CN102432239B - 耐腐蚀高强度导电混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐腐蚀高强度导电混凝土及其制备方法，该混凝土按重量份计包括以下组分：水泥50~150份，集料50~150份，石墨5~90份，导电纤维1~30份，水40~180份；所述导电纤维为不锈钢纤维和碳纤维中的一种或两种；本发明的导电混凝土以石墨和导电纤维为导电填料，利用石墨导电性能强、稳定性好的特点，再加入导电纤维增强混凝土的强度，特别是不锈钢纤维和碳纤维，其增强混凝土强度的同时，导电性和耐腐蚀性都很好，所制备的导电混凝土具有电阻率低、导电性好，耐腐蚀、高强度等优点；该混凝土可用于电力系统接地以及电磁屏蔽等，制成接地极可以取代传统的金属接地极。

Description

耐腐蚀高强度导电混凝土及其制备方法

技术领域

 本发明涉及一种导电混凝土及其制备方法。

背景技术

 导电混凝土是指由凝胶材料（通常为水泥）、导电材料、介电骨料（也称为集料）、水以及其他外加剂等组分，按照一定的配合比混合而成的复合材料。目前制备导电混凝土常用的导电填料主要有石墨、碳纤维、钢纤维、钢渣（屑）、炭黑、金属及合金粉末等，除了碳纤维、钢纤维外，其余碳质导电介质均对混凝土的强度均有较大影响，而普通钢纤维、金属粉末等材料容易锈蚀，导致其导电性能和强度随着时间的延长而大幅下降。

石墨是良好的较易获取的无机材料，它不仅具有良好的导电性（含碳量大于80%，其电阻率通常不大于0.5Ω·cm）、导热性，还具有化学性质稳定、耐酸碱、抗氧化性好等优点。石墨粉末需要较高掺量才能使混凝土具有较强的导电性能，但混凝土的强度随着石墨粉的掺量增加而快速下降。当石墨掺量超过10%时，其抗压强度降低到10MPa以内。

利用普通钢纤维、钢渣（屑）、金属粉末等导电填料制备的导电混凝土，虽然可以得到导电性较强的导电混凝土，但其缺点是耐腐蚀性差，一般在一年以后，由于金属材料的锈蚀以及氧化，其电阻率可以增大到初始值的60倍以上，基本失去了导电性能，并且随着时间的不断延长，其导电性会进一步降低。因此普通钢纤维及金属粉末都不宜用作导电混凝土的导电介质。

要将导电混凝土应用到电力系统接地建设中，必须进一步降低其电阻率、提高其抗压强度以及抗腐蚀性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种耐腐蚀高强度导电混凝土及其制备方法，该导电混凝土电阻率低、导电性好，耐腐蚀，强度高。

