Technique and technology of silicates Technique and technology of silicates Техника и технология силикатов 2076-0655 85608 10.62980/2076-0655-2024-213-225 ccskpt ОСНОВНАЯ РУБРИКА MAIN RUBRIC ОСНОВНАЯ РУБРИКА ELECTRICALLY CONDUCTIVE CEMENT SYSTEMS BASED ON CARBON BLACK AND CARBON FIBER ТОКОПРОВОДЯЩИЕ ЦЕМЕНТНЫЕ СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ ТЕХНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА И УГЛЕРОДНОЙ ФИБРЫ Ларсен Оксана Александровна Larsen Oksana Alexandrovna larsen.oksana@mail.ru Бахрах Антон Михайлович Bakhrakh Anton Mikhailovich bahrah@erkon-beton.ru 07 11 2024 07 11 2024 31 3 213 224 03 06 2024 26 06 2024 https://tsilicates.ru/en/nauka/article/85608/view

Представлен подход к получению токопроводящего бетона со свойством нагревания на основе портландцементного вяжущего и токопроводящих компонентов. Рассмотрено влияние содержания вводимых в бетонную смесь то-копроводяших компонентов, представляющих собой технический углерод К-354 и П-803, графит, углеродную фибру на токопроводящие свойства. Изучено влияние присутствия в поровом пространстве бетона свободной воды на формирование токопроводящей структуры при содержании токопроводящих компонентов ниже порога протекания электрического тока. Показано влияние объемной концентрации токопроводящих компонентов на величину удельного электрического сопротивления и ее изменение в процессе твердения в возрасте от 3 до 56 суток. Получены составы композиционного токопроводящего материала на основе портландцемента, технического углерода и углеродной фибры, обладающие удельным электрическим сопротивлением от 1,12 до 0,26 Ом·м в возрасте 56 суток существенно не изменяющимися в процессе твердения и дальнейшего использования.

An approach to the production of conductive concrete with the heating property based on a Portland cement binder and conductive components is presented. The influence of the content of conductive components introduced into the con-crete mixture, which are carbon black K-354 and P-803, graphite, carbon fiber on conductive properties, is considered. The influence of the presence of free water in the pore space of concrete on the formation of a conductive structure with the content of conductive components below the percolation threshold of electric current has been studied. The influence of the volume concentration of conductive components on the value of electrical resistivity and its change during the hardening process at the age of 3 to 56 days is shown. The compositions of a composite conductive material based on Portland cement, carbon black and carbon fiber with a specific electrical resistance from 1.12 to 0.26 Ohm·m at the age of 56 days are obtained, which do not change significantly during hardening and further use.

 портландцемент технический углерод углеродная фибра удельное электрическое сопротивление Portland cement carbon black carbon fiber electrical resistivity Работа выполнена в НИУ МГСУ в рамках реализации Программы развития университета «ПРИОРИТЕТ 2030». Проект 3.1 «Научный прорыв в строительной отрасли – новые технологии, новые материалы, новые методы». The work was carried out at NIU MSCU within the framework of the University Development Program “PRIORITY 2030”. Project 3.1 “Scientific breakthrough in the construction industry - new technologies, new materials, new methods”.

Гуль В.Е. Шенфиль Л.З. Электропроводящие полимерные композиции. М.: Химия, 1984. 240 с. Gul' V.E. Shenfil' L.Z. Elektroprovodyaschie polimernye kompozicii. M.: Himiya, 1984. 240 s. Балкевич В.Л. Техническая керамика: Учебное пособие для вузов, 2-еизд., перераб. и доп. М.: Стройиздат, 1984. 256 с. Balkevich V.L. Tehnicheskaya keramika: Uchebnoe posobie dlya vuzov, 2-eizd., pererab. i dop. M.: Stroyizdat, 1984. 256 s. Горелов В.П. Применение резин с электропроводящим углеродом ПМЭ-100В в электрообогреваемых панелях сельскохозяйственного назначения // Получение и свойства электропроводящего технического углерода. М., 1981. С. 12--123. Gorelov V.P. Primenenie rezin s elektroprovodyaschim uglerodom PME-100V v elektroobogrevaemyh panelyah sel'skohozyaystvennogo naznacheniya // Poluchenie i svoystva elektroprovodyaschego tehnicheskogo ugleroda. M., 1981. S. 12--123. Новые материалы. / Под ред. Ю.