CN103553498B - 无腐蚀导电材料及其混凝土基础接地装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种导电材料，以及所述导电材料在混凝土及混凝土基础接地装置中的应用。一种无腐蚀导电材料，以重量百分比表示，含有导电纤维20%‑60%；防腐阻锈剂8%‑15%，硅酸盐水泥30%‑70%；一种导电混凝土，以重量百分比表示，含有所述无腐蚀导电材料25%‑47.6%；沙19%‑32.5%；石子33.40%‑45.5%，然后用水混均制成；一种混凝土基础接地装置，由所述的无腐蚀导电材料以及沙、石和水混制的导电混凝土浇筑而成，在所述混凝土基础内设置有接地钢筋网。发明无腐蚀导电材料、导电混凝土以及混凝土基础接地装置，具有很好的导电特性，满足接地装置接地电阻值的设计运行要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种导电材料，以及所述导电材料在混凝土及混凝土基础接地装置中的应用。
背景技术
接地装置满足接地电阻的设计运行要求，是电力、铁路、石油天然气、通信设施安全稳定运行的可靠保障。
目前电力输电线路杆塔接地装置传统的设计施工方案，都是采用扩大地网面积，人工敷设钢接地极的方法满足接地装置接地电阻值的要求。土壤电阻率高的地区，要求开挖长度在700米左右，造成植被破坏严重，赔地、赔青费用极高，人力物力资源浪费极大。
混凝土基础的自然接地装置，满足接地电阻设计要求的关键是导电材料。因此，为了设施安全稳定运行、满足环保要求以及施工的方便，对无腐蚀导电材料以及自然接地装置进行有益的研究和探索，是很有积极意义的。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，提出一种无腐蚀导电材料，及由所述无腐蚀导电材料与沙、石、水配伍混合形成的一种导电混凝土，以及利用该导电混凝土和钢筋网组成的自然接地装置。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种无腐蚀导电材料，以重量百分比表示，含有导电纤维20％-60％；防腐阻锈剂8％-15％，硅酸盐水泥30％-70％。
所述的无腐蚀导电材料，含有导电纤维30％-50％；防腐阻锈剂8％-12％，硅酸盐水泥40％-60％。
所述的无腐蚀导电材料，含有导电纤维40％-50％；防腐阻锈剂8％-12％，硅酸盐水泥40％-50％。
所述的无腐蚀导电材料，含有导电纤维30％-40％；防腐阻锈剂10％-12％，硅酸盐水泥50％-60％。
所述的无腐蚀导电材料，含有导电纤维40％-60％；防腐阻锈剂10％-15％，硅酸盐水泥30％-50％。
所述的无腐蚀导电材料，防腐阻锈剂采用亚硝酸盐：亚硝酸钠或亚硝酸钙。
所述的无腐蚀导电材料，导电纤维采用金属钢纤维。
一种导电混凝土，含有前述的无腐蚀导电材料，以及沙、石，水，以重量百分比表示，含有所述无腐蚀导电材料25％-47.6％；沙19％-32.5％；石子33.40％-45.5％；前述材料用水混均制成所述导电混凝土。
一种混凝土基础接地装置，包括混凝土基础，以及设置在所述混凝土基础内的接地钢筋网，所述混凝土基础由前述的无腐蚀导电材料，以及沙、石和水混制的导电混凝土浇筑而成。
发明的有益积极效果：
1、本发明无腐蚀导电材料，具有很好的导电特性，同时对混凝土中设置的钢筋网有很好的保护作用，可以使接地电阻长期稳定。满足无腐蚀导电材料接地电阻值的设计运行要求：(1)电阻率ρ≤2Ω·m(试品放置一周后，电流电压法测试)，(2)腐蚀试验，埋入地下60天后，外观检查，钢纤维表面光滑，无腐蚀痕迹。能很好地在工程中使用。
