Промышленные полы
для любых условий эксплуатации
В каталог продукции

Электрофизические характеристики и радиоэкранирующие свойства магнезиально-шунгитовых композиционных строительных материалов

19 Июн 2013 Исследования и испытания

Журнал «Технология ЭМС», 2007 год

Никитина В.Н., Ляшко Г.Г., Байдин Ф.Н., Сафронов Н.Б.

 

Испытательный исследовательский центр защиты от электромагнитных полей

компании ООО «АЛЬФАПОЛ»

На сегодня очевиден рост числа источников и масштабов загрязнения селитебных территорий электромагнитными полями технических средств радиолокации, радиосвязи, радиовещания, телевидения, которые нередко размещены в зонах жилой застройки, вблизи общественных и административных зданий. Оборудование, создающее электромагнитные поля радиочастот (ЭМП РЧ), широко применяется в промышленности, научных, медицинских учреждениях, на объектах морского флота, Министерства обороны, гражданской авиации. Источники ЭМП используются при проведении исследований в области электромагнитной совместимости технических средств и защиты информации. В условиях разнообразия областей применения источников ЭМП РЧ приходится решать конкретные задачи по снижению электромагнитных помех и защите людей от электромагнитных излучений.

Одним из эффективных методов защиты от ЭМП является экранирование. К числу перспективных экранирующих материалов относятся магнезиально-шунгитовые радиоэкранирующие строительные материалы. Создание компанией «АЛЬФАПОЛ» (www.alfapol.ru) смеси на основе композиции магнезита и шунгита позволило разработать новые материалы, обладающие уникальной комбинацией свойств и оптимальными эксплуатационными характеристиками, заменяющими несколько разных строительных материалов с моносвойствами [1]. К числу важных свойств новых композиционных материалов относится их экранирующая способность, позволяющая создавать экранированные помещения неограниченных размеров.

При создании экранирующих оболочек оценка их эффективности базируется на определении волнового сопротивления материала экрана, определяемого его электрофизическими характеристиками – диэлектрической и магнитной проницаемостью.

Для исследования электрофизических характеристик магнезиально-шунгитовых строительных материалов (МШСМ) применена теория распространения электромагнитных волн в коаксиальной линии и метод импульсной рефлектометрии [2,3]. В основу расчетно-экспериментальной методики положено исследование закономерности распространения сверхкоротких электромагнитных импульсов в системах с распределенными параметрами при наличии неоднородности. Электрофизические характеристики материала, заполняющего коаксиальную линию, определяются в результате расчета параметров неоднородности линии на основе измерения параметров зондирующего, отраженного и прошедшего через участок с неоднородностью импульсных сигналов и времени прохождения сигнала через линию.

Исследования проведены на экспериментальной установке, включающей генератор сверхкоротких импульсов (амплитуда импульса 85В, длительность 300 пс, частота следования 100 кГц), цифровой стробоскопический осциллограф (с полосой пропускания частот 0-10 ГГц) и специально изготовленную коаксиальную линию с заполнением исследуемым материалом.

Объектом исследований являлся магнезиально-шунгитовый композиционный материал в виде сухой штукатурной смеси «АЛЬФАПОЛ ШТ-1». В композиционном материале в качестве наполнителя использованы шунгитовые породы III типа (с 32 % содержанием углерода), в качестве матрицы использовано магнезиальное вяжущее, затворитель смеси — бишофит.

В результате исследований получены следующие экспериментальные данные электрофизических характеристик материала «АЛЬФАПОЛ ШТ-1» в диапазоне частот от 0,08 до 3,5 ГГц:

  • относительная диэлектрическая проницаемость — 21,2;
  • относительная магнитная проницаемость — 1,0;
  • электропроводность — 0,313 См/м.

Полученные результаты имеют высокую сходимость с данными ранее проведенных исследований [4] и подтверждают, что электропроводность материала практически определяется электропроводностью входящего в его состав шунгита. Высокая сходимость представленных результатов исследований электрофизических характеристик и радиоэкранирующих свойств магнезиально-шунгитовых композиционных материалов с данными, полученными в других организациях, позволяет сделать вывод о корректности и достаточной точности примененного метода импульсной рефлектометрии.

В ходе исследований также определена временная динамика установления стабильных электрофизических характеристик в процессе затвердения состава. Исследованиями установлено, что значения электрофизических характеристик материала изменяются после добавления бишофита и различны во времени с момента формировании твердого состава «АЛЬФАПОЛ ШТ-1». Ко времени последнего наблюдения (110 суток) значение проводимости материала изменилось почти в два раза (с 0,507 до 0,313 См/м). Соответственно менялись значения коэффициентов отражения (увеличилось на 30 %) и затухания (увеличилось на 400 %) зондирующего сигнала. Это позволяет утверждать о повышении со временем эффективности экранирования материала. Возможной причиной столь длительного по времени изменения характеристик материала является то, что готовая смесь находилась в замкнутом объеме, и процесс становления материала был замедлен, по сравнению с образцом, изготавливаемом в открытой форме. Полученные значения электрофизических характеристик материала «АЛЬФАПОЛ ШТ-1», позволили провести расчетную оценку частотной зависимости эффективности экранирования материала.

