздо лучшими светоотражающими свойствами, чем асфальт, следовательно, и видимость в темное время суток на такой дороге лучше, что позволяет снизить расходы на освещение такой дороги на 15–20 процентов [1].

Таким образом, создание электропроводящих дорог именно из бетона обусловлено следующими факторами: достаточно длительный срок службы, долговечность данного строительного материала, более низкие затратами на поддержание эксплуатационных характеристик дорожного покрытия из бетона.

Интерес к этой работе был обусловлен большими перспективами, которые открывались перед строительством, электроэнергетикой и другими отраслями техники при нахождении надежных путей превращения бетона в электропроводящий материал. В качестве электропроводящего элемента использовались различные углеродистые материалы: сажи, некоторые коксы, графиты [2].

В проведенных исследованиях было выявлено, что электрическое сопротивление цементных композитов с нано частицами изменяется в процессе твердения. Вода в порах цементного камня выступает в роли участков токопроводящих путей. По мере удаления пор эти пути нарушаются, и общее электрическое сопротивление образца возрастает. Оптимальным содержанием углеродных нанотрубок является 0,5 % от массы вяжущего [3].

Перспективным направлением данного бетона является производство специальных поверхностей-обогревателей, которыми могут быть не только дорожные одежды, но также и стены, и тротуарная плитка [4].

Соавторами были исследованы углеродсодержащие материалы, обладающие стабильной электропроводностью [5]. На основе анализа уже проведенных работ по получению электропроводящего бетона, было выявлено, что графит обладает более низкими резистивными характеристиками [6].

Электропроводность графита приближается к электропроводности металлов как по абсолютной величине, так и по знаку температурного коэффициента. Металлический характер проводимости графита связан с наличием коллективизированных электронов. Для электропроводной добавки рассматривается графит кристаллический, который представляет собой полиморфную модификацию графита природного происхождения с кристаллической структурой [7].

Ценным свойством графита является его электропроводность, которая обусловлена содержанием углерода до 98 % в зависимости от марки.

Графит транспортируют транспортом всех видов в крытых транспортных средствах в соответствии с правилами перевозки грузов, действующими на транспорте данного вида.

Транспортирование графита, упакованного в мягкие специализированные контейнеры, по железной дороге осуществляется повагонными отправками на открытом подвижном составе в прямом железнодорожном сообщении. Графит, упакованный в мешки, должен храниться в закрытых складских помещениях, упакованный в мягкие специализированные контейнеры в соответствии с инструкцией по их эксплуатации. Срок годности графита — без ограничения, при условии хранения его при нормальных условиях в закрытом складском помещении [7]. В качестве графита был выбран графит самой высокой марки ГЛ-1. Особенности данного вещества определяются хорошей электрической проводимостью, содержанием углерода не менее 90 %. Величина зерен в таком графите крайне мала — меньше 0,001мм. Руду обогащают с помощью размалывания и рудоразработки.

Подобранные составы цементных композитов с содержанием графита литейного кристаллического указаны в Таблице 1.

Таблица 1

Состав

Графит марки ГЛ-1, в %-м содержании, гр.

50 %

25 %

10 %

Вода

800

450

330

Портландцемент

400

400

400

ST 4.3.1

8

18

25

ГЛ-1

400

200

100

АГ-2

-

-

-

Рассмотрены 2 состава, с добавлением графита марки ГЛ-1 с различным процентным соотношением, Для каждого из составов подобрано оптимальное водо-цементное соотношение. Испытание на электропроводность проводилось электроизмерительным прибором — мультиметром.

Образцы кубики с добавлением ГЛ-1

Рис. 1. Образцы кубики с добавлением ГЛ-1

На каждом рассматриваемом составе были отформованы образцы — кубики 7х7х7 см. В каждый образец были погружены 2 провода по диагонали оголенным концом вниз. В целях обеспечения безопасности верхний конец провода был оголен уже непосредственно перед испытанием. Испытания проводились мультиметром на 14 сутки твердения. Полученные результаты отражены в Таблице 2.

Таблица 2

Процентное добавление активного вещества

Электропроводность составов, Вт

На основе графита

10

39

25

22

50

47

Процесс измерения электропроводности образцов кубиков

Рис. 2. Процесс измерения электропроводности образцов кубиков

Для измерения электропроводности была создана экспериментальная модель, состоящая из источника питания (высоковольтная батарейка 9 ВТ, 10 шт.), подсоединенного к образцам посредством проводов.

На основе проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

– Графит обладает наилучшей электропроводимостью, что обусловлено процентным соотношением углерода, равным 98 %;

– Оптимальная доля графита в цементном композите, при которой наблюдается устойчивая проводимость тока, равна 25 % от массы цемента. При этом минимальное напряжение равно 22 Вт, что наравне с долей 50 % в цементном композите и напряжением 47 Вт, является более экономичным и требует меньших энергозатрат;

– Проведенные исследования показали необходимость изучения электропроводности составов с соотношением графита 15–20 %.

Дальнейший состав требует доработки, так как не учтены резистивные характеристики образцов с добавлением крупного и мелкого заполнителей.

Литература:

  1. Электронный ресурс. Дорожное покрытие, 16.01.2020 URL: https://proteh.org/articles/03052019-dorozhnoe-pokrytie/amp/
  2. Возможности использования электропроводного бетона (бетэла) в гражданском строительстве. СибЗНИИЭП, 1971 год.
  3. Грешкина Е. В., Табагуа Г. Р., Тамов М. М. Электрическая проводимость и пьезорезистивные свойства цементного камня с добавлением углеродных нанотрубок // ИВД. 2019. № 6 URL:https://cyberleninka.ru/article/n/elektricheskaya-provodimost-i-piezorezistivny-svoystva-tsementnogo-kamnya-s-dobavleniem-uglerodnyh-nanotrubok.
  4. Урханова Л. А., Буянтуев С. Л., Урханова А. А., Лхасаранов С. А., Ардашова Г. Р., ФедюкР.С.,Свинцов А. П., Иванов И. А. Механические и электрические свойства бетона, модифицированного углеродными наночастицами// Инженерно-строительный журнал. 2019. No8(92). С.163–172. DOI: 10.18720/MCE.92.1
  5. Airfield Pavement Deicing with Conductive Concrete Overlay / C. Y. Tuan / University of Nebraska-Lincoln, Digital Commons. — Электрон. данные. — URL: https://www.academia.edu/30879700/ Airfield Pavement Deicing with Conductive Concrete Overlay. 2016
  6. Томаровщенко О. Н. Получение и свойства цементных токопроводящих композитов с использованием углеродных материалов и механоактивированного песка // БГТУ им. В. Г. Шухова. 2017.
  7. ГОСТ 5279–74 Графит кристаллический литейный. Технические условия.
Основные термины (генерируются автоматически): Графит, электропроводящий бетон, бетон, содержание углерода, состав, цементный композит, электрический ток.


Ключевые слова

электропроводность, углерод, электропроводящий бетон
Задать вопрос