Спеціальні властивості бетонів, модифікованих сіркою

Питомий електроопір висушеного до постійної маси і просоченого розплавом сірки цементного бетону збільшується з 104-105 до 1012 -1013 Омм; розплавом сірки, модифікованої 5% ДЦПД від маси сірки – до 1014-1015 Омм.

Основною причиною зниження електроопору і діелектричних властивостей бетону є зволоження як у результаті адсорбційного, так і дифузійного переносу вологи, причому в непросоченого бетону переважає перший, а в просоченого – другий.

Перевірка стабільності електроопору і діелектричних характеристик, просочених сіркою зразків протягом 200 діб в різних температурно-вологісних умовах показала наступне:

- при випробуванні зразків у нормальних умовах ( = 40-60%, Т = 20  5 °С) не було зафіксовано збільшення вологості бетону, завдяки чому електричні властивості залишилися практично без змін;

- в атмосфері, насиченій парами води, та при підвищеній температурі ( = 70-90%, Т = 60-80 °С) була помітна зміна електричних властивостей у прямій залежності від вологості, однак вони залишалися досить високими, що пояснюється низькою вологістю зразків, яка складала не більше 1, 5% за масою;

– при збереженні зразків у воді (Т = 20-25 °С) в результаті водонасичення їхні електричні властивості змінилися на один-два порядки.

Зразки, просочені модифікованою сіркою у всіх випадках мали більш високі значення електроопору, які співставні з цими ж величинами цементних бетонів, просочених мономерами з наступною їх полімеризацією термокаталітичним чи -радіаційним способами. Це пояснюється аморфно-кристалічною структурою сірки, що менш чуттєва до температурних змін і більшою адгезією до компонентів цементної матриці.

Для одержання бетонів з високими діелектричними властивостями і їх високою стабільністю, необхідно режим сушіння цементного бетону перед просоченням приймати згідно рекомендацій А. Ф. Бернацького для одержання електроізоляційних цементних бетонів. У цьому випадку з пор і капілярів буде вилучена не тільки вільна вода, але і частина фізичної і кристалохімічної, що підвищує електроопір бетону з 104-105 до 109-1011 Омм.

Оскільки при збільшенні віку бетону з моменту його виготовлення до моменту просочення розплавом сірки в структурі підвищується кількість хімічно зв’язаної води, що видаляється тільки при прожарюванні бетону, сушіння і просочування цементного бетону варто робити в “молодому” віці при максимальній кількості вільної води, що видаляється при “шкодуючих” структуру бетону температурах (не вище 120 °С).

У результаті вимірів коефіцієнта паропроникності за ГОСТ 12852 непросочених і просочених сіркою зразків встановлено, що зниження паропроникності приводить до зниження дифузійного масопереносу вологи і сприяє збільшенню електроопору та стабілізації діелектричних характеристик цементного бетону, просоченого розплавом сірки.

Розрахунок електроопору цементного бетону в залежності від вологості можна робити за залежністю, що встановлена для бетону, просоченого петролатумом з відповідною зміною коефіцієнта структури (А) і показника (n), що відображає зниження електропровідності з ростом вологості (W) у рівнянні на основі матричної моделі, запропонованої В. І. Одолевським вигляду:

 . (1)

Порівняльний аналіз піщаного бетону, просоченого петролатумом, як найбільш ефективного технологічного рішення, з аналогічним бетоном, просоченим сіркою (табл. 1) показав, що просочення сіркою не тільки не знижує електричні властивості попередньо висушеного бетону, але і, у випадку просочення модифікованою сіркою, підвищує на порядок електроопір і знижує діелектричну проникність бетону. Причину цього варто шукати в особливостях структури і властивостей полімерної модифікації сірки, що вимагає спеціальних фізико-хімічних і електрофізичних досліджень.

Випробування сірчаних мастик і бетонів показали, що одним з факторів, які визначають електричні властивості, як і для цементних бетонів, є наявність вологи. Навіть незначне її попа-дання в структуру матеріалу викликає зниження електроопору і підвищення електропровідності.

Технологія виготовлення сірчаних мастик і бетонів передбачає введення до складу суміші висушених до постійної маси мінеральних матеріалів, тому вплив їхньої вологості відіграє менш помітну роль, ніж при технології виготовлення і наступній експлуатації цементного електроізоляційного бетону. Однак, навіть при сушінні мінеральних компонентів на їх поверхні й у структурі, особливо при використанні пористих компонентів, залишається хімічно зв’язана вода, що відіграє досить значну роль у електроопорі.

Сірчані мастики і бетони характеризуються низькою експлуатаційною вологістю, яка з часом змінюється незначно, тому у твердій фазі цих матеріалів визначальну роль у забезпеченні високих електроізоляційних властивостей відіграє сірка з її високим електроопором  = 1019 Омм, у той час як мінеральні складові мають опір порядку 107 – 1014 Омм.

 

Таблиця 1

Порівняльні характеристики піщаного цементного бетону, просоченого петролатумом і сіркою

Характеристика Петро-латум Сірка криста-лічна Бетон електро-ізоляційний Бетон, просочений

петрола-тумом сіркою модифікова-ною сіркою

Питомий електроопір, Ом∙м 1011-1012 1015-1017 109-1011 1012 1012 1013

Діелектрична проникність 3 – 4 3, 5 – 4, 6 6 – 10 5 5, 2 3, 5

Тангенс кута діелектричних втрат 0, 01-0, 05 0, 02 0, 05-0, 2 0, 03 0, 025 0, 012

Коефіцієнт діелек-тричних втрат 0, 03-0, 20 0, 08 0, 3-2, 0 0, 15 0, 13 0, 04

 

Електроізоляційні властивості сірчаних мастик і бетонів залежать також від виду наповнювачів і заповнювачів, їхньої пористості і кількості в їх структурі адсорбційної хімічно зв’язаної води. Наповнення мастики меленим менілітовим сланцем і модифікування сірки дициклопентадієном підвищує, у