Расчетно-экспериментальные оценки экранирующих свойств разработанных материалов подтверждены лабораторными и натурными исследованиями, выполненными специализированными научно-исследовательскими институтами и аккредитованными испытательными центрами на моделях экранов [5,6]. В таблице 1 представлены результаты экспериментальных исследований коэффициента экранирования магнезиально-шунгитового композиционного материала в диапазоне частот от 3 до 1200 МГц.

Таблица 1

Экспериментальные значения коэффициента экранирования ЭМП магнезиально-шунгитовой строительной смеси «АЛЬФАПОЛ ШТ-1», толщина слоя 15мм

Частотный диапазон, МГц

3-30

30-300

300-1200

Коэффициент экранирования, дБ

6-10

8-14

12-16

 

Были выполнены также исследования коэффициента экранирования электромагнитных излучений, создаваемых радиолокационными станциями в трех диапазонах частот. (2,45 ГГц, 10 ГГц, 34,5 ГГц ). При использовании экрана из магнезиально-шунгитовой смеси «АЛЬФАПОЛ ШТ-1», толщиной 15 мм уровень плотности потока СВЧ энергии снижался на 8,0 — >20,0 дБ. С увеличение частоты СВЧ излучения и толщины слоя штукатурки эффективность экранирования ЭМИ возрастает.

Магнезиально-шунгитовые строительные материалы обладают рядом преимуществ по сравнению с другими радиоэкранирующими материалами. Являясь строительным материалом, МШСМ наносятся на поверхности экранируемого помещения как отделочный материал. Материалом могут покрываться неограниченные внутренние поверхности зданий и помещений, что особенно важно при решении задач экранирования протяженных и разветвленных технических систем. Реализация требуемых характеристик экранирования может достигаться за счет многослойного экранирования, путем сочетания штукатурного состава с металлической сеткой. Стоимость МШСМ соизмерима со стоимостью обычных строительных материалов.

Использование магнезиального вяжущего позволило создать строительные материалы, обладающие хорошими физико-механическими и эксплуатационными характеристиками. Строительная смесь имеет высокие показатели по прочности на сжатие и на изгиб, быстрый темп набора прочности, Материалы обладают высокой адгезией к металлу, кирпичу, бетону, дереву и отдельным видам пластмасс, что позволяет использовать их в отделке помещений различного назначения (жилых, офисных, административных, промышленных). В отличие от покрытий на основе портландцемента, композиционные материалы на магнезиальном вяжущем являются более прочными, безусадочными и не пылящими. Они морозостойки и пожаробезопасны. Тонкопористая структура магнезиального цемента прерывает пути капиллярного движения растворов (бензина, минерального масла) в объеме материала, что исключает перемещение жидкости в нем и накопления в отдельных зонах и делает их маслобензостойкими. Все магнезиальные составы вследствие высокой плотности структуры обладают свойством защиты от радиоактивного газа радона. Материалы обладают антиэлектростатическими свойствами (измеренные значения объемного электрического сопротивления составили менее10 6 Ом-м.).

Материалы прошли санитарно-эпидемиологическую экспертизу удовлетворяют основным гигиеническим требованиям — не выделяют опасных газов и запахов, соответствуют первому классу по радиационной безопасности (НРБ- 99). МШСМ являются немагнитными материалами, не искажают магнитное поле Земли, что обеспечивает естественную геомагнитную обстановку на рабочих местах персонала экранированных помещений в соответствии с требованиями СанПиН 2.2.4.1191-03.

По результатам выполненных исследований разработаны конкретные рекомендации по направлениям применения МШСМ. Это защита объектов с протяженными и разветвленными техническими системами от внешних электромагнитных излучений и преднамеренных воздействий по эфиру; защита технических средств от утечки информации по каналу побочных электромагнитных излучений; защита персонала и населения от электромагнитных полей радиочастот и электрических полей частотой 50 Гц.

Литература

  1. Патент РФ на изобретение № 2233255. Сухая строительная смесь. Патентообладатель: Общество с ограниченной ответственностью «АЛЬФАПОЛ». Авторы: Поцелуева Л.Н., Гончаров Ю.Д. Зарегистрировано в государственном реестре изобретений РФ 27.07.2004.
  2. Шестопалов В.П., Яцук К.П. Методы измерений диэлектрической проницаемости вещества на сверхвысоких частотах. Успехи физических наук, т. LXXIV, вып.4, 1961.
  3. Березкин В.И., Константинов П.П., Холодкевич С.В. Эффект Холла в природном стеклоуглероде шунгитов, Физика твердого тела, т.39, №10, 1997.
  4. Никитина В.Н., Ляшко Г.Г., Поцелуева Л.Н. Радиоэкранирующие свойства магнезиально-шунгитовых строительных материалов. Ежегодник Российского национального комитета по защите от неионизирующих излучений за 2004-2005 // Сборник трудов. М.:Изд-во АЛЛАНА, 2006.- С.109-113.
  5. Отчет о НИР «Исследования по оценке эффективности экранирования электромагнитных полей магнезиально-шунгитовым материалом «Альфапол ШТ-1». НИЦ Безопасности технических систем. Санкт-Петербург, 2005.
  6. Отчет «Исследования эффективности экранирования электромагнитных полей диапазона частот 10 кГц — 1,2 ГГц магнезиально-шунгитовой строительной смесью «Альфапол ШТ-1». СПбФ ФГУП «НТЦ «Атлас» ФСБ России». Санкт-Петербург, 2005.

Оставьте свой комментарий