Waarom geleid Beton Elektriciteit ?

Beton is niet iets wat typisch wordt gezien als een elektrische geleider, maar dat is het wel! U vraagt zich misschien, net als veel andere betonliefhebbers, af waarom.

Beton geleidt elektriciteit door de ionen die het bevat. Er zijn verschillende factoren die van invloed kunnen zijn op hoe goed beton elektriciteit geleidt en methoden waarmee het geleidingsvermogen kan worden verhoogd of verlaagd, waaronder het weerstandsvermogen en het watergehalte.

Laten we eens kijken naar enkele van de omstandigheden die we kennen die het geleidingsvermogen van beton beïnvloeden.

DUS WAT MAAKT IETS GELEIDEN VAN ELEKTRICITEIT IN DE EERSTE PLAATS?

Het begint allemaal op atomair niveau. In stoffen als hout of glas zitten de atomen super dicht op elkaar en blijven de elektronen dicht bij hun atomen. Vooral als de verbindingen waaruit de stof is opgebouwd zeer stabiel zijn, is het onwaarschijnlijk dat de elektronen in deze stof bewegen, wat betekent dat er een grotere elektrische lading nodig is om er doorheen te lopen.

Deze stoffen staan bekend als weerstanden. Elektriciteit zal zelden door weerstanden gaan vanwege de enorme hoeveelheid vermogen die daarvoor nodig is.

Daarentegen hebben elektrische geleiders veel vrije elektronen die door de stof heen zweven. In de meest geleidende stoffen, zoals koper of goud, zitten zoveel vrije elektronen dat ze een soort elektronsoep vormen, waarbij alle elektronen door alle atomen worden gedeeld. Dit maakt het heel gemakkelijk voor elektriciteit om er doorheen te gaan.

DUS HOE ZIT HET MET BETON MAAKT HET GELEIDEND?

Beton is een interessant geval. Terwijl beton een geleider van elektriciteit kan worden, is natuurlijk beton eigenlijk veel meer een weerstand. Droog beton met niets anders dan de gebruikelijke betonsamenstellingen (zand, water, natuurlijk aggregaat, etc.) is een verschrikkelijke geleider van elektriciteit, en kan eigenlijk als isolator worden gebruikt. In feite, terwijl veel stoffen geleidender worden naarmate ze opwarmen, doet beton het tegenovergestelde, waardoor het zijn weerstand tegen belachelijke niveaus verhoogt.

In de loop van het mengen van beton is het allereerste wat er gebeurt een sterke afname van de weerstand (Bron), omdat er water wordt toegevoegd aan het droge mengsel om het zijn kneedbaarheid te geven. Vervolgens, als het betonmengsel wordt gemengd en vervolgens droogt, kan worden waargenomen dat de weerstand afneemt, soms zelfs honderdvoudig. Dit proces is vrij onvoorspelbaar, waarbij elke partij beton in een ander tempo geleidend vermogen verliest en verschillende hoogtes van weerstand bereikt.

Hier ligt het mysterie. De reden waarom elke partij anders is, is voor onderzoekers nog onbekend.

Onderzoekers hebben veel tijd besteed aan het uitzoeken hoe het weerstandsvermogen in beton kan worden verminderd. Dit hebben ze onder andere gedaan door materialen toe te voegen die elektriciteit zeer goed geleiden, zoals verschillende metalen. Het probleem hierbij is dat beton een zeer alkalische stof is, wat betekent dat het alle metalen die erin liggen wegvreten totdat ze weg zijn.

Het verhogen van het watergehalte in beton kan ook de geleidbaarheid ervan verhogen. Echter, hoe meer water in het betonmengsel, hoe zwakker het over het algemeen zal worden. Afhankelijk van het beoogde gebruik van het beton kan dit een ernstig probleem zijn. Als het beton echter maar een beetje geleidend hoeft te zijn, is dit vaak een goede oplossing voor het probleem van de geleidbaarheid.