2、本发明无腐蚀导电材料，适应于不同气象环境，以及不同的地质状况，适用于各种环境条件下的自然接地装置。引领接地装置设计施工的新方向，具有较高推广的创新内涵，易转化为规模化生产的高新产业。无腐蚀导电材料在接地工程中的应用，具有广阔的市场前景，其推广应用，必将能带来巨大的经济效益与社会效益。
3、采用本发明无腐蚀导电材料制作的导电混凝土，其电阻率ρ≤10Ω·m，具有很好的导电特性，与内设钢筋网的优化组合，是杆塔理想的自然接地装置。本发明冲击电流耐受要求ΔR％≤20％，即使在雷电流泄放时，接地电阻稳定，混凝土也不会受任何影响。抗压强度在C30-C60之间，能够根据设计要求，制作出不同等级抗压强度的新型混凝土，适应于所有的混凝土基础自然接地装置的接地工程。
4、本发明导电混凝土，能够使自然接地装置满足接地电阻值要求；采用无腐蚀导电材料与符合要求的沙、石、水混合制作而成，能够改善混凝土的导电特性；有增加抗压、抗折强度的作用，增加了混凝土的抗压强度、抗折强度，能够延长混凝土基础的使用寿命，使设备运行更加稳定可靠。
5、由本发明导电混凝土及混凝土中编制的泄流金属网制成的自然接地装置，满足接地电阻值的设计运行要求，能够有效保护混凝土中钢筋网不受腐蚀。这种泄流坑形式的接地装置，对于电流密度梯度递减，对于满足接地电阻值的要求，有事半功倍的作用。
6、采用本发明自然接地装置，可以克服传统接地方式的不足，最大限度的减少或者不做人工接地就能够满足接地装置接地电阻值要求。能够大量减少地网面积和工程开挖量，降低赔地、赔青费用，可以节约大量的人力、物力资源，降低工程造价。同时，可以避免重复施工造成的植被破坏，有利于生态环境保护。
具体实施方式
本发明无腐蚀导电材料，以重量百分比表示，含有导电纤维20％-60％；防腐阻锈剂8％-15％，硅酸盐水泥30％-70％。其中导电纤维采用钢纤维，防腐阻锈剂可采用亚硝酸钠或亚硝酸钙，以下各实施例以使用亚硝酸钠为例说明。
实施例(1)：本实施例的无腐蚀导电材料，其组成按重量百分比含量表示，包括：钢纤维60％，亚硝酸钠10％，硅酸盐水泥30％。
实施例(2)：本实施例的无腐蚀导电材料，组成为：钢纤维50％，亚硝酸钠8％，硅酸盐水泥42％。
实施例(3)：本实施例的无腐蚀导电材料，组成为：钢纤维48％，亚硝酸钠12％，硅酸盐水泥40％。
实施例(4)：本实施例的无腐蚀导电材料，按重量百分比含量表示，原料组成为：钢纤维45％，亚硝酸钠15％，硅酸盐水泥40％。
实施例(5)：本实施例的无腐蚀导电材料，按重量百分比含量表示，原料组成为：钢纤维42％，亚硝酸钠13％，硅酸盐水泥45％。
实施例(6)：本实施例的无腐蚀导电材料，按重量百分比含量表示，原料组成为：钢纤维40％，亚硝酸钠11％，硅酸盐水泥49％。
实施例(7)：本实施例的无腐蚀导电材料，按重量百分比含量表示，原料组成为：钢纤维38％，亚硝酸钠12％，硅酸盐水泥50％。
实施例(8)：本实施例的无腐蚀导电材料，按重量百分比含量表示，原料组成为：钢纤维35％，亚硝酸钠10％，硅酸盐水泥55％。
实施例(9)：本实施例的无腐蚀导电材料，按重量百分比含量表示，原料组成为：钢纤维33％，亚硝酸钠14％，硅酸盐水泥53％。
实施例(10)：本实施例的无腐蚀导电材料，按重量百分比含量表示，原料组成为：钢纤维30％，亚硝酸钠9％，硅酸盐水泥61％。
实施例(11)：本实施例的无腐蚀导电材料，按重量百分比含量表示，原料组成为：钢纤维28％，亚硝酸钠15％，硅酸盐水泥57％。
实施例(12)：本实施例的无腐蚀导电材料，按重量百分比含量表示，原料组成为：钢纤维25％，亚硝酸钠12％，硅酸盐水泥63％。
实施例(13)：本实施例的无腐蚀导电材料，按重量百分比含量表示，原料组成为：钢纤维25％，亚硝酸钠10％，硅酸盐水泥65％。
