Electrically conductive cement concrete using graphite

Capa

Citar

Texto integral

Resumo

In civil and road construction, the service life of structures is heavily influenced by the quality and properties of the construction and road-building materials used. Improving the properties of existing and commonly used materials, particularly concrete, is a high research priority. This work aims to produce electrically conductive concrete using carbonaceous additives and to assess the effect of these additives on compressive strength. The research focused on cement concrete mixes containing graphite. Laboratory testing was conducted in four stages. In the first stage, B15 concrete mixes were designed, considering the specific characteristics of the components. Based on the developed formulations, the second stage of the research involved the production of a series of heavy B15 concrete samples with varying graphite content: 0%, 33%, 50%, 66%, and 100%. The third stage involved compressive strength testing of the samples while saturated with water. Finally, the electrical and thermal characteristics of the graphite-containing samples were evaluated. Analysis showed that increasing graphite content improves electrical conductivity, enabling electrical heating of the concrete However, increased graphite content also reduces compressive strength. The practical significance of this work lies in the development of electrically conductive concrete mixes that meet specified strength requirements.

Sobre autores

S. Kuyukov

Industrial University of Tyumen

Email: kujukovsa@tyuiu.ru

P. Tretyakov

Industrial University of Tyumen

Email: tretjakovpj@tyuiu.ru

A. Testeshev

Industrial University of Tyumen

Email: testeshevaa@tyuiu.ru

A. Zamyatin

Industrial University of Tyumen

Email: zamjatinav@tyuiu.ru

A. Zhigailov

Industrial University of Tyumen

Email: zhigajlovaa@tyuiu.ru

Bibliografia

  1. Санников С. П., Куюков С. А., Жигайлов А. А. Оценка комплексного влияния нагрузки при уплотнении и материала «Типром У» на свойства цементогрунта. В сб.: Актуальные проблемы архитектуры, строительства, энергоэффективности и экологии – 2016. Т. I. Тюмень: Тюменский индустриальный университет; 2016. С. 144– 149.
  2. Sannikov S., Кuyukov S., Zamyatin A., Zhigailov A. The appliance of prefabricated soil-cement slabs processed with a hydrophobizing material for the road construction. In: MATEC Web of Conferences: XXVII R-S-P Seminar 2018, Theoretical Foundation of Civil Engineering. 2018;196:04026. https://doi.org/10.1051/matecconf/201819604026
  3. Aimenov Zh. T., Aimenov A. Z., Erofeev V. T., Sabitov L. S., Sanyagina Ya. A. The effect of modifying additives on the performance properties of slag-alkali binders and concretes. International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2024;20(1):162–170. https://doi.org/10.22337/2587-9618-2024-20-1-162-170
  4. Рябчевский И. С. Производство ячеистых бетонов с использованием летучей золы. В сб.: VI Международный студенческий строительный форум – 2021. Белгород, 26 ноября 2021 года. Т. 2. Белгород: Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова; 2021. С. 175–178.
  5. Altynbekova A. D., Lukpanov R. E., Dyussembinov D. S., Tokanov D. T., Orazova D. K. Influence research of modified additives on concrete properties. Труды университета. 2023;(4):188–194. https://doi.org/10.52209/1609-1825_2023_4_188.
  6. Utepov Ye. B., Akhmetov D. A., Akhmatshaeva I. T., Root Ye. N. Study of the influence of fine fillers from technogenic waste and chemical additives on the properties of self-compacting concrete. Комплексное использование минерального сырья. 2019;(4):64–73. https://doi.org/10.31643/2019/6445.39
  7. Fediuk R. S., Stoyushko N. Yu., Gladkova N. A., Garmashov I. S., Batarshin V. O. Research on electrically conductive concrete. В сб.: Третий междисциплинарный молодежный научный форум с международным участием «Новые материалы», Москва, 21–24 ноября 2017 г. Москва: Буки Веди, 2017. С. 654–657. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=34983326.
  8. Агунов А. В., Терехин И. А., Баранов И. А. Анализ применения электропроводящих бетонов электроэнергетике. Транспортные системы и технологии. 2021;7(2):5–15. https://doi.org/10.17816/transsyst2021725-15
