CN103237371A - 一种碳纤维导电混凝土的电极形式和布置 - Google Patents

一种碳纤维导电混凝土的电极形式和布置 Download PDF

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邓宗才
付建斐
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Abstract

一种导电混凝土的电极形式和布置,属于混凝土技术领域,可广泛应用于桥面、机场跑道等的建设工程。采用不锈钢丝网作为电极，并将其布置于混凝土平行于地面的上下两侧中，这种电极形式和布置不仅使电极与混凝土之间能够充分接触，避免脱落，而且在碳纤维导电混凝土上的行人两腿之间无电势差，确保了行人的安全，此外，电极端接入的电压可以突破36V安全电压的限制，增大了接入电压，从而提高了融雪化冰的效率，并且摆脱了对碳纤维导电混凝土电阻率的过度依赖，可以在实际工程建设中简单地完成对碳纤维导电混凝土大板的制作和施工。

Description

一种碳纤维导电混凝土的电极形式和布置
技术领域
本发明涉及一种碳纤维导电混凝土的电极形式和布置，尤其适用于桥面、机场跑道等建设工程，属于混凝土技术领域。
技术背景
道路积雪结冰对国民经济和人民生活造成了较大影响，也构成了交通安全的重要隐患，因此，研究如何融雪化冰具有重要的现实针对意义。融雪化冰的方法有很多，归纳起来可以分为两大类，即消除法和融化法。消除法包括人工消除法和机械消除法，这都需要耗费大量的人力、物力和财力，且效率低下，不能及时恢复交通。融化法包括化学融化法和热融化法：化学融化法使用融雪剂融雪化冰，会降低路面结构的耐久性，且污染环境；热融化法中导电混凝土加热法因融雪效率高，不污染环境而有着广阔的发展前景。
对于导电混凝土加热法，根据导电相材料的不同，分为石墨混凝土加热法、钢纤维导电混凝土法、碳纤维导电混凝土加热法等。加入石墨导电相的混凝土抗压强度会受到明显削弱；加入钢纤维导电相的混凝土虽然混凝土强度提高，也显著降低了混凝土的电阻率，但是随着时间的延长，钢纤维导电混凝土的电阻率将显著增大；加入碳纤维导电相的混凝土的抗压强度在配合比合理的情况下可以满足工程要求，此外碳纤维导电混凝土的抗弯强度得到提高，并显著降低了混凝土的电阻率且电阻稳定性好。因此碳纤维导电混凝土是目前较好的融雪化冰方法。
发明内容
碳纤维导电混凝土与电源的连接是通过电极实现的。目前，电极的形式采用的是打孔的不锈钢片电极，布置于碳纤维导电混凝土垂直于地面的左右两侧。此种电极的不利之处如下：
（1）不锈钢片电极虽然打孔，但是电极与混凝土之间仍不能充分接触，不能保证避免脱落；
（2）若两电极端接入较大电压，在导电混凝土上的行人两腿之间形成电势差，故会产生一定的危险；
（3）根据我国的电工标准，安全电压为36V。考虑到行人的安全，电极端接入的电压受到了严格限制，从而延长了融雪化冰的时间，降低了融雪化冰的效率；
（4）由于受到导电混凝土电阻率的限制，电极的间距较小，不利于实际工程的施工。
为解决电极上述的弊端，本发明采取了如下技术方案：
（1）以不锈钢丝网作为电极；
（2）不锈钢丝网布置于碳纤维导电混凝土平行于地面的上下两侧中。
本发明的有益效果如下：
（1）不锈钢电极采用网状形式替代片状可以使电极与混凝土之间能充分接触，避免脱落（采用不锈钢材料防止了电极产生锈蚀导致电极与混凝土之间的接触电阻增大）；
（2）不锈钢丝网布置于混凝土平行于地面的上下两侧的电极布置方式解决了采用不锈钢片作为左右电极时的诸多问题。在碳纤维导电混凝土上的行人两腿之间无电势差，确保了行人的安全；电极端接入的电压可以突破36V安全电压的限制，增大了接入电压，从而提高了融雪化冰的效率；摆脱了对碳纤维导电混凝土电阻率的过度依赖，可以在实际工程建设中简单地完成对碳纤维导电混凝土大板的制作和施工。
附图说明
图1为打孔的不锈钢片电极；
图2为打孔的不锈钢片电极预埋于碳纤维导电混凝土的左右两侧；
图3为不锈钢丝网电极；
图4为不锈钢丝网电极预埋于碳纤维导电混凝土的上下两侧。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明：
实施例：
本发明实施例采用以下典型的材料配合比，以及对应的不锈钢电极形式和布置：
Figure BDA00003023307000031