实施例(14)：本实施例的无腐蚀导电材料，按重量百分比含量表示，原料组成为：钢纤维27％，亚硝酸钠8％，硅酸盐水泥65％。
实施例(15)：本实施例的无腐蚀导电材料，按重量百分比含量表示，原料组成为：钢纤维22％，亚硝酸钠15％，硅酸盐水泥63％。
实施例(16)：本实施例的无腐蚀导电材料，按重量百分比含量表示，原料组成为：钢纤维20％，亚硝酸钠10％，硅酸盐水泥70％。
实施例(17)：本实施例的无腐蚀导电材料，按重量百分比含量表示，原料组成为：钢纤维55％，亚硝酸钠15％，硅酸盐水泥30％。
实施例(18)：本实施例的无腐蚀导电材料，按重量百分比含量表示，原料组成为：钢纤维60％，亚硝酸钠8％，硅酸盐水泥32％。
实施例(19)：本实施例的无腐蚀导电材料，按重量百分比含量表示，原料组成为：钢纤维40％，亚硝酸钠8％，硅酸盐水泥45％，煅后焦或石墨7％。
实施例(20)：本实施例的无腐蚀导电材料，按重量百分比含量表示，原料组成为：钢纤维50％，亚硝酸钠12％，硅酸盐水泥30％，碳纤维8％。
本发明所述的无腐蚀导电材料，防腐阻锈剂也可以采用亚硝酸钙。在上述各实施例配伍基础上，结合土质需要，具体应用中，也可以适当加入其它电子导电材料、离子导电材料，或者是对钢材有防腐保护特性的材料。
导电纤维或可采用其它导电纤维和钢纤维一并配伍组成本发明无腐蚀导电材料，如可加入少量的碳纤维，在此不再一一列举。
本发明无腐蚀导电材料主要由硅酸盐水泥、导电纤维(钢纤维)、防腐阻锈剂(亚硝酸钠)三种材料按重量百分比配伍组成，其中硅酸盐水泥、导电纤维(钢纤维)、防腐阻锈剂的性能及作用具备以下特性：
1、硅酸盐水泥是一种胶凝材料，具有把其它原材料粘合到一起，制作成混凝土等其它水泥制品的特性。但水泥制品电阻率极高，有不导电的特性，不同标号的水泥，与砂石配伍，同样的配伍比例，抗压强度会有不同的变化，产生不同的结果。单一标号的水泥，与砂石不同的配伍，抗压强度会有不同的变化，产生不同的结果。本发明中硅酸盐水泥限定的用量范围就是为了保证混凝土的抗压强度而设定的。
2、钢纤维具有电子导电特性，不受自然环境的影响，尤其是在高寒地区(常年冻土带)、特别干旱地区(年降水量少于蒸发量)，其导电性能始终保持稳定。本发明中钢纤维限定的用量范围就是为了保证混凝土在不同的自然环境条件下的导电特性而设定的。且能在一定程度上增加混凝土的强度及韧性，延长设施的使用寿命。
3、亚硝酸钠具有离子导电的特性，吸湿保湿的特性，并且具有对普通钢材防腐阻锈的特性。在混凝土中的使用应适量合理，用量过小，难以保证其阻锈作用；用量过大，会导致混凝土凝固期延长，影响施工进度。离子导电是有条件的，其必须有水的分解，才能导电。没有水的分解是不导电的或导电能力极差，因此若在高寒地区(常年冻土带)、特别干旱地区(年降水量少于蒸发量)使用是不科学的。本发明中亚硝酸钠的用量保证了对导电混凝土中的钢材防腐保护，并能够适应不同的自然环境条件。
本发明各种材料的不同配伍方法就是为了满足各种条件而设定的。在高寒地区、特干旱地区，应以电子导电材料作为主体来制作导电混凝土。同时，制作的导电混凝土还应同时满足以下两个条件：(1)按设计要求的抗压强度。(2)电阻率ρ≤10Ω·m。因此，在工程实施过程中，应综合考虑环境条件，采用不同的配伍制作导电混凝土，对抗压强度、电阻率做出测试，合格后方能采用。
本发明无腐蚀导电材料，能够推进自然接地装置在接地设计中的推广应用。如果接地设计能够最大限度的采用自然接地装置，则有助于克服传统接地方式的不足，尽量减少或者不做人工接地就能够满足接地装置接地电阻值要求。这无疑能够大量减少地网面积和工程开挖量，降低赔地、赔青费用，并可以节约大量的人力、物力资源，降低工程造价。同时，可以大量减少植被破坏，有利于生态环境保护。
