ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ПОЛУЧЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ РАЗНОГО ДИАПАЗОНА СВОЙСТВ. ЧАСТЬ 2
Второй путь - создание политропных материалов, т.е. другой, более масштабный
уровень рассмотрения композиции в целом. Они состоят из слоев и могут “набираться”
по отдельности или одновременно. При одновременном решении, поскольку, может быть получен материал, например,
двухслойный, каждый из слоев которого - тяжелый бетон и легкий - будет объединять
дисперсионная среда в виде твердеющего цемента и отличать только заполнитель
- твердый или газообразный.
Предположим, что тяжелый бетон с теплозащитной твердой пеной - покрытием нужного
размера может быть достаточно легко получен с одновременным или близким по времени
твердением. Количество слоев, вообще говоря, может не ограничиваться двумя,
но сама композиция должна выигрывать по свойствам еще и потому, что тепло, выделяющееся
в бетоне по медленно идущим реакциям, пока не исчерпается термодинамический
резерв (4), аккумулируется покрытием и таким образом сохраняется. Таким образом
можно получить стеновой полифункциональный материал единой природы.
Механика разрушения таких конструкций отличается, поскольку содержит больше
резервов для гашения напряжений.
Но такого рода симбиоз может быть рассмотрен и для другой композиции: цементный
кладочный раствор - кирпич. Создание поризованного раствора
придало бы всей конструкции более высокие теплозащитные показатели
и приблизило бы КТР материалов, что так же сказалось бы на долговечности.
Следующая, как нам представляется, особая характеристика материалов третьего
тысячелетия, которая также предполагает природосохранность за счет более длительного
срока службы изделий (например, в условиях коррозии блуждающими токами), а также
за счет изготовления изделий, обладающих пониженным потреблением электроэнергии
при эксплуатации. В первом случае определяющим свойством материалов являются
диэлектрические свойства, а во-втором - электропроводность. В наших работах
предложена технология изготовления светящихся бетонов, которые востребуются
при эксплуатации авто- и железных дорог высокой протяженности.
Светящийся бетон является электролюминесцентным источником света и представляет
собой систему из электропроводящего бетона и электролюминесцентного покрытия,
обладающего новым для бетонного изделия свойством - излучать свет под действием
переменного электрического поля. Электролюминисцентное покрытие может излучать
свет любого цвета, в том числе и белого. Кроме того, покрытие обладает влаго-
и маслозащитными свойствами. Электролюминесцентные источники света (ЭЛИС) на
основе порошковых люминофоров получают все большее распространение благодаря
малой потребляемой мощности ( 5мВт/кв.см), малым габариту и весу изделия, а
также возможности формирования больших светящихся поверхностей сложной геометрии.
С помощью ЭЛИС можно создавать неподвижные и движущиеся световые изображения
любой формы, менять их цвет и яркость. Сфера применения ЭЛИС - это цветовые
указатели, мнемосхемы, аварийные источники света, реклама и средство декоративного
оформления помещений. Конструкция
ЭЛИС включает электролюминисцентный и диэлектрический функциональные слои, которые
заключены между прозрачным и непрозрачным электродами (5). В качестве подложки-электрода
использовался
электропроводящий бетон, а в качестве остальных функциональных слоев
- ЭЛИС-наполненные полимеры. Для получения электропроводящих бетонов в качестве
вяжущего использован портландцемент
Пикалевского завода ПЦ 400-ДО. Электропроводной составляющей служили порошки
железа и вольфрама, технический углерод и сажа. Снижение усадочных напряжений
образцов электропроводного бетона обеспечивалось использованием заполнителя
- природного кварцевого песка в естественном состоянии или молотого, а также
шунгизитового песка, полученного дроблением шунгизита до размера зерен менее
5мм. Подвижность смесей соответствовала расплыву конуса 120мм.
Введение электропроводных наполнителей снижает удельное объемное сопротивление
бетона (в сравнении с контрольным составом № 5). Наименьшее удельное сопротивление
имеет бетон, содержащий, кроме электропроводного наполнителя, углесодержащий
заполнитель - шунгизитовый песок. Этот состав и был использован для изготовления
светящегося бетона. Известным способом снижения электрического сопротивления
бетона является использование прессования жестких смесей (6). И в наших иследованиях
также снижение водоцементного отношения и укладка смеси с приложением нагрузки
сопровождались снижением удельного сопротивления до 80 Ом/ м. Методика изготовления изделия состояла в следующем. Сначала изготавливали
электропроводящую бетонную подложку. Затем методом литья на нее наносили последовательно
диэлектрический, электролюминесцентный функциональные слои и прозрачный электрод.
Для увеличения атмосферостойкости изделие покрывали слоем герметика. Далее к
образцу электропроводящим клеем приклеивали провода.
Бетоны опор контактных сетей, “одетые” в твердые пены, существенно повышают
свои диэлектрические параметры, что и имеет экологическое значение как борьба
с блуждающими токами и сохранение материалов.
Следующий принцип, который хотелось бы затронуть, приводит к получению долговечных
материалов - это катализ долговечности. Очевидно, что, для того чтобы замедлить
химическое взаимодействие материала с окружающей средой, необходимо повысить
энергию активации процесса взаимодействия материал - окружающая среда, что можно
достигнуть с помощью катализа, в данном случае отрицательного. Присутствие такого
рода веществ в системе является своего рода “сторожем”. Они не разрешают прохождения
основной реакции достаточно долго или замедляют ее течение, увеличивая энергетический
барьер начала процесса. В материаловедении основную роль играет гетерогенный
катализ. В рамках классической кинетики можно утверждать, что вводимые вещества
должны обеспечивать более высокую энергию активации взаимодействия, чем ее значение
для прямой основной реакции. При этом, если уровню основной реакции разрушения
материала отвечает величина энергии активации Еа1, а при введении катализирующего
вещества в систему энергия активации имеет велчиину ЕА2, то разность Е=ЕА2-ЕА1
представляет кинетический резерв долговечности КРД, и чем величина его выше,
тем медленнее будет происходить разрушение материала. Поскольку в твердеющих
системах происходят как окислительно-востановительные, так и кислотно-основные
реакции, то и катализаторы долговечности, то есть вводимые заранее вещества,
замедляющие скорость разрушения, могут быть соответственно двух типов - окислительно-восстановительного
и кислотно-основного. В системе знаний об энергиях активации КРД является функцией
величины Е и имеет в качестве единицы измерения величину энергии, то есть может
связать кинетику, термодинамику и природу прочности вещества в единые взаимосвязи.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Сватовская Л.Б. Инженерная химия. Часть I - Спб., ПГУПС, 1995, 95с.
2. Сватовская Л.Б., Соловьева В.Я., Масленникова Л.Л. и др. Инженерная химия.
Часть 2. - СПб., ПГУПС, 1998, 105 с.
3. Латутова М.Н., Сватовская Л.Б., Макарова О.Ю. Безобжиговые глино-мозаичные
смальты. В сб. научн.ста-тей “Современные проблемы экологии на ж/д транс-порте”.
- СПб., ПГУПС, 1999
4. Сватовская Л.Б. Термодинамический резерв прочности/ Цемент, 1996, № 1, с.
7...8
5. Верещагин И.К., Ковалев Б.А., Косяченко Л.А., Кокин С.М. Электролюминесцентные
источники света. - М., Энергоатомиздат, 1990, 168 с.
6. Пугачев Г.А. Управление свойствами электропроводных бетонов на основе структурно-энергетического
модели-рования. Автореферат дис. д.т.н. Москва, 1990 г., 43с.