С. Карабасова. М: «МИСиС», 2002. 736 с. Novye materialy. / Pod red. Yu.S. Karabasova. M: «MISiS», 2002. 736 s. Вороженцев Ю.И., Гольдаде В.А., Пинчук Л.С., Снежков В.В. Электрические и магнитные поля в технологии получения полимерных композитов / под ред. А.И. Свириденка. Минск: Наука i тэхнiка, 1990. 26 с. Vorozhencev Yu.I., Gol'dade V.A., Pinchuk L.S., Snezhkov V.V. Elektricheskie i magnitnye polya v tehnologii polucheniya polimernyh kompozitov / pod red. A.I. Sviridenka. Minsk: Nauka i tehnika, 1990. 26 s. Электрические свойства полимеров / под ред. Б.И. Сажина: 3-е изд. Л., 1986. 224 с. Elektricheskie svoystva polimerov / pod red. B.I. Sazhina: 3-e izd. L., 1986. 224 s. Wyzkiewicz I. et al. Self-regulationg heater for microfluidic reac-tors // Sensor Actuat B-Chem. 2014. No. 1. Pp. 893-896. DOI: 10.1007/s11483-007-9043-6. Wyzkiewicz I. et al. Self-regulationg heater for microfluidic reac-tors // Sensor Actuat B-Chem. 2014. No. 1. Pp. 893-896. DOI: 10.1007/s11483-007-9043-6. Дувакина Н. И. Выбор наполнителей для придания специальных свойств полимерным материалам / Н. И. Дувакина, Н. И. Ткачева // Пластические массы. – 1989. № 11. C. 46 – 48. Duvakina N. I. Vybor napolniteley dlya pridaniya special'nyh svoystv polimernym materialam / N. I. Duvakina, N. I. Tkacheva // Plasticheskie massy. – 1989. № 11. C. 46 – 48. Архипов Н. В. Электрические свойства порошков технического углерода / Н. В. Архипов, В. Н. Аникеев // Совершенствование технологии производства активных и среднеактивных марок технического углерода: сб. науч. тр. ВНИИТУ. М., 1986. C.143-147. Arhipov N. V. Elektricheskie svoystva poroshkov tehnicheskogo ugleroda / N. V. Arhipov, V. N. Anikeev // Sovershenstvovanie tehnologii proizvodstva aktivnyh i sredneaktivnyh marok tehnicheskogo ugleroda: sb. nauch. tr. VNIITU. M., 1986. C.143-147. Эстрин Р. И. Объем и размеры пор в первичных агрегатах технического углерода как факторы, влияющие на электрические характеристики вулканизаторов / Р. И. Эстрин, Н. Я. Овсянников // Вестник МИТХТ. 2008. Т. 3. № 3. С. 1-7. Estrin R. I. Ob'em i razmery por v pervichnyh agregatah tehnicheskogo ugleroda kak faktory, vliyayuschie na elektricheskie harakteristiki vulkanizatorov / R. I. Estrin, N. Ya. Ovsyannikov // Vestnik MITHT. 2008. T. 3. № 3. S. 1-7. Sircar A. K. Effect of carbon-black particle-size distribution on electrical-conductivity / A. K. Sircar, T. G. Lamond // Rubber Chem. Technol. 1978. Vol. 51. P. 126. Sircar A. K. Effect of carbon-black particle-size distribution on electrical-conductivity / A. K. Sircar, T. G. Lamond // Rubber Chem. Technol. 1978. Vol. 51. P. 126. Voet A. Investigation of carbon chains in rubber vulcanizates by means of dynamic elecrical conductivity / A.Voet, F. R. Cook // Rubber Chem. Technol. 1968. Vol. 41. P. 1207. Voet A. Investigation of carbon chains in rubber vulcanizates by means of dynamic elecrical conductivity / A.Voet, F. R. Cook // Rubber Chem. Technol. 1968. Vol. 41. P. 1207. Boonstra B. Performance of Carbon Blacks - Influence of Sur-face Roughness and Porosity / B. B. Boonstra, E. M. Dannenberg // Industrial and Engineering Chemistry. 1955. Vol. 47. P. 339. Boonstra B. Performance of Carbon Blacks - Influence of Sur-face Roughness and Porosity / B. B. Boonstra, E. M. Dannenberg // Industrial and Engineering Chemistry. 1955. Vol. 47. P. 339. Medalia A. I. Electrical conduction in carbon black composites / A. I. Medalia // Rubber Chemichal Technology. 1986. Vol. 59. P. 432. Medalia A. I. Electrical conduction in carbon black composites / A. I. Medalia // Rubber Chemichal Technology. 1986. Vol. 59. P. 432. Verhelst W. F. The role of morphology and structure of carbon blacks in the electrical conductance of vulcanizates / W.F. Verhelst [et al.] // Rubber Chemical Technology. 