Размещено на http://allbest.ru

Вінницький державний технічний університет

УДК 621. 793.75 :666. 97

Антистатичні покриття із бетелу-м

М.С. Лемешев

Проблема боротьби із накопиченням електростатичного заряду актуальна для багатьох галузей промисловості, в яких мають місце процеси роздрібнення, переливання, тертя, розпилення, стиск або взагалі порушення контакту між тілами.

Статична електрика в даний час перетворилася в недолік ряду галузей виробництва і приносить великий збиток народному господарству. Зокрема, часто є причиною вибухів і пожеж, забруднення і браку продукції.[1]. Електростатичний заряд накопичується не тільки на устаткуванні і матеріалах, але і на людях.

За певних умов напруга між людським тілом і землею може досягти 15 кВ і більше. При доторкуванні наелектризованої людини до заземленого електропровідного предмета відбувається іскровий розряд, що може викликати, електричний удар і навіть шок [1,2].

Світова наука зараз приділяє багато уваги боротьбі з зарядами статичної електрики. Для попередження накопичення статичної електрики передбачається іонізація повітря або середовища, загальне або місцеве зволоження повітря, застосування матеріалів, що збільшують електропровідність діелектриків, відведення зарядів за допомогою заземлення устаткування і влаштування електропровідних підлог.

Найбільш ефективним засобом захисту у вибухонебезпечних приміщеннях є влаштування електропровідних підлог, виготовлених із доступних недорогих матеріалів. Таким матеріалом може бути бетел-м (бетон електропровідний металонасичений), який використовується в даний час для виготовлення низькотемпературних електро-нагрівачів 3-6.

Для використання бетела-м у зазначених цілях необхідно було розробити технологію виготовлення покриття, підібрати склад бетела, що забезпечував би достатню міцність на стиск (Rст20,0 МПа), електричний опір розтіканню повинен бути не більше 10⁶ Ом стосовно землі при вимірювані плоским електродом площею 20 см² [2]. Сировиною для одержання бетела-м при експериментальних дослідженнях були: портландцемент марки 400 Камянець-Подільського цементного заводу (в'яжуче); мілко дисперсний шлам Вінницького шарикопідшипникового заводу з питомою поверхнею 5000-20000 см²/г (провідна фаза); пісок кварцевий із частинками від 0,1 до 0,63 мм (мілкий наповнювач); мармурова крихта фракції 5- 10мм (крупний наповнювач).

Бетелова суміш готувалася по відпрацьованій технології [3]. Для дослідження було виготовлено декілька партій зразків у вигляді круглих пластин ( діаметром 10 см і товщиною 2,5 см ), що відрізнялися один від одного концентрацією провідної фази, видом наповнювача (кварцевий пісок або мармурова крихта) і гідротермальними умовами твердіння. Для визначення впливу умов твердіння бетела на його кінцеві характеристики були прийняті два режими твердіння.

По режиму 1, партія зразків 3 доби тверділа в камері нормального твердіння (W=98% і t=20°С), а потім 25 діб у повітряно-сухих умовах ( W =60%, t=20°С). По режиму 2, зразки усі 28 діб тверділи в камері нормального твердіння, після чого висушувалися. У процесі твердіння бетела вимірювався електричний опір, визначалася міцність на стиск через кожні 7, 14, 21 і 28 діб. Опір замірявся мостом Р-38 при зусиллі притиснення вимірювальних електродів 0,5 МПа, утворюване пресом.

Результати електричних випробувань бетелових зразків, приготовлених на кварцевому піску, приведені в табл. 1. Аналізуючи їх можна замітити, що електричний опір збільшується в усіх зразках при твердінні протягом 28 діб як по 1 так і по 2 режиму твердіння, крім партії зразків №3. Збільшення електричного опору, пояснюється тим, що на протязі всього часу твердіння відбувається збільшення степені гідратації клінкерних мінералів, а також перекресталізація гелеобразних продуктів в з'єднання з більш вираженою кристалічною структурою [4].

Таблиця 1

Щоб стабілізувати значення електричного опору необхідно зупинити гідратацію цементу, а значить вилучити хімічно незв'язану і частково хімічно зв'язану воду, методом висушування. Із табл. 1 видно, що при висушуванні зразків з концентрацією електро-провідної фази (б_у=0,20) опір додатково зростає. Сушіння бетела і з більшою концентрацією (б_у=0,3-0,4) провідної фази призводить до зниження електричного опору.

