Резистивні матеріали будівельного призначення на основі лужних в'яжучих систем

16. Пушкарева Е. К., Гузий С. Г. Специальные электропроводные покрытия на основе щелочных алюмосиликатных вяжущих веществ // Тез. докл. VII Междунар. науч. -практ. конф. “Защитные строительные материалы и конструкции”. – С. Пб. : СПбИИЖТ. – 1995. – С. 41-42.

17. Пушкарева Е. К., Гузий С. Г. Структура и электротехнические свойства резистивных материалов на основе щелочных вяжущих веществ // Материалы Междунар. семинара “Структурообразование, разрушение композиционных строительных материалов и конструкций”. – О. : ОГАСА. – 1996. – С. 45-46.

18. Романенко Н. Е., Гузий С. Г. Совершенствование процесса обезвреживания горючих примесей в отбросных газах // 19 th Int. Sc. Symp. of students and young research workers. – Poland: Zielowa Gora. – Kwiecien. – 1997. – Vol. 1. – P. 254-257.

19. Guziy S. G. The studies on properties of the resistive composite materials based on alkaline cements in a systems “b-C2S – (Fe, FeSi, SiC, C) – Na2OЧnSiO2ЧmH2O” // Alkaline Cements and Concretes: Proc. of the Second Int. Conf. – Kiev: ORANTA Ltd. – 1999. – P. 599-610.

20. Пушкарева Е. К., Гузий С. Г. Применение методов математического планирования эксперимента для оптимизации составов электропроводных материалов // Материалы к 40-му междунар. семинару по моделированию и оптимизации композитов ”Моделирование и оптимизация в материаловедении” (MOK'40). – О. : Астропринт. – 2001. – С. 76-77.

21. Пушкарева Е. К., Гузий С. Г. Изучение влияния дисперсного углерода на электромеханические свойства электропроводных материалов на основе щелочных вяжущих систем // Тез. докл. XXXVII Междунар. семинара “Актуальные проблемы прочности”. – К. : ИПМ. – 2001. – С. 359-360.

 

 

Гузій С. Г. Резистивні матеріали будівельного призначення на основі лужних в'яжучих систем. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05. 23. 05 – будівельні матеріали та вироби. – Київський національний університет будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України, Київ, 2002.

В роботі теоретично обгрунтована та практично підтверджена можливість отримання на основі лужних в'яжучих систем резистивних матеріалів будівельного призначення, що складаються з діелектричної матриці та струмопровідних заповнювачів. Встановлено, що стабільність електрофізичних властивостей резистивних матеріалів в робочому інтервалі температур 293-1073К досягається за рахунок направленого синтезу діелектричної матриці, що представлена низькоосновними силікатами кальцію групи воластоніта (a-CS, b-CS), які характеризуються максимальним значенням питомого опору серед відомих силікатів кальцію. Запропоновано склади високо- та низькоомних матеріалів на основі техногенної сировини. встановлено технологічні параметри синтезу резистивних матеріалів та розроблено основи технології їх виробництва. Отримані резистивні матеріали застосовані як нагрівальні елементи в конструкціях гріючих панелей.

Ключові слова: лужні в'яжучі системи, резистивні матеріали, питомий електричний опір, нагрівальні елементи, гріючі панелі.

 

 

Гузий С. Г. Резистивные материалы строительного назначения на основе щелочных вяжущих систем. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05. 23. 05 – строительные материалы и изделия. – Киевский национальный университет строительства и архитектуры Министерства образования и науки Украины, Киев, 2002.

Современный уровень развития и производства резистивних элементов и греющих конструкций на их основе требует разработки электропроводных материалов с регулированными электро-, тепло- и физико-механическими характеристиками, которые эксплуатируются в диапазоне температур 293-1073К.

На сегодняшний день существует несколько направлений развития электропроводных композиций на основе минеральных вяжучих веществ, которые включают возможность получения эффективных материалов за счет введения заполнителей с электронным типом проводимости, использование новых видов вяжучих веществ, а также введение диэлектрического компонента в структуру композиционного материала.

Анализ известных решений показывает, что наиболее целесообразным является развитие последнего направления, причем, изменение количества диэлектрической составляющей в составе резистивних композиций разрешает регулировать эксплуатационные свойства получаемых материалов.