1977. V. 50. P. 735. Verhelst W. F. The role of morphology and structure of carbon blacks in the electrical conductance of vulcanizates / W.F. Verhelst [et al.] // Rubber Chemical Technology. 1977. V. 50. P. 735. Kraus G. Electrical Conductivity of Carbon Black-Reinforced Elastomers / G. Kraus, J. F.Svetlik // Journal of Electrochemical Society. 1956. V. 103. P. 337. Kraus G. Electrical Conductivity of Carbon Black-Reinforced Elastomers / G. Kraus, J. F.Svetlik // Journal of Electrochemical Society. 1956. V. 103. P. 337. Киселева Е.А. Управление электросопротивлением резин путем регулирования дефектностью структуры дисперсного углерода / Е. А. Киселева Г. И. Раздьяконова // Динамика систем, механизмов и машин. 2012. № 3. С. 192-196. Kiseleva E.A. Upravlenie elektrosoprotivleniem rezin putem regulirovaniya defektnost'yu struktury dispersnogo ugleroda / E. A. Kiseleva G. I. Razd'yakonova // Dinamika sistem, mehanizmov i mashin. 2012. № 3. S. 192-196. Ягубов В.С., Щегольков А.В. Саморегулируемый электронагреватель на основе эластомера, модифицированный многослойными углеродными нанотрубками // Вестник ВГУИТ. 2018. Т. 80. № 3. С. 341–345. Yagubov V.S., Schegol'kov A.V. Samoreguliruemyy elektronagrevatel' na osnove elastomera, modificirovannyy mnogosloynymi uglerodnymi nanotrubkami // Vestnik VGUIT. 2018. T. 80. № 3. S. 341–345. Ягубов В.С., Щегольков А.В. Влияние различных типов углеродных нанотрубок и их концентраций на электрофизические параметры электронагревателей с саморегулированием температуры // Вестник ТГТУ. 2019. Т. 25. № 4. С. 678–689. Yagubov V.S., Schegol'kov A.V. Vliyanie razlichnyh tipov uglerodnyh nanotrubok i ih koncentraciy na elektrofizicheskie parametry elektronagrevateley s samoregulirovaniem temperatury // Vestnik TGTU. 2019. T. 25. № 4. S. 678–689. Абдуллин М.И., Глазырин А.Б, Басыров А.А., Гадеев А.С., Николаева А.А. Электропроводящие полимерные композиции на основе поливинилацетата // Пластические массы. 2018. № 1-2. С. 54-57. Abdullin M.I., Glazyrin A.B, Basyrov A.A., Gadeev A.S., Nikolaeva A.A. Elektroprovodyaschie polimernye kompozicii na osnove polivinilacetata // Plasticheskie massy. 2018. № 1-2. S. 54-57. Баженов Ю.М. Технология бетона: учебник для студентов высших учебных заведений / Ю.М. Баженов. М.: Издательство АСВ, 2011. 375с. Bazhenov Yu.M. Tehnologiya betona: uchebnik dlya studentov vysshih uchebnyh zavedeniy / Yu.M. Bazhenov. M.: Izdatel'stvo ASV, 2011. 375s. Терехин И.А., Кремлев И.А., Кондратьев Ю.В. и др. Модельное представление сухого бетона железобетонного фундамента контактной сети, как электрического проводника // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. – 2015. – № 3. – С. 88–92. Terehin I.A., Kremlev I.A., Kondrat'ev Yu.V. i dr. Model'noe predstavlenie suhogo betona zhelezobetonnogo fundamenta kontaktnoy seti, kak elektricheskogo provodnika // Nauchnye problemy transporta Sibiri i Dal'nego Vostoka. – 2015. – № 3. – S. 88–92. Титова Т.С., Сацук Т.П., Терехин И.А., Тарабин И.В. Оценка условий электробезопасности при применении опор контакт-ной сети в качестве естественных заземлителей // Электротех-ника. – 2021. – № 2. – С. 7–11. Titova T.S., Sacuk T.P., Terehin I.A., Tarabin I.V. Ocenka usloviy elektrobezopasnosti pri primenenii opor kontakt-noy seti v kachestve estestvennyh zazemliteley // Elektroteh-nika. – 2021. – № 2. – S. 7–11. Федюк Р.С., Кузьмин Д.Е., Батаршин В.О., и др. Электропроводящие бетоны для специальных сооружений // Безопасность строительного фонда России. Проблемы и решения. – 2017. – № 1. – С. 51–57. Fedyuk R.S., Kuz'min D.E., Batarshin V.O., i dr. Elektroprovodyaschie betony dlya special'nyh sooruzheniy // Bezopasnost' stroitel'nogo fonda Rossii. Problemy i resheniya. – 2017. – № 1. – S. 51–57. Galao O., Banon L., Carmona J., Highly conductive carbon fiber reinforced concrete for icing prevention and curing. // Construction and building materials, № 52. pp. 137-145, 2016. Galao O., Banon L., Carmona J., Highly conductive carbon fiber reinforced concrete for icing prevention and