Це пояснюються тим, що електропровідність вологого бетела здійснюється за рахунок як провідної фази (металу), так і рідкої (іонної складової), причому рідка фаза має більш високий опір в порівняні з металом. При висушувані відбувається усадка бетела і видалення рідкої фази, яка знаходиться між електропровідними частинками. Видалення рідкої складової, працюючої паралельно з металевим провідником, призводить до збільшення електричного опору всієї системи. За рахунок усадки може утворитись безпосередній контакт між електропровідними частинками за певних умов( при достатній концентрації електропровідної фази і її дисперсності) 7-9, що призводить до зменшення електричного опору.

Таким чином, зменшення або збільшення електричного опору бетела після сушіння буде залежати від концентрації електропровідної фази і структури контакту який утвориться. Так, при малій кількості металу (6у=0,20) збільшення опору бетела за рахунок зникнення іонної провідності переважає над зменшенням опору за рахунок зближення частинок металу. Це пояснюється тим, що при(бу=0,20)багато частинок між собою знаходяться на значній відстані, і видалення рідкої фази не призводить до утворення прямого контакту між ними, а тверді речовини, що залишилися між частинками металу (продукти гідратації цементу й ін.) мають набагато меншу провідність, чим видалена рідка фаза. При великій концентрації провідної фази в бетелі, при (6у=0,30-0,40), багато частинок металу розділені між собою тонкою плівкою адсорбованої води і продуктами гідратації цементу.

При висушувані відбувається усадка і видалення води , в результаті чого між електропровідними частинками утворюється безпосередній контакт або контакт через тонку діелектричну плівку( до 30Е ), яка забезпечує вільне протікання електронів [10-12], що призводить до зменшення електричного опору бетела в цілому. В даному випадку зменшення опору за рахунок зближення частинок металу в результаті усадки бетелу переважає над збільшенням опору за рахунок видалення рідкої фази. Результати фізико-механічних досліджень бетела на мілкому заповнювачі (кварцевому піску) приведені у табл. 2.

Таблиця 2

Відповідно до отриманих результатів найбільш прийнятними по механічним характеристикам являються зразки покриття з концентрацією провідної фази 0,20 і 0,30, тому що обидва склади забезпечують міцність на стиск більше 20,0 МПа і достатній коефіцієнт стираності при обох режимах твердіння. Так як покриття повинно мати визначений комплекс властивостей. Розглядаючи приведені дані (табл. 1 і 2), дійдемо висновку, що по електричним характеристикам необхідно віддати перевагу бетелу із концентрацією 0,30, що забезпечує високі фізико-механічні характеристики при достатньо стабільній електропровідності.

Порівнюючи фізико-механічні характеристики зразків, що тверділи в різноманітних умовах, бачимо, що кращі показники при ідентичному складі має бетел, що твердів по 2-му режиму. Отже, у виробничих умовах для одержання максимальної міцності бетела необхідно під час його твердіння створювати умови, близькі до нормальних (W=98%, t=20°С), хоча б перші 7-14 діб.

Бетел із мілким наповнювачем (піском) має темний колір, і покладений у якості заземлюючого покриття на значній площі має неприродний вигляд, тому для одержання матеріалу з більш кращою фактурою були проведені дослідження бетэла на мармуровій крихті.

Так як основні дослідження були проведені для бетела з кварцевим піском, то зразки з мармуровою крихтою випробовувалися тільки по 2 ^му режиму твердіння. Вимір електричного опору (табл. 3) і визначення механічної міцності проводилися так само, як і для зразків із кварцевого піска.

Таблиця 3

Порівнюючи характеристики бетелу на кварцевому піску (табл. 1) і мармуровій крихті (табл. 3), слід зазначити, що при однаковій концентрації провідної фази, бетел у першому випадку має більший питомий електричний опір в порівняні з другим. Це можна пояснити, використовуючи теорію І М. Ахвердова [13], на підставі котрої необхідна кількість цементного тіста у бетоні повинна визначатися в залежності від питомої поверхні і міжзернової пустотності заповнювача:

T= t_м + t_п

де Т-повний об'єм цементного тіста (у нашому випадку цементно-металевого тіста);

t_м -- об'єм тіста, що йде на заповнення міжзернових пустот;

t_п-- об'єм тіста, що йде на покриття поверхні наповнювача.

