Расчет электротехнических характеристик смесей

Для ускорения расчётов, задачу по исследованию характеристик электротехнических бетонных смесей можно разделить на две части:

1. построение виртуальной модели тестового объёма материала для получения данных о концентрации и распределении частиц вещества в замкнутом объёме, а также исследовать структурные свойства вещества;

2. формирование электрической модели для анализа электрофизических свойств на основе полученной модели структуры.

 

При построении виртуальной модели тестового объёма материала структуру электротехнического бетона можно представить себе в виде упаковки из шаровых элементов с минимальным количеством координат – координата центра и радиус сферы. Представление модели при помощи сферической системы позволяет существенно сократить время на вычисления всех необходимых параметров и получить очень точный результат, т.к. свойства композитных материалов не зависят от геометрических форм частиц наполнителя. Формирование электрической модели осуществляется при помощи феноменологического подхода (теории эффективной среды), а также теории «просачивания». Представив зависимости сопротивления бетона от концентрации частиц проводящей среды в рамках обозначенных теорий, можно сформировать три диапазона:

1. Концентрация частиц проводящей среды равна нулю или близка к этому. Диапазон будет рассчитываться на основе феноменологического подхода.

2. Некоторый градиент концентрации частиц даёт стремительное понижение сопротивления. Такие свойства лучше всего описываются теорией «просачивания», т.к. частицы проводящей среды создают «электропроводящие кластеры», и при этом концентрация частиц проводящей среды в такой зоне достигает критической отметки.

3. При достижении значения концентрации частиц проводящей среды в 100%, проводимость подчиняется законам, описанным в феноменологическом подходе.

 

Однако невозможно достичь такой концентрации проводящего материала с сохранением всех прочностных характеристик бетонной смеси. Поэтому в реальных расчётах данный диапазон не учитывается. После математического анализа каждого из трёх выбранных диапазонов, формируется рабочий диапазон. С одной стороны, электрическая проводимость тестируемого бетона напрямую зависит от объёмной концентрации частиц проводящего материала (в данном случае углеродной пыли) в области критических концентраций частиц. С другой стороны, необходимо обеспечить минимальные значения градиента электрофизических свойств проводящего материала при концентрациях близких к критическим значениям. Данные положения определяют необходимый для исследования рабочий диапазон, в котором концентрация частиц проводящей среды меньше критической отметки и, одновременно, не равна нулю. В итоге исследования шарообразной модели связей в электротехническом бетоне получена зависимость концентрации частиц проводящей среды, которым является углеродная пыль, от её удельной проводимости, а также от эффективной проводимости тестового объёма смеси и от критической концентрации частиц. Главным условием получения качественного электротехнического бетона в растворобетонных узлах является максимально точное соблюдение рецептуры смеси, т.е. процентных соотношений заполнителей и связывающих веществ. Виртуальная компьютерная модель связей в электротехническом бетоне показала, что небольшие отклонения от нормального значения объёмной концентрации объёмной концентрации частиц проводящей среды приводят к значительным изменениям электропроводности изготавливаемой бетонной смеси. Поэтому встаёт вопрос о том, как максимально повысить точность соблюдения процентных соотношений веществ в процессе дозирования с целью получения продукции соответствующие заданным свойствам.