Sommige bedrijven hebben er ook voor gekozen om een soort koolstofhoudend aggregaat te gebruiken om elektrisch geleidend beton te produceren. Dit is een van de meer veelbelovende geleidende betontechnologie, maar het heeft wel een aantal negatieve effecten op de wateropname.

BIJKOMENDE GELEIDINGSFACTOREN

De grootte en de vorm van een object kunnen ook de geleidbaarheid ernstig beïnvloeden. Een voorwerp dat erg dik is zal beter geleiden dan een dun voorwerp, en een kort voorwerp zal veel beter geleiden dan een lang voorwerp.

Tot slot kan de temperatuur van een object de geleidbaarheid ernstig verhogen. Sommige weerstanden, zoals glas, worden extreem goede geleiders als ze erg heet zijn. Supergeleiders doen het tegenovergestelde, ze geleiden elektriciteit extreem goed, maar alleen bij lage temperaturen.

Goede vraag. Wetenschappelijk gewijzigd beton heeft niet veel geleidingsvermogen op zich, beton heeft ook niet veel geleidingsvermogen. Er zijn echter een paar situaties die vaak in de bouw voorkomen en die de werking van de molen isolerend beton veel elektrisch geleidender kunnen maken.

Een veel voorkomende manier waarop beton geleidend kan worden is wanneer het in een natte omgeving is geplaatst. Beton is goed in het opnemen van water, en zoals gezegd is beton geleidbaarder als het een hoger watergehalte heeft. Dit betekent dat als het in natte grond of in een regenachtige omgeving wordt geplaatst, zolang het nat blijft, het in staat zal zijn om de elektriciteit te geleiden.

De andere situatie waarin beton geleidend wordt, is wanneer het om stalen wapening is gegoten. Bijna alle niet-triviale betonconstructies bevatten een of andere vorm van wapeningsstaal, en de aanwezigheid van metalen in het beton kan het een vrij sterke geleider maken. Dit is waarschijnlijk omdat staal zelf een capabele geleider is, en dus elektriciteit in staat is om dat staal te gebruiken als een soort snelweg door het beton.

Door deze twee veel voorkomende situaties is het meeste beton dat in veel bouwprojecten wordt gebruikt in ieder geval een beetje geleidend, ook al is het niet op die manier natuurlijk.

WAAROM ZOU IEMAND ZIJN BETON GELEIDEND WILLEN HEBBEN?

Geleidend beton heeft veel waardevolle toepassingen. Zo kan beton dat de elektriciteit heel goed geleidt, gebruikt worden om wegen te verwarmen en veiliger te maken in de sneeuw. Vroeger woonde ik in een zeer besneeuwd deel van Japan waar dit werd gedaan. Zolang er niet te veel sneeuw lag, hadden ze zelfs zelden sneeuwschuivers nodig om de wegen vrij te maken! Dezelfde technologie kan zelfs worden hergebruikt om huizen op koude plaatsen van stralingswarmte te voorzien.

Een andere waardevolle toepassing van geleidend beton is als aarding voor bliksemafleiders. Bliksemafleiders moeten een geleidende tegenhanger op de grond hebben om de bliksem die ze opvangen om te leiden, en op veel plaatsen is de grond niet altijd even geleidend. In die gevallen kan de betonnen fundering van een gebouw vaak dienen als grond voor de bliksemafleider, waardoor de bewoners van het gebouw worden beschermd.

Het is belangrijk om te onthouden dat zelfs als het beton waarmee je elke dag in aanraking komt, lijkt alsof het geen elektriciteit moet geleiden, het toch mogelijk is. Zelfs als je weet dat het natuurlijk cement is, moet je nooit op beton rekenen om je te beschermen tegen elektriciteit. Tenzij die elektriciteit de bliksem is en je veilig in je huis bent. In dat geval staat beton misschien op het punt om je leven te redden.