За даними [3] пустотність піску і мармурової крихти у віброущільненому стані є практично однаковими величинами, тобто t_м =сопst. У нашому досліді кількість цементно-металевого тіста прийнята постійною, отже, і t_п буде залишатися незмінною величенною.

Так як розмір крупного наповнювача (мармурової крихти) і загальна його поверхня s_к буде менша поверхні піску s_п, то товщина прошарку тіста, що покриває кожну частинку піску, буде менша, ніж для мармурової крихти, а збільшення товщини прошарку обмазки на наповнювачі призводить до зменшення електричного опору композиції в цілому.

Бетел на мармуровій крихті має достатню механічну міцність при концентрації провідної фази 0,30 і менше (мал. 1).

Кінетика набору міцності на стиск бетела на мармуровій крихітці показує, що вже на 14-й день твердіння він має достатню механічну міцність для обробітку поверхні шліфуванням.

Також приведені значення коефіцієнта стираності для бетела на мармуровій крихітці (таб.4). заряд антистатичний бетеловий статичний

Мал. 1. Зміна міцності на стиск бетелових зразків на мармуровій крихті в процесі твердіння. 1 - концентрація металу 0,20; 2 - те ж 0.30; 3 - те ж 0.40.

Таблиця 4

Таким чином, на підставі всього комплексу експериментальних досліджень було встановлено, що для виготовлення антистатичного покриття, яке відповідає вимогам по електропровідності, фізико-механічним і естетичним характеристикам, найліпше підходить використовувати бетел на мармуровій крихті з об'ємною концентрацією метала 0,30.

Висновки

1. Для боротьби з зарядами статичної електрики можуть бути використані покриття із бетела, технологія виготовлення яких досить проста і не потребує дорогих матеріалів і спеціального устаткування.

2. З метою одержання бетелового покриття з високими фізико-механічними характеристиками при зберіганні достатньої електропровідності бетелу в перші 7-14 діб. після виготовлення варто створити умови, близькі до нормальних.

3. Для одержання антистатичного покриття із бетела, що відповідає вимогам електропровідності, фізико-механічним і естетичним вимогам, необхідно виготовляти покриття на крупному наповнювачі.

Список літератури

Максимов Б. К., Обух А. А. Статическое электричество в промышленности и защита от него. - М. , Энергия, 1989.- 80 с.

Сердюк В. Р. Бетон электропроводный металлонасыщенный. -Винница : Континент, 1993. - 239 с.

Сердюк В.Р., Христич О.В., Лемешев М.С. Пути использования дисперсных металлических шламов // Збірник наукових праць Міжнародної науково-практичної конференції «Енергозберігаючі технології. Застосування відходів промисловості в будівельних матеріалах та будівництві». - Київ : Пульсари. - 2004. - С. 119-126.

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.

Лемешев М.С. Формування структури бетелу-м в процесі твердіння під впливом змінного електричного струму // Матеріали доповідей ІІ Республіканської науково-технічної конференції “ Індівідуальний житловий будинок”. -- Вінниця: Континент, 1998. -- С.116 -- 120.

Лемешев М.С. Активний метод захисту підземних металевих споруд від електричної корозії // Матеріали доповідей ІІ Республіканської науково-технічної конференції “ Індівідуальний житловий будинок”. -- Вінниця: Континент, 1998. -- С.121 -- 124.

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.

Лемешев М. С. Формирование электрофизических характеристик образцов бетэла-м // Материалы к 44-му международному семинару по моделированию и оптимизации композитов “Моделирование и оптимизация в материаловедении" МОК'38. - Одесса: Астропринт, 1999. - С. 134.

Лемешев М.С. Встановлення основних технологічних факторів при електричному способі формування структури бетелу-м // Матеріалі 43 международного семинара по моделированию и оптимизации композитов «Моделирование и оптимизация в материаловедении», МОК' 43. - Одесса : Астропринт. - 2004. - С. 148

Ахвердов И. Н. Высокопрочный бетон. - М., Стройиздат, 1969. 160 с.

Размещено на Allbest.ru