Способ получения электропроводящего бетона
Владельцы патента RU 2291130:
Петров Юрий Сергеевич (RU)
Соколов Андрей Андреевич (RU)
Киргуев Аркадий Тимофеевич (RU)
Изобретение относится к производству композиционных материалов на основе природного минерального сырья с получением электропроводящего бетона, обладающего электропроводностью и удельным сопротивлением, достаточным для того, чтобы использовать материал в качестве электропроводящего конструкционного и нагревательного конструкционного материала, работающего в широком интервале температур. Технический результат - получение дешевого и состоящего из доступных компонентов конструкционного электропроводящего материала, повышение его конструкционных свойств. В способе получения электропроводящего бетона, включающем перемешивание цемента, порошкообразного графита и песка с последующим добавлением в смесь воды и перемешиванием с получением смеси, ее формование и сушку до полного затвердевания, сначала осуществляют перемешивание порошкообразного графита с цементом, затем с песком, а сушку ведут при комнатной температуре, причем смесь содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: порошкообразный графит - 25-35, цемент 20-30, песок 25-45, вода - остальное. 3 табл.
Изобретение относится к производству композиционных материалов на основе природного минерального сырья с получением электропроводящего бетона, обладающего электропроводностью и удельным сопротивлением, достаточным для того, чтобы использовать материал в качестве электропроводящего конструкционного и нагревательного конструкционного материала, работающего в широком интервале температур.
Известен способ получения электропроводящих материалов на основе портландцементов и углеродосодержащих материалов, использующих в качестве связующего вещества портландцемент, а в качестве наполнителя - углеродную сажу, технический уголь и т.д. (см. WO 9600197 А, 04.01.1996. SU 774440 A1, 15.05.1994. RU 2037895 C1, 19.06.1995. DE 3023133 А, 07.01.1982. US 4464421 A, 07.08.1984.).
Недостатком приведенных выше исходных смесей компонентов является нестабильность электрических свойств композиционных материалов, недостатком получаемых материалов - невысокий предел рабочих температур вследствие окисления сажи и разрушения гидратированных минералов, формирующих так называемый клинкер портландцемента, а также некоторая сложность технологии производства.
Наиболее близким к заявляемому способу является создание композитного электропроводного материала (см. RU 2245859, МПК7 С 04 В 28/02, H 01 C 7/00, H 05 B 3/14, опубл. 10.02.2005 г.).
Недостатком прототипа является то, что в его состав входят шамот и/или диабаз, причем размером частиц не более 2 мм. Как известно, под шамотом понимают огнеупорную глину или каолин, предварительно обожженные до потери пластичности и удаления химически связанной воды и определенной степени спекания. В готовом виде в природе не встречается, следовательно, присутствует необходимость в транспортной доставке шамота и его последующем дополнительном измельчении. Диабаз встречается в природе, но его распространение ограничено, что, как и в случае с шамотом, также вызывает дополнительные трудности в производстве материала, связанные с транспортными расходами.
Кроме того, возможность длительной эксплуатации дорожного покрытия, которое содержит множество нагревательных пластин, изготовленных из композитного электропроводного материала, электрически взаимно соединенных между собой, затруднительна, а замена отдельных, вышедших из строя пластин представляется проблематичной. Также процесс получения включает в себя гидротермическую обработку, что затруднительно в полевых условиях.
Полученный материал прототипа всегда имеет конечную геометрическую форму и размеры, следовательно, не может быть использован в качестве заливочной массы.
Задачей предлагаемого технического решения является получение электропроводящего материала с широким диапазоном величин удельного электрического сопротивления, а также возможностью длительного использования в качестве нагревательного элемента, его дешевизна и доступность компонентов, входящих в состав смеси, а также упрощение производства электропроводящего материала и повышение его конструкционных свойств.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в известном способе получения электропроводящего бетона, включающем перемешивание цемента, порошкообразного графита и песка с последующим добавлением в смесь воды и перемешиванием с получением смеси, ее формование и сушку до полного затвердевания, согласно изобретению сначала осуществляют перемешивание порошкообразного графита с цементом, затем с песком, а сушку ведут при комнатной температуре, причем смесь содержит компоненты при следующем соотношении, в мас.%:
| порошкообразный графит | 15-35 |
| цемент | 20-30 |
| песок | 25-45 |
| вода | остальное |
Данное изобретение позволит получить электропроводящий бетон, дешевый и состоящий из доступных компонентов, входящих в состав смеси, а также упростить производство электропроводящего материала, повысить его конструкционные свойства и использовать в качестве нагревательного элемента.
Сущность способа поясняется примерами реализации способа и таблицами 1, 2 и 3, в которых приведены массовые соотношения компонентов, электрические и механические свойства образцов.
