CN105254335B - 一种离子导电混凝土的制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种离子导电混凝土的制备工艺，包括以下步骤：(1)制备混凝土试件；(2)拆模养护；(3)试件渗透；(4)涂刷防水涂料。本发明的实施例提供的离子导电混凝土与传统的导电混凝土相比具有电阻率较小，导电性能均匀稳定等优点。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，涉及导电混凝土的材料技术，具体涉及一种离子导电混凝土制备工艺。
背景技术
混凝土作为一种被广泛应用的建筑材料，它具有取材方便，价格便宜，抗压强度高，可模性好等优点；但其是电的不良导体。为了使其具有导电性，通过在普通混凝土中掺加不同的导电介质来改善混凝土的导电性，使混凝土变成良好的导电材料的技术已经成为导电混凝土研发的主流思想。
具有良好导电性的导电混凝土的电阻率较低，且具有良好的发热性能、压敏性和较好的电磁屏蔽性能，被广泛应用于除雪融冰，室内采暖，电磁屏蔽和结构健康检测等领域。目前，已被研究应用的导电混凝土包括钢纤维和钢渣导电混凝土、石墨导电混凝土、碳纤维导电混凝土和纳米炭黑导电混凝土等。
上述传统导电混凝土均存在一定的缺陷：钢纤维导电混凝土随混凝土龄期的增加钢纤维会产生锈蚀，其电阻率会逐步加大，有研究表明，1年龄期的钢纤维混凝土其电阻率较刚制作完毕时增大了10倍有余。而如果要制作导电性良好的石墨导电混凝土，则需要在混凝土中加入大掺量的石墨粉，大大降低混凝土的强度与延性。使用碳纤维作为导电材料时，由于碳纤维成本昂贵，且容易在混凝土中产生聚团，从而导致导电不均匀，进而引发混凝土局部过热的问题。
根据物质的导电机理，导体可以分为属于物理变化范畴的电子导体和属于化学变化范畴的离子导体；现有技术的所有导电混凝土均基于物理变化原理制备；没有发现基于化学变化原理制备的导电混凝土。制备离子导电混凝土存在以下难点：①混凝土内部具有较多的毛细孔，这些毛细孔非常微小且不连续，使得电解质溶液很难均匀的分布到混凝土内部，而电解质溶液在混凝土内部的分布情况直接决定了离子导电混凝土的导电性能；②由于混凝土的水泥继续水化和以及混凝土内部水分蒸发作用，渗透到混凝土内部的电解质溶液浓度随之增加，进而随着时间的推移，影响混凝土的导电性能；③电极选用不当可能发生电化学腐蚀，使电阻率增大；同时，溶液的选择不当，会对混凝土本身的力学性能产生影响。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术中的上述不足之处而提供一种离子导电混凝土的制备工艺。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
提供了一种离子导电混凝土的制备工艺，其特征是：包括以下步骤：
(1)制备混凝土试件：将金属电极固定在试模中；将水泥和砂，放入搅拌机中搅拌，再加入铝粉搅拌；入模并放在振动台上振动直到密实，振动过程中保持电极相对位置不变；收光混凝土的表面，静停后割除面包头，然后再次进行表面收光；
(2)拆模养护：待步骤(1)中的混凝土终凝后拆模，养护28d形成离子导电混凝土试件；
(3)试件渗透：将步骤(2)中的所述离子导电混凝土试件置于电解质溶液中进行渗透，根据所处的环境温度，在其溶解度范围内配置电解质溶液，并将养护好的所述离子导电混凝土试件置于所述电解质溶液中浸泡，直至间隔称量质量变化小于预定值，视为电解质溶液渗透完成；
(4)涂刷防水涂料：将步骤(3)中完成渗透的所述离子导电混凝土试件从电解质溶液中移出，并将其表面擦拭干净，将其全部外表面均匀涂刷防水涂料。
