CC BY
22
Леснов
Виталий
Викторович
кандидат технических наук, доцент кафедры строительных материалов и технологий архитектурно-строительного факультета ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева»
e-mail:
Ерофеев
Владимир
Трофимович
доктор технических наук, профессор, чл.-корр. РААСН, зав. кафедрой строительных материалов и технологий, декан архитектурно-строительного факультета ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева»
e-mail:
Салимов
Руслан
Наилевич
кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры строительных материалов и технологий архитектурно-строительного факультета ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева»
e-mail:
УДК 691
ЛЕСНОВ В. В. ЕРОФЕЕВ В. Т. САЛИМОВ Р. Н.
Исследование электропроводности дисперсно-армированных каркасных композитов
В статье приведены исследования электропроводности каркасных композитов, армированных дисперсной стальной арматурой типа «Волна 50/1», полученных на основе наполненных цементных и эпоксидных матриц. Введение дисперсной арматуры, а также использование модифицированных матриц на вяжущих различной природы позволяет получать каркасные бетоны с широким спектром изменения электропроводности, предназначенных для конструкций зданий со специальными требованиями.
Ключевые слова: каркасный бетон, цементные и эпоксидные матрицы, наполнитель, суперпластификатор, дисперсная арматура, удельная электропроводность.
LESNOV V. V., EROFEEV V. T, SALIMOV R. N.
THE RESEARCH OF CONDUCTIVITY FIBRE-REINFORCED CARCASS COMPOSITES
The article presents the study of electrical conductivity of carcass composites steel fiber-reinforced type «Wave 50/1», obtained on the basis of filled cement and epoxy matrices. The introduction of the fiber and the use of modified matrices for binding of different nature, allows to obtain carcass concrete with a wide range of changes of electrical conductivity, intended for construction of buildings with special requirements.
Keywords: carcass concrete, cement and epoxy matrix, filler, superplasticiser, fiber, electrical conductivity.
При строительстве зданий и сооружений специального назначения используют материалы как с высокой электропроводностью, так и обладающие диэлектрическими свойствами. Первые применяют для изготовления антистатических покрытий полов при изготовлении электронной техники, конструкций «теплых» полов и отопительных элементов, вторые — для объектов электроэнергетики, например, для изготовления фундаментов и стоек электросетей.
Новосибирскими учеными еще в середине 1960-х гг. разработан композиционный материал «Бетэл» (бетон электротехнический) [1]. Изменение электрического сопротивления в нем достигалось, как правило, за счет введения в состав цементного бетона графита или сажи. К недостаткам подобных материалов относится то, что графит является достаточно дорогостоящим
материалом, а сажа, являясь отходом производства, снижает прочностные свойства бетона и имеет непостоянный химический состав.
Технология изготовления каркасных бетонов заключается в предварительном создании каркаса путем склеивания между собой зерен крупного заполнителя с последующей пропиткой пор каркаса высокоподвижной матричной составляющей [2-4]. Композиты каркасной структуры по сравнению с бетонами, получаемыми по традиционной технологии, имеют более высокую прочность при сжатии и растяжении на 10-15 и 15-30%, при действии ударных нагрузок в 2-3 раза, морозостойкость в 1,3-2 раза; они также характеризуются на 10-15% пониженным расходом связующих и истираемостью [2].
Известно, что введение в состав бетонов дисперсной арматуры позволяет значительно
© Леснов В. В., Ерофеев В. Т., Салимов Р. Н., 2015
85
Строительные науки
Таблица 2. Составы цементных матриц, используемых для пропитки каркасов
Таблица 1. Составы полимерных матриц, используемых для пропитки каркасов
Состав полимерной матрицы
Обозначение ЭД-20, мас. ч. ПЭПА, мас. ч. АИ-92, мас. ч. Наполнитель, мас. ч.
состава Шлак Портландцемент Мел
ЭПШ 100 10 15 130 - -
ЭПП 100 10 15 - 130 -
ЭПМ 100 10 15 - - 65
№ п / п Обозначение состава Состав цементной матрицы, мас. ч.