Анализ теоретических положений в области композиционного построения резистивних материалов с заданными свойствами, а также данных о снижении основности новообразований, которые формируются при гидратации силикатов кальция в присутствии щелочных соединений, позволяет предположить возможность получения в системе “? -C2S-SiC-C-Na2OЧnSi2Чm2O” электропроводных композиций со стабильными характеристиками, отличающихся расширенным температурным интервалом эксплуатации и долговечностью, за счет направленного формирования в их структуре диэлектрической матрицы, которая представлена низкоосновными силикатами кальция, характеризующимися максимальным значением удельного сопротивления по сравнению с известными силикатами кальция. Обеспечение стабильности электрофизических свойств резистивних материалов возможно достичь за счет минимального изменения электрофизических характеристик матрицы в рабочем диапазоне температур.

Разработаны физико-химические основы получения резистивных материалов с заданными электрофизическими свойствами в рабочем диапазоне температур (293-1073К) на основе щелочных вяжущих и углеродсодержащих заполнителей. Показано, что стабильность электрофизических свойств резистивных материалов достигается за счет применения щелочных вяжущих и направленного синтеза диэлектрической матрицы, состав продуктов гидратации и дегидратации которой представлен смесью низкоосновных силикатов кальция (a-CS и b-CS), характеризующихся максимальным значением удельного электрического сопротивления среди известных силикатов кальция. Установлено взаимовлияние диэлектрической матрицы и функциональных углеродсодержащих заполнителей на формирование электрофизических характеристик получаемых материалов; показано, что при введении карбида кремния в систему “b-C2S – Na2OЧnSiO2ЧmH2O”, данный компонент выполняет функцию не только электропроводного (величина удельного сопротивления резистивного материала не более 106 ОмЧм), но и структурообразующего элемента, способствуя увеличению количества диэлектрической составляющей за счет, дополнительного синтеза волластонита в составе продуктов обжига матрицы; в то же время, введение графита в щелочную систему, наряду с карбидом кремния, приводит к перераспределению зарядов на поверхности зерен последнего и снижает величину “запорного слоя”, что позволяет получить материалы с пониженными значениями удельного сопротивления 10-2-103 ОмЧм.

Разработаны принципы композиционного построения резистивных материалов строительного назначения, учитывающие характеристики диэлектрической матрицы и особенности заполнителей. Так, использование карбида кремния в качестве заполнителя позволяет синтезировать высокоомные материалы (нелинейные сопротивления, работающие в режиме кратковременном включения), а применение последнего вместе с углеродом – низкоомные материалы (электронагреватели), работающие в режимах длительного включения.

Разработаны составы высоко- и низкоомных резистивных материалов на основе щелочных вяжущих и изучены их основные физико-механические и электрофизические характеристики в интервале температур 293-1073К.

установлены технологические параметры синтеза резистивных материалов со стабильными электрофизическими свойствами и разработаны основы технологии получения резистивных материалов (нелинейных сопротивлений и нагревательных элементов), причем в качестве исходных компонентов могут быть использованы не только химически чистые вещества (SiC, C), но и отходы производства огнеупорной и абразивной промышленности.

Резистивные материалы оптимального состава апробированы при выпуске опытной партии греющих панелей в количестве 50 шт., конструкция которых предусматривает использование разработанных нагревательных элементов в количестве 6 шт. на одну греющую панель, в производственной фирме “ПЕК” г. Белая Церковь. Использование полученных нагревательных элементов (вместо известных бетэлов) в составе греющих панелей позволило в 5, 3 раза повысить срок их службы в сушильном агрегате производственной фирмы “ПЕК”. Экономический эффект от внедрения данной разработки составляет 234 грн. 36 коп. на одну греющую панель.

Ключевые слова: щелочные вяжущие системы, резистивные материалы, удельное электрическое сопротивление, нагревательные элементы, греющие панели.

 

 

Guziy S. G. Resistive materials for use in construction based on alkaline binding systems. – Manuscript.

Dissertation research for obtaining a scientific degree of candidate of technical sciences in speciality 05. 23. 05 – building materials and articles. – Kyiv National University of Construction and Architecture, Ministry of Education and Science of Ukraine, Kyiv, 2002.

The work gives theoretical background and practical proofs to possibility of producing the resistive materials, consisting of a dielectric matrix and current-conducting fillers from the alkaline binding systems intended for a wide range of uses in construction. The research results allow to conclude that stability of electro- physical properties of the resistive materials within a range of working temperatures between 293-1073 K may be reached at the expense of a directed synthesis of a dielectric matrix, which is represented by low basic calcium silicates of wollastonite (a-CS, b-CS) type characterized by a maximum value of specific electrical resistivity among the known calcium silicates. The optimal formulations of the materials with high and low electrical resistivity using wastes and by- products, the process parameters for synthesis of the resistive materials and the bases of manufacturing technology have been developed. The produced resistive materials have been tried as heating elements in the heating panels.

Keywords: alkaline binding systems, resistive materials, specific electrical resistivity, heating elements, heating panels.