curing. // Construction and building materials, № 52. pp. 137-145, 2016. Gomis J., Galao O., Gomis V., Zornoza P., Self-heating and deicing conductive cement. // Construction building materials, № 75. pp. 442-449, 2015. Gomis J., Galao O., Gomis V., Zornoza P., Self-heating and deicing conductive cement. // Construction building materials, № 75. pp. 442-449, 2015. Yu X., Kwon E., Carbon Nanotube Based Self-sensing Concrete for Pavement Structural Health Monoliting, // Cement and concrete composites, № 54. pp. 110-116, 2014. Yu X., Kwon E., Carbon Nanotube Based Self-sensing Concrete for Pavement Structural Health Monoliting, // Cement and concrete composites, № 54. pp. 110-116, 2014. Sircar A. K. Effect of carbon-black particle-size distribution on electrical-conductivity / A. K. Sircar, T. G. Lamond // Rubber Chem. Technol. 1978. Vol. 51. P. 126. Sircar A. K. Effect of carbon-black particle-size distribution on electrical-conductivity / A. K. Sircar, T. G. Lamond // Rubber Chem. Technol. 1978. Vol. 51. P. 126. Voet A. Investigation of carbon chains in rubber vulcanizates by means of dynamic elecrical conductivity / A.Voet, F. R. Cook // Rubber Chem. Technol. 1968. Vol. 41. P. 1207. Voet A. Investigation of carbon chains in rubber vulcanizates by means of dynamic elecrical conductivity / A.Voet, F. R. Cook // Rubber Chem. Technol. 1968. Vol. 41. P. 1207. Boonstra B. Performance of Carbon Blacks - Influence of Surface Roughness and Porosity / B. B. Boonstra, E. M. Dannenberg // Industrial and Engineering Chemistry. 1955. Vol. 47. P. 339. Boonstra B. Performance of Carbon Blacks - Influence of Surface Roughness and Porosity / B. B. Boonstra, E. M. Dannenberg // Industrial and Engineering Chemistry. 1955. Vol. 47. P. 339. Medalia A. I. Electrical conduction in carbon black composites / A. I. Medalia // Rubber Chemichal Technology. 1986. Vol. 59. P. 432. Medalia A. I. Electrical conduction in carbon black composites / A. I. Medalia // Rubber Chemichal Technology. 1986. Vol. 59. P. 432. Самченко, С. В. Формирование и генезис структуры цементного камня / С. В. Самченко. – 2-е издание. – Москва: Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет, 2020. – 288 с. – ISBN 978-5-7264-2808-6. – EDN KCBIBU. Samchenko, S. V. Formirovanie i genezis struktury cementnogo kamnya / S. V. Samchenko. – 2-e izdanie. – Moskva: Nacional'nyy issledovatel'skiy Moskovskiy gosudarstvennyy stroitel'nyy universitet, 2020. – 288 s. – ISBN 978-5-7264-2808-6. – EDN KCBIBU. Urkhanova L.A., Buyantuev S.L., Urkhanova A.A., Lkhasara-nov S.A., Ardashova G.R., Fediuk R.S., Svintsov A.P., Ivanov I.A. Mechanical and electrical properties of concrete modified by carbon nanoparticles // Magazine of Civil Engineering. 2019. №8 (92). Urkhanova L.A., Buyantuev S.L., Urkhanova A.A., Lkhasara-nov S.A., Ardashova G.R., Fediuk R.S., Svintsov A.P., Ivanov I.A. Mechanical and electrical properties of concrete modified by carbon nanoparticles // Magazine of Civil Engineering. 2019. №8 (92). Seongwoo Gwon, Hyunjun Kim, Myoungsu Shin, Self-heating characteristics of electrically conductive cement composites with carbon black and carbon fiber, Cement and Concrete Composites, Volume 137, 2023, 104942, ISSN 0958-9465. Seongwoo Gwon, Hyunjun Kim, Myoungsu Shin, Self-heating characteristics of electrically conductive cement composites with carbon black and carbon fiber, Cement and Concrete Composites, Volume 137, 2023, 104942, ISSN 0958-9465. Пулатов А.А., Бетон электропроводный пластического формования на электрокомпозиционном вяжущем. / А.А. Пулатов. — Москва: МГСУ, 1995. — 150с. Pulatov A.A., Beton elektroprovodnyy plasticheskogo formovaniya na elektrokompozicionnom vyazhuschem. / A.A. Pulatov. — Moskva: MGSU, 1995. — 150s. Ларсен О.А., Бахрах А.М. Композиционное вяжущее для токопроводящего бетона //Техника и технология силикатов. 2021. Т. 28. №3. С. 127 – 131 Larsen O.A., Bahrah A.M. Kompozicionnoe vyazhuschee dlya tokoprovodyaschego betona //Tehnika i tehnologiya silikatov. 2021. T. 28. №3. S. 127 – 131