Портландцемент Вода Наполнитель СП Sika Viscocreate 5-600 NPL СП МеШих 164^
Мел Шлак
1 ЦМ 1 000 350 - - — 3,75
2 ЦММ 500 350 500 - — 3,75
3 ЦМШ 500 350 - 500 - 3,75
4 ЦЗ 1 000 375 - - 10 -
5 ЦЗМ 500 375 500 - 10 -
6 ЦЗШ 500 375 - 500 10 -
улучшать их физико-механические свойства, показатели долговечности и технико-экономические характеристики [5, 6]. Дисперсное армирование приводит к значительному повышению прочностных свойств каркасных композитов [7]. В этой связи исследование электропроводности каркасных композитов, армированных дисперсными дискретными металлическими волокнами, имеющих высокую электропроводность, представляет значительный интерес и является актуальной задачей.
Предметом исследования являлись полученные на основе наполненных цементных и эпоксидных матриц каркасные композиты различных составов, армированные дисперсной металлической арматурой (ДМА) из стальной проволоки. Цель исследования — получение зависимостей изменения электропроводности каркасных композитов от количественного содержания в них дисперсной металлической арматуры и вида пропиточной матрицы.
При изготовлении образцов в качестве связующего клеевых и матричных составов использовали эпоксидную смолу ЭД-20, от-вердителя — полиэтиленполиамин (ПЭПА), разжижающей добавки — бензин марки АИ-92. Наполнителями служили молотый шлак (отход производства Новолипецкого металлургического комбината) крупностью менее 0,315 мм, портландцемент марки ЦЕМ I 42,5Б (производитель ОАО «Мордовце-
мент) и мел. В качестве крупного заполнителя каркасных бетонов применяли высокопрочный щебень марки 1200 (ООО «ВКБ», г. Миньяр) крупностью 5-10 мм. Состав каркасов был постоянным: ЭД — 20-100 мас. ч., ПЭПА — 10 мас. ч., крупный заполнитель — 1 900 мас. ч., содержание ДМА типа «Волна», с отношением длина/диаметр, равным 50 мм/1 мм, принималось равным 0, 0,375, 0,75, 1,125 и 1,5% по объему. Для пластификации цементных матриц использовали суперпластификаторы (СП) марок Sika Viscocreate 5-600 NPL и МеШих 1641К Составы полимерных и цементных матриц, предназначенных для пропитки дисперсно-армированных каркасов и получения композитов, приведены в Таблицах 1 и 2.
Дисперсно-армированные каркасные бетоны изготавливали по следующей технологии. На первом этапе получали клеевую композицию для каркаса, перемешивая эпоксидное связующее с отвердителем 1 мин в миксере. Затем в клеевой состав добавляли крупный заполнитель и перемешивали смесь 1 мин, после чего вводили тремя порциями дисперсную арматуру, перемешивая 2 мин до создания равномерной пленки на зернах заполнителя и арматуре. На втором этапе, после одних суток твердения, каркасы пропитывали матричной композицией, которую готовили совместным перемешиванием компонентов в течение 2 мин. Пропитку каркасов производили при уплотнении с помощью встря-
хивающего столика при количестве 30 ударов и частоте 1 удар в секунду. Через сутки образцы распалублива-ли и композиты на полимерных матрицах подвергали термообработке в сушильном шкафу при температуре 80 °С в течение 6 ч, а композиты на цементных матрицах сначала пропаривали при температуре 95 °С в течение 8 ч.
Удельную электропроводность образцов каркасных бетонов осуществляли путем замера их электрического сопротивления на приборе марки КИСИ-1 (диапазон измерения от 0,004 до 10 000 ГОм; погрешность до 1 ГОм — ±5%, от 1 до 100 ГОм — ±10%, свыше 100 ГОм — ±15%; испытательное напряжение 200±5 В). В качестве электродов использовалась алюминиевая фольга толщиной 0,125 мм, размер электродов составлял 50x60 мм. Снятие показаний электрического сопротивления проводили через 1 мин после подачи напряжения на образец. Удельную электропроводность рассчитывали по формуле: и = I/ (Я• 5) , где ст — удельная электропроводность, См/м; Я — сопротивление образца, Ом; I — длина образца (расстояние между электродами), м; 5 — площадь поперечного сечения образца, м2.