Способ осуществляют следующим образом: изготовляют образцы согласно пропорциям из таблицы 1 и исследуют их электрические и механические свойства.
Пример 1.
Исходную сырьевую смесь, состоящую из 25 частей графита и 30 частей цемента, тщательно перемешивают, затем добавляют 35 частей песка (см. табл.1), снова перемешивают и после чего добавляют 10 частей воды. Полученную сырьевую смесь перемешивают, затем формуют образец, который через 32 часа после сушки при комнатной температуре превращается в электропроводящий, а также нагревательный конструкционный материал. Данный образец является оптимальным из экспериментальных образцов (см. табл.2, 3).
Пример 2.
В случае, если смесь содержит 33 части графита и 22 части цемента, 35 части песка, образец постепенно теряет механическую прочность и теряет свои конструкционные свойства (см. табл.3), увеличивая при этом свою проводимость (см. табл.2).
Пример 3.
В случае, если смесь содержит 20 частей графита и 30 частей цемента, 35 частей песка, образец начинает нелинейно терять проводимость (см. табл.2) и незначительно увеличивать свои конструкционные свойства (см. табл.3).
Пример 4.
В случае, если смесь содержит 35 частей графита и 20 частей цемента, 35 частей песка, образец становится хрупким и теряет свои конструкционные свойства (см. табл.3), увеличивая при этом свою проводимость (см. табл.2).
Пример 5.
В случае, если смесь содержит 15 частей графита и 30 частей цемента, 40 частей песка, образец резко теряет проводимость и перестает быть электропроводящим материалом (см. табл.2), хотя конструкционные свойства при этом возрастают (см. табл.3).
Электрические свойства образцов имеют резко нелинейный характер зависимости при содержании графита менее 20 частей.
Результаты получения электропроводящего бетона, приведенные в таблицах (2, 3), позволяют сделать выводы о том, что его можно использовать как электропроводящий бетон, проводимость которого регулируется составом смеси, а достаточно высокий предел прочности на сжатие позволяет использовать его в качестве строительного материала.
Использование предлагаемого способа получения электропроводящего бетона позволит по сравнению с прототипом получить электропроводящий конструкционный материал, дешевый и состоящий из доступных компонентов, входящих в состав смеси, а также упростить производство электропроводящего бетона, повысить его конструкционные свойства и использовать в качестве нагревательного элемента.
| Таблица 1 Массовые соотношения компонентов, входящих в состав электропроводящего бетона | |||||||||
| № п/п образца | Состав,% | ||||||||
| графит | цемент | песок | вода | ||||||
| 1 | 25 | 30 | 35 | 10 | |||||
| 2 | 33 | 22 | 35 | 10 | |||||
| 3 | 20 | 30 | 35 | 15 | |||||
| 4 | 35 | 20 | 35 | 10 | |||||
| 5 | 15 | 30 | 40 | 15 | |||||
| Таблица 2 | |||||||||
| № п/п образца | Электрические параметры | ||||||||
| U1, B | I1, А | R1, Ом | U2, B | I2, A | R2, Ом | U3, B | I3, А | R3, Ом | |
| 1 | 110 | 0,43 | 255,8 | 55 | 0,18 | 305,6 | 24 | 0,02 | 1200 |
| 2 | 110 | 0,72 | 152,8 | 55 | 0,36 | 152,8 | 24 | 0,06 | 400 |
| 3 | 110 | 0,14 | 785,7 | 55 | 0,05 | 1100 | 24 | 0,01 | 2400 |
| 4 | 110 | 0,8 | 137,5 | 55 | 0,45 | 122,2 | 24 | 0,12 | 200 |
| 5 | 110 | 0 | - | 55 | 0 | - | 24 | 0 | - |
| Таблица 3 | |||||||||
| № п/п образца | Механические параметры | ||||||||
| Предел прочности на сжатие, Па | |||||||||
| 1 | 39,3 | ||||||||
| 2 | 25,5 | ||||||||
| 3 | 43,6 | ||||||||
| 4 | 16,4 | ||||||||
| 5 | 47,1 |
Способ получения электропроводящего бетона, включающий перемешивание цемента, порошкообразного графита и песка с последующим добавлением в смесь воды и перемешиванием с получением смеси, ее формование и сушку до полного затвердевания, отличающийся тем, что сначала осуществляют перемешивание порошкообразного графита с цементом, затем с песком, а сушку ведут при комнатной температуре, причем смесь содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%
| Порошкообразный графит | 15-35 |
| Цемент | 20-30 |
| Песок | 25-45 |
| Вода | Остальное |