表一给出了本发明不同配伍组成的无腐蚀导电材料，依据本领域行业技术要求，做出的部分试验数据。
表一、无腐蚀导电材料试验项目汇总表
说明：1、电阻率测试是在试品放置一周后，采用电压电流法测试；
2、腐蚀试验是在将试品埋入地下60天后取出，清除表面杂物，外观目视检测，钢材表面光滑，无腐蚀痕迹。
由上述实验可知，本发明无腐蚀导电材料在钢纤维含量不低于20％的情况下，其电阻值均满足接地材料要求。其中亚硝酸钠的含量根据土质，适当增减，其余为硅酸盐水泥。
本发明导电混凝土，原料构成以重量百分比表示，主要包括：无腐蚀导电材料25％-47.6％，以及沙、石，水，其中沙含量为19％-32.5％；石子含量为33.40％-45.5％；然后用适量的水，将前述原料混均制成。
下面仅以采用实施例(13)的无腐蚀导电材料为例，说明本发明导电混凝土的实施方式，并给出了实验数据支持。
实施例(21)：本实施例的导电混凝土，原料组成为：含有实施例(13)所述的无腐蚀导电材料47.6％；沙19％；石子33.4％；然后将前述材料用适量的水混均制成所述导电混凝土。
实施例(22)：本实施例的导电混凝土，含有实施例(13)所述的无腐蚀导电材料39.5％；沙25.2％；石子35.3％；然后加适量的水混均制成。
实施例(23)：本实施例的导电混凝土，含有实施例(13)所述的无腐蚀导电材料33.3％；沙26.7％；石子40％；然后加适量的水混均制成。
实施例(24)：本实施例的导电混凝土，含有实施例(13)所述的无腐蚀导电材料26.7％；沙29.3％；石子44％；然后加适量的水混均制成。
实施例(25)：本实施例的导电混凝土，含有实施例(13)所述的无腐蚀导电材料25％；沙32.5％；石子42.5％；然后加适量的水混均制成。
实施例(26)：本实施例的导电混凝土，含有实施例(13)所述的无腐蚀导电材料25％；沙30％；石子45％；然后加适量的水混均制成。
表二给出了实施例(21)-(26)的导电混凝土，依据本行业技术设计规范，做出的试验数据。
表二：导电混凝土试验数据汇总表
说明：1、导电混凝土的电阻率测量采用电压、电流法在试品制作完成后测量；
2、抗压强度、冲击电流耐受测量在试品养护28天后进行。
由表2可知，本发明导电混凝土，其电气性能均符合本行业技术要求。
实施例(27)：本实施例为混凝土基础接地装置的实施方式，所述的混凝土基础接地装置，包括混凝土基础，以及设置在所述混凝土基础内的接地钢筋网，所述混凝土基础采用如前所述的无腐蚀导电材料，以及沙、石和水混制的导电混凝土浇筑而成。
Claims (6)
1.一种无腐蚀导电材料，其特征在于：以重量百分比表示，由20％-60％的导电纤维、8％-15％的防腐阻锈剂以及30％-70％的硅酸盐水泥组成；其中导电纤维采用金属钢纤维，防腐阻锈剂采用亚硝酸盐：亚硝酸钠或亚硝酸钙。
2.根据权利要求1所述的无腐蚀导电材料，其特征在于：含有导电纤维30％-50％；防腐阻锈剂8％-12％，硅酸盐水泥40％-60％。
3.根据权利要求1所述的无腐蚀导电材料，其特征在于：含有导电纤维40％-50％；防腐阻锈剂8％-12％，硅酸盐水泥40％-50％。
4.根据权利要求1所述的无腐蚀导电材料，其特征在于：含有导电纤维30％-40％；防腐阻锈剂10％-12％，硅酸盐水泥50％-60％。
5.根据权利要求1所述的无腐蚀导电材料，其特征在于：含有导电纤维40％-60％；防腐阻锈剂10％-15％，硅酸盐水泥30％-50％。
6.一种混凝土基础接地装置，包括混凝土基础以及设置在所述混凝土基础内的接地钢筋网，其特征是：所述混凝土基础由权利要求1所述的无腐蚀导电材料，以及沙、石和水混制的导电混凝土浇筑而成。
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