优选地，所述砂为中砂；所述各材料的配比根据配合比设计规范。
优选地，所述铝粉参量根据混凝土强度的实际需要确定。
优选地，所述铝粉掺量为0％～0.08％。
优选地，步骤(2)中所述水泥和砂放入搅拌机中搅拌的时间为2min～3min，加入铝粉搅拌的时间为1min～2min；入模并放在振动台上振动的时间约为1min；所述收光混凝土表面后的静停时间为1h～2h。
优选地，所述离子导电混凝土试件的间隔称量质量变化预定值小于1％。
优选地，所述防水涂料包括环氧树脂胶、K11、911等防水涂膜、聚合物水泥基防水涂料中的一种或几种。
优选地，所述金属电极和所述电解质溶液为：电极|含电极金属阳离子的电解质溶液。
优选地，所述电极|含电极金属阳离子的电解质溶液包括Fe|Fe3+或Cu|Cu2+。
本发明所提供的实施例的有益效果：
(1)本发明的实施例所提供的一种离子导电混凝土的制备工艺，基于电解质溶液导电原理，突破传统导电混凝土的物理变化导电原理及制备方法，制成一种基于化学变化范畴的离子导电混凝土，克服上述几种目前常用导电混凝土配方的缺点。
(2)本发明的实施例所提供的一种离子导电混凝土的制备工艺，制作过程中，通过掺加铝粉调节混凝土内部的毛细孔大小，使电解质溶液更加容易渗透至混凝土的内部，提高了其导电性能。
(3)在充满电解质溶液的混凝土的表面涂刷了防水涂料，不仅避免了混凝土内部水分的蒸发，保证了导电混凝土电阻率的稳定性，而且使得混凝土整体力学性能得到提高。
(4)根据本发明的实施例提供的一种离子导电混凝土的制备工艺，最终制成的离子导电混凝土的电阻率较小，导电性能稳定，是良好的导电材料。
(5)由于制备离子导电混凝土的电解质溶液廉价易得，且其生产工艺便于在工厂中集约化标准生产，因此离子导电混凝土具有广泛应用前景。
(6)根据本发明的实施例提供的一种离子导电混凝土的制备工艺制成的离子导电混凝土，由于制备所需的各种材料廉价易得且工艺简单方便，因此，具有造价成本低，节约能源、节省劳动力和提升工作效率的优势。
附图说明
图1为依本发明所述方法制备的离子导电混凝土在不同交流电压条件下不同溶液浓度浸泡离子导电混凝土试件的电阻率示意图。
图2是依本发明所述方法制备的离子导电混凝土的电阻率随时间变化的规律的示意图。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
本发明的实施例所提供的一种离子导电混凝土的制备工艺，其特征是：包括以下步骤：
(1)制备混凝土试件：将金属电极固定在试模中；将水泥和砂，放入搅拌机中搅拌，再加入铝粉搅拌；入模并放在振动台上振动直到密实，振动过程中保持电极相对位置不变；收光混凝土的表面，静停后割除面包头，然后再次进行表面收光；
(2)拆模养护：待步骤(1)中的混凝土终凝后拆模，养护28d形成离子导电混凝土试件；
(3)试件渗透：将步骤(2)中的所述离子导电混凝土试件置于电解质溶液中进行渗透，根据所处的环境温度，在其溶解度范围内配置电解质溶液，并将养护好的所述离子导电混凝土试件置于所述电解质溶液中浸泡，直至间隔称量质量变化小于预定值，视为电解质溶液渗透完成；
(4)涂刷防水涂料：将步骤(3)中完成渗透的所述离子导电混凝土试件从电解质溶液中移出，并将其表面擦拭干净，将其全部外表面均匀涂刷防水涂料。
优选地，所述砂为中砂；所述各材料的配比根据配合比设计规范。
优选地，所述铝粉掺量根据混凝土强度的实际需要确定。
优选地，所述铝粉掺量为0％～0.08％。
优选地，步骤(2)中所述水泥和砂放入搅拌机中搅拌的时间为2min～3min，加入铝粉搅拌的时间为1min～2min；入模并放在振动台上振动的时间约为1min；所述收光混凝土表面后的静停时间为1h～2h。