  9. Иванова Т. А., Колесникова Л. Г., Петрова Т. М. Электропроводящий бетон для тротуаров и пешеходных дорожек. Вестник гражданских инженеров. 2021;(6):96–104. https://doi.org/10.23968/1999-5571-2021-18-6-96-104
  10. Шишкин Н. О., Угланова А. Е., Зорина О. А. Применение электропроводящего бетона в освещении дорожного покрытия. В сб.: Молодые – Наукам о Земле: Тезисы докладов Х Международной конференции молодых ученых. Москва, 31 марта – 01 апреля 2022 г. В 7-ми томах. Том 7. Москва: Российский государственный геологоразведочный университет им. С. Орджоникидзе. 2022;7:280–283.
  11. Подъяпольская Е. Ю., Дмитриев С. М., Долженков В. А. Разработка состава электропроводящего цементобетона и анализ методов его применения в дорожной отрасли. Автомобиль. Дорога. Инфраструктура. 2020;(2):7. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=43921411.
  12. Урханова Л. А., Урханова А. А., Лхасаранов С. А., Смирнягина Н. Н. Исследование электропроводящих свойств бетона. В сб.: Строительное материаловедение: Настоящее и будущее: Сборник материалов I Всероссийской научной конференции, посвященной 90-летию выдающегося ученого-материаловеда, академика РААСН Ю. М. Баженова, Москва, 01–02 октября 2020 г. Москва: Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет; 2020. С. 279–281.
  13. Василюк Ю. И. Разработка состава и возможности применения электропроводящего бетона. В сб.: Серия «Строительство»: Сборник статей магистрантов и аспирантов. В 2-х томах. Т. 2. Выпуск 3. Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет; 2020. С. 247–256. 14. Денисюк И. Ю., Успенская М. В., Фокина М. И., Логушкова К. Ю. Электропроводящая композиция бетона. Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2018;18(1):158–162. https://doi.org/10.17586/2226-1494-2018-18-1-158-162
  14. Ибрагимова Д. Ф. Исследование свойств бетона с добавкой технического углерода. Молодой ученый. 2023;(19):96–99. Режим доступа: https://moluch.ru/archive/466/102408/.
  15. Фанина Е. А., Лопанов А. Н. Электропроводность и агрегация частиц антрацита и графита в бетонах. Химия твердого топлива. 2009;(1):46–50. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=11685406.
  16. Гойсис М. Графен: новые возможности для бетона. Цемент и его применение. 2020;(1):108–115. Режим доступа: https://jcement.ru/magazine/vypusk-1-2020/grafen-novye-vozmozhnosti-dlya-betona/.
  17. Xie P., Gu P., Beaudoin J. J. Electrical percolation phenomena in cement composites containing conductive fibres. Journal of Materials Science. 1996;31(15):4093–4097. https://doi.org/10.1007/bf00352673
  18. Bai Y. H., Tu R., Chen W., Chen B. Research on electrically conductive concrete with double-layered stainless steel fibers for pavement deicing. ACI Materials Journal. 2017;114(6):935–943. https://doi.org/10.14359/51700993
  19. Yoo D.-Y., You I., Lee S.-J. Electrical properties of cement-based composites with carbon nanotubes, graphene, and graphite nanofibers. Sensors. 2017;17(5):1064–1076. https://doi.org/10.3390/s17051064
  20. Rahman Md. L., Malakooti A., Ceylan H., Kim S., Taylor P. C. Identifying the best mixing procedure practice for readymix concrete plant production of carbon fibre reinforced electrically conductive concrete. International Journal of Pavement Engineering. 2023;24(1). https://doi.org/10.1080/10298436.2023.2225119
  21. Notani M. A., Arabzadeh A., Ceylan H., Gopalakrishnan K., Kim S. Effect of carbon-fiber properties on volumetrics and ohmic heating of electrically conductive asphalt concrete. Journal of Materials in Civil Engineering. 2019;31(9):04019200. https://doi.org/10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0002868
  22. Yehia Sh., Tuan C. Y. Thin conductive concrete overlay for bridge deck deicing and anti-icing. Transportation Research Record. 2000;1698(1):45–53. https://doi.org/10.3141/1698-07
  23. Rybin P. K., Terekhin I. A., Baranov I. A. Methodology for the experimental evaluation of the conductive properties of concrete structures for sustainable transport development. Transportation Research Procedia. 2023;68:688–693. https://doi.org/10.1016/j.trpro.2023.02.095

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».