本发明的耐腐蚀高强度导电混凝土，该混凝土按重量份计包括以下组分：

水泥          50~150份；

集料          50~150份；

石墨          5~90份；

导电纤维      1~30份；

水            40~180份。

进一步，所述混凝土按重量份计包括以下组分：

水泥          80~120份；

集料          80~120份；

石墨          15~60份；

导电纤维      5~20份；

水            70~150份。

进一步，所述混凝土的组分及重量份数为：

水泥          80~120份；

集料          80~120份；

石墨          15~60份；

导电纤维      5~20份；

水            70~150份；

硅微粉        5~15份；

分散剂        0.1~2份。

进一步，所述导电纤维为不锈钢纤维和碳纤维中的一种或两种；

进一步，所述导电纤维的直径为4~8微米，长度为3~6毫米；

进一步，所述集料为砂或/和石；

进一步，所述分散剂为有机磷酸盐类、聚羧酸类或纤维素类分散剂。

本发明的耐腐蚀高强度导电混凝土的制备方法，包括以下步骤：

1）将导电纤维置于水中充分搅拌；

2）在步骤1）得到的混合液中加入水泥和石墨，搅拌均匀；

3）在步骤2）得到的混合物中加入集料，搅拌均匀；

4）将步骤3）得到的水泥胶砂浇注成模；

5）脱模，养护至规定龄期，即制成导电混凝土。

进一步，所述步骤1）中，先在水中溶解分散剂，再将导电纤维置于水中充分搅拌；

进一步，所述步骤2）中，在步骤1）得到的混合液中还加入有硅微粉。

本发明的导电混凝土中，作为集料的砂、石优选河沙、石子，石墨和导电纤维作为导电填料，硅微粉起辅助增强与分散作用，分散剂对导电填料有分散、扩散作用；为了使导电填料，特别是导电纤维分散均匀、不团聚，优选方案为在导电混凝土中加入硅微粉和分散剂，且制备时，先在水中溶解分散剂，再将导电纤维置于水中充分搅拌，有利于导电纤维的均匀分散，能提高混凝土的导电性能和力学强度。

本发明的有益效果在于：本发明的导电混凝土以石墨和导电纤维为导电填料，利用石墨导电性能强、稳定性好的特点，再加入导电纤维增强混凝土的强度，特别是不锈钢纤维和碳纤维，其增强混凝土强度的同时，导电性和耐腐蚀性都很好，所制备的导电混凝土具有电阻率低、导电性好，耐腐蚀、高强度等优点；该混凝土可用于电力系统接地以及电磁屏蔽等，制成接地极可以取代传统的金属接地极。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明制备导电混凝土的模具结构示意图。 

图中：1为支架，2为紧固螺栓，3为侧模，4为底模，5为网状电极，6为导电混凝土。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

实施例1

按照以下重量份称取原材料：水泥50份，河沙50份，石墨5份，不锈钢纤维1份（直径为4~8微米，长度为3~6毫米），水40份，硅微粉5份，分散剂 0.1份。然后按照以下步骤制备导电混凝土：

1）先在水中溶解分散剂，再将不锈钢纤维置于水中充分搅拌；

2）在步骤1）得到的混合液中加入水泥、石墨和硅微粉，搅拌机快速（285±10转/分钟）搅拌5-6分钟，搅拌均匀；

3）在步骤2）得到的混合物中加入河沙，搅拌机快速（285±10转/分钟）搅拌10-15分钟，搅拌均匀；

4）将步骤3）得到的水泥胶砂浇注到如图1所示的模具中成模；

5）标准养护室内养护24小时后脱模，养护至规定龄期，即制成导电混凝土。

经测试，该导电混凝土的电阻率为0.121Ω·m，抗折强度为7.5MPa，抗压强度为40.5MPa。

实施例2

按照以下重量份称取原材料：水泥80份，河沙80份，石墨15份，碳纤维5份（直径为4~8微米，长度为3~6毫米），水70份，硅微粉8份，分散剂 0.5份。然后按照以下步骤制备导电混凝土：

1）先在水中溶解分散剂，再将不锈钢纤维置于水中充分搅拌；

2）在步骤1）得到的混合液中加入水泥、石墨和硅微粉，搅拌机快速（285±10转/分钟）搅拌5-6分钟，搅拌均匀；

3）在步骤2）得到的混合物中加入河沙，搅拌机快速（285±10转/分钟）搅拌10-15分钟，搅拌均匀；

4）将步骤3）得到的水泥胶砂浇注到如图1所示的模具中成模；

5）标准养护室内养护24小时后脱模，养护至规定龄期，即制成导电混凝土。

经测试，该导电混凝土的电阻率为0.0932Ω·m，抗折强度为6.1MPa，抗压强度为31.3MPa。

实施例3

按照以下重量份称取原材料：水泥100份，河沙100份，石墨40份，不锈钢纤维15份（直径为4~8微米，长度为3~6毫米），水110份，硅微粉8份，分散剂 0.8份。然后按照以下步骤制备导电混凝土：