После обработки экспериментальных данных были получены математические зависимости изменения электропроводности каркасных композитов от содержания в них ДМА по объему, которые приведены ниже:
86
АКАДЕМИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК УРАЛНИИПРОЕКТ РААСН 4|2015
Стш = 3,03 + 0,61ц,, Стц = 2,7 + 1,16ц, стм = 3,51 + 0,57ц, ацм = 1,4 + 2,43ц,
ацмм = 0,67 + 3>35^
стцмш = 0,47 + 2,36ц, стцз = 1,48 + 3,51ц, ст„,„ = 1,51 + 2,6ц, = 1,99 + 4,27ц,
-^цзм
цзш
(1) (2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8) (9)
где стш, стц, стм — удельная электропроводность композитов на полимерных матрицах, наполненных шлаком, портландцементом и мелом, (• 10-11) См/м; стцм, стцмм, стцмш, стцз, стцзм, стцзш — удельная электропроводность композитов на пластифицированных цементных матрицах, наполненных мелом и шлаком, (• 10-8) См/м; (х— содержание ДМА «Волна 50/1», % по объему.
Результаты исследований влияния содержания ДМА и вида матрицы на электропроводность каркасных композитов приведены на Иллюстрациях 1 и 2.
Заключение
Из полученных графиков видно, что увеличение количества ДМА «Волна» в каркасных композитах приводит к линейному увеличению их удельной электропроводности.
Для каркасных бетонов, на полимерных эпоксидных матрицах, величина электропроводности композитов, наполненных молотым шлаком, ниже, чем с другими наполнителями, а при введении 1,5% ДМА «Волна» по объему возрастает на 28,4%. Наибольшее повышение электропроводности на 46,3% наблюдается у композитов на полимерной матрице, наполненной цементом.
При использовании в качестве матрицы цементных связующих наименьшую электропроводность показал состав № 3 (наполненный шлаком, с суперпластификатором МеШих 164^), при введении в который 1,5% ДМА «Волна» величина электропроводности возрастает на 133%. Составы № 1, 5, 6 имеют аналогичный характер кинетики изменения электропроводности при введении 1,5% ДМА «Волна», величина показателя увеличивается на 78,8, 68,3 и 50% соответственно. Наибольшее возрастание электропроводности при введении 1,5% ДМА «Волна» характерно для составов № 2 и № 4, величина показателя увеличивается на 300,8 и 183,3% соответственно.
Полученные данные по электропроводности дисперсно-армированных каркасных композитов на полимерных и цементных мат-
Иллюстрация 1. Изменение удельной электропроводности от содержания ДМА «Волна 50/1» в каркасных композитах с полимерной матрицей
Иллюстрация 2. Изменение удельной электропроводности от содержания ДМА «Волна 50/1» в каркасных композитах с цементной матрицей
рицах имеют широкии диапазон применения. Эти результаты могут использоваться при изготовлении конструкции зданий и сооружении, к которым предъявляются специальные требования по их электропроводности.
Список использованной литературы
1 Возможности использования электропроводного бетона (Бетэ-ла) в гражданском строительстве : обзор / под ред. Л. Е. Врублевско-го. Новосибирск : СибЗНИИЭП, 1971. 52 с.
2 Ерофеев В. Т. Каркасные строительные композиты : автореф. дис. ... д-ра техн. наук. М. : Моск. гос. ун-т путей сообщения, 1993. 42 с.
3 Betone mit Skelettstruktur / V. I. Solomatov, W. T. Erofeew, W.-P. Ettel // Betontechnik. Berlin. 10 (1989). № 3. S. 79-80.
4 Polymerbetone fur den Bau und Instandsetzung von Straßen- und Flugplatzbelagen/W. T. Erofeew,
V. S. Bockin // In die Strasse. 1989. № 6. S. 170-173.
Фибробетон и его применение в строительстве/под ред. Б. А. Крылова. М. : Стройиздат, 1979. 173 с.
Рабинович Ф. Н. Композиты на основе дисперсно-армированных бетонов. Вопросы теории и проектирования,технология, конструкции. М. : Изд-во «АСВ», 2004. 559 с.
Леснов В. В., Борискин А. С., Ерофеев В. Т. и др. Дисперсно-армированные композиты для дорожных покрытий и транспортных сооружений // Транспортное строительство. 2007. № 5. С. 24-27.
5
6
7
АКАДЕМИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК УРАЛНИИПРОЕКТ РААСН 4 | 2015
87