（注：片-左右表示不锈钢片作为电极布置于混凝土左右两侧，即不锈钢片垂直于地面的方向，网1-上下表示不锈钢丝网作为电极布置于混凝土上下两侧（即平行于地面的方向），不锈钢丝直径2mm，间距25mm，网2-上下表示不锈钢丝网作为电极布置于混凝土上下两侧，不锈钢丝直径2mm，间距15mm）。
对于表格中所用的材料：
所用的水泥为普通硅酸盐水泥，等级为42.5；
所用的砂为天然中砂，表格中砂的质量为湿砂的质量，砂的含水率为2.5%；
所用的石子为碎石，平均粒径为12mm；
所用的水符合《混凝土拌合用水标准》JGJ63-89的规定，上表格中水的质量为去除湿砂中所含水后的水的质量；
所用的碳纤维直径7μm，长度12mm，密度1.78×103kg/m3；
所用的减水剂为聚羧酸减水剂；
所用的分散剂为羟丙基甲基纤维素；
所用的消泡剂为PRS-6复合消泡剂（液体）
将搅拌好的混合料倒入160mm×130mm×40mm的钢模（每种实施例制作6个试件），同时埋入不锈钢电极，引出导线，在振动台上振动密实后移入标准养护室内养护，养护1～2天后脱模。7天后测量试件的电阻。
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
平均电阻（Ω） 10.63 2.48 2.07 109.85 7.14
平均电阻率（Ω·cm） 34.55 128.96 107.64 357.01 371.28
经过试验测试，实施例2和实施例3的电阻率较高，与实施例1相比各增高了73.2%和68.0%。这主要是因为实施例1中不锈钢片与混凝土试件的接触面积较大，形成了相对较多的碳纤维导电通路。实施例3的电阻率比实施例2的电阻率低，同样主要是因为实施例3采用的不锈钢丝网的钢丝间距较小，与混凝土试件的接触面积较大，形成了较多的碳纤维导电通路。实施例4和实施例5的电阻率比实施例1～3的电阻率有明显增大，这是因为加入的碳纤维体积掺量较小，导致形成的碳纤维导电通路较少。
以此试验数据为基础，分别制作5个2m×2m×0.08m的大板（长宽均为2m，高为8cm）。五个大板的设计通电功率均为300W/m2。
对于采用实施例1的配合比和电极形式与布置制作的大板，在功率为300W/m2的条件下，当接入的电压取为安全电压36V时，此时电极间距达到最大值，略大于1.00m（如果接入的电压小于36V，电极间距会更小）。结合需要制作的大板尺寸，电极间距取为1m，因此在大板施工时需要在混凝土中预先插入3块不锈钢片电极。在实际工程建设中，道面工程的施工面积很大，因此需要布置大量的电极，这给施工带来了极大的麻烦。
对于采用实施例2的配合比和电极形式与布置制作的大板，不锈钢丝网电极可以覆盖整个大板，长宽均取2m，施工极为方便。在功率同为300W/m2的条件下，接入的电压仅为5.6V。
对于采用实施例3的配合比和电极形式与布置制作的大板，不锈钢丝网电极同样可以覆盖整个大板，长宽也均取2m。在功率同为300W/m2的条件下，接入的电压仅为5.1V。
对于采用实施例4的配合比和电极形式与布置制作的大板，在功率为300W/m2的条件下，当接入的电压取为安全电压36V时，电极间距此时达到最大值0.31m，结合需要制作的大板尺寸，电极间距取为0.25m，因此在大板施工时需要插入9块不锈钢片电极。因此可知：混凝土电阻率增大以后，电极间距明显减小，不利于施工。
对于采用实施例5的配合比和电极形式与布置制作的大板，不锈钢丝网电极可以覆盖整个大板，长宽均取2m，施工极为方便。在功率同为300W/m2的条件下，接入的电压仅为9.5V。因此可知：混凝土电阻率的增大并没有给大板的制作和施工带来不便，从而摆脱了对碳纤维导电混凝土电阻率的过度依赖。
综上所述，对于采用相同配合比和制备方法制作的碳纤维导电混凝土试件，虽然不锈钢丝网作为电极布置于混凝土上下两侧的电阻率相对于不锈钢片作为电极布置于混凝土左右两侧时的电阻率较高，但是前者保证了行人的安全，施工简便快捷，并能保证相同的融雪化冰功率。因此，不锈钢丝网作为电极布置于混凝土上下两侧的电极形式和布置更适用于实际工程的建设。
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，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种碳纤维导电混凝土的电极形式和布置，其特征在于：采用不锈钢丝网作为电极。
2.按照权利要求1的电极形式和布置，其特征在于，不锈钢丝网布置于碳纤维导电混凝土平行于地面的上下两侧中。
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