1）先在水中溶解分散剂，再将不锈钢纤维置于水中充分搅拌；

2）在步骤1）得到的混合液中加入水泥、石墨和硅微粉，搅拌机快速（285±10转/分钟）搅拌5-6分钟，搅拌均匀；

3）在步骤2）得到的混合物中加入河沙，搅拌机快速（285±10转/分钟）搅拌10-15分钟，搅拌均匀；

4）将步骤3）得到的水泥胶砂浇注到如图1所示的模具中成模；

5）标准养护室内养护24小时后脱模，养护至规定龄期，即制成导电混凝土。

经测试，该导电混凝土的电阻率为0.0602Ω·m，抗折强度为7.3MPa，抗压强度为40.1MPa。

实施例4

按照以下重量份称取原材料：水泥120份，河沙和石子重量比为1:1的混合物120份，石墨60份，不锈钢纤维20份（直径为4~8微米，长度为3~6毫米），水150份，硅微粉10份，分散剂 1份。然后按照以下步骤制备导电混凝土：

1）先在水中溶解分散剂，再将不锈钢纤维置于水中充分搅拌；

2）在步骤1）得到的混合液中加入水泥、石墨和硅微粉，搅拌机快速（285±10转/分钟）搅拌5-6分钟，搅拌均匀；

3）在步骤2）得到的混合物中加入河沙，搅拌机快速（285±10转/分钟）搅拌10-15分钟，搅拌均匀；

4）将步骤3）得到的水泥胶砂浇注到如图1所示的模具中成模；

5）标准养护室内养护24小时后脱模，养护至规定龄期，即制成导电混凝土。

经测试，该导电混凝土的电阻率为0.025Ω·m，抗折强度为6.3MPa，抗压强度为35.3MPa。

实施例5

按照以下重量份称取原材料：水泥150份，河沙和石子重量比为1:1的混合物150份，石墨90份，不锈钢纤维和碳纤维体积比为1:1的混合物30份（直径为4~8微米，长度为3~6毫米），水180份，硅微粉15份，分散剂 2份。然后按照以下步骤制备导电混凝土：

1）先在水中溶解分散剂，再将不锈钢纤维置于水中充分搅拌；

2）在步骤1）得到的混合液中加入水泥、石墨和硅微粉，搅拌机快速（285±10转/分钟）搅拌5-6分钟，搅拌均匀；

3）在步骤2）得到的混合物中加入河沙，搅拌机快速（285±10转/分钟）搅拌10-15分钟，搅拌均匀；

4）将步骤3）得到的水泥胶砂浇注到如图1所示的模具中成模；

5）标准养护室内养护24小时后脱模，养护至规定龄期，即制成导电混凝土。

经测试，该导电混凝土的电阻率为0.015Ω·m，抗折强度为6.4MPa，抗压强度为36.1MPa。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过参照本发明的优选实施例已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。

Claims (4)

1.一种耐腐蚀高强度导电混凝土，其特征在于：该混凝土按重量份计包括以下组分：

水泥          80~120份；

集料          80~120份；

石墨          15~60份；

导电纤维      5~20份；

水            70~150份；

硅微粉        5~15份；

分散剂        0.1~2份；

所述导电纤维为不锈钢纤维，所述导电纤维的直径为4~8微米，长度为3~6毫米。

2.根据权利要求1所述的耐腐蚀高强度导电混凝土，其特征在于：所述集料为砂或/和石。

3.根据权利要求1所述的耐腐蚀高强度导电混凝土，其特征在于：所述分散剂为有机磷酸盐类、聚羧酸类或纤维素类分散剂。

4.权利要求1所述的耐腐蚀高强度导电混凝土的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）先在水中溶解分散剂，再将导电纤维置于水中充分搅拌；

2）在步骤1）得到的混合液中加入水泥、硅微粉和石墨，搅拌均匀；

3）在步骤2）得到的混合物中加入集料，搅拌均匀；

4）将步骤3）得到的水泥胶砂浇注成模；

5）脱模，养护至规定龄期，即制成导电混凝土。