优选地，所述离子导电混凝土试件的间隔称量质量变化预定值小于1％。
优选地，所述防水涂料包括环氧树脂胶、K11、911等防水涂膜、聚合物水泥基防水涂料中的一种或几种。
优选地，所述金属电极和所述电解质溶液为：电极|含电极金属阳离子的电解质溶液。
优选地，所述电极|含电极金属阳离子的电解质溶液包括Fe|Fe3+或Cu|Cu2+。
下面提供一个实施例：该实施例以Fe|Fe2(SO4)3制备离子导电混凝土，测定了不同交流电压条件下不同溶液浓度浸泡离子导电混凝土试件的电阻率，结果如表1和图1所示；其中取导电性能最优的9.1％浓度溶液浸泡的离子导电混凝土试件用50V交流电压加载2h，测试其电阻率随时间变化的规律，结果如表2和图2所示。
表1离子导电混凝土外加不同电压的电阻率(Ω·m)
表2 9.1％溶液浓度浸泡离子导电混凝土试件电阻率随时间变化值
根据表1和图1数据可知，本发明的实施例所提供的离子导电混凝土在不同交流电压加载下，其电阻率相对稳定。当电解质溶液的质量分数为9.10％时，其电阻率值相对最小，表现出的导电性最优。当电解质溶液的质量分数超过9.10％时，电阻率随质量分数的增加而增大，这是因为电解质溶液在渗透过程中，水分子渗透速度更快，导致渗透到离子导电混凝土的内部的电解质溶液局部的质量分数增大，当局部溶质的量超过其溶解度后就会结晶，增大离子运动的阻力，其宏观表现即为电阻率值增大。同时，随着成型时间的增加，电阻率值普遍逐渐增大，这是由于离子导电混凝土的内部一直在发生水化反应，不但使离子导电混凝土的内部的孔结构发生改变，而且随着水化反应的进行，消耗水使溶液质量分数增加直至结晶，都使得离子运动阻力增加，电阻率增大。这和同一成型时间测得较高质量分数的电解质溶液，其电阻率也较高的原因是相似的。随着时间的推移，水泥的水化反应逐渐变慢，其电阻率值必将趋于稳定。此外，所选溶质的溶解度越大，最小电阻率值对应的电解质溶液质量分数将会越大，并可以缓解水化反应对电阻率的影响。当然，由于受限于离子导电混凝土的孔结构，其电阻率值不会随溶解度增大一直变小。
由表2和图2的数据可知，选用溶液质量分数为9.1％的最优导电组，当外加50V交流电连续通电2h时，电阻率值随着时间的增加大幅度降低，其降幅达到53.31％，并逐渐趋于稳定。而且，在试验过程中，可以感知试件表面释放出大量热量。这表明，离子导电混凝土在连续通交流电时，并没有发生极化效应，同时，由于其发热性能好，还表现出极佳的应用潜能。
本发明基于电解质溶液导电原理，突破传统导电混凝土的导电原理及制备方法，制成一种离子导电混凝土。该离子导电混凝土的电阻率较小，导电性能稳定，且不存在目前常用的物理导电混凝土的各种缺点。此外，制备离子导电混凝土的溶液廉价易得，其生产工艺便于在工厂中集约化标准生产。因此离子导电混凝土具有广泛的应用前景。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，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实质和范围。
Claims (2)
1.一种离子导电混凝土的制备工艺，其特征是：包括以下步骤：
(1)制备混凝土试件：将金属电极固定在试模中；将水泥和砂，放入搅拌机中搅拌，再加入铝粉搅拌；入模并放在振动台上振动直到密实，振动过程中保持电极相对位置不变；收光混凝土的表面，静停后割除面包头，然后再次进行表面收光；所述砂为中砂；所述各材料的配比根据配合比设计规范；所述铝粉掺量为0％～0.08％；所述水泥和砂放入搅拌机中搅拌的时间为2min～3min，加入铝粉搅拌的时间为1min～2min；入模并放在振动台上振动的时间为1min；所述收光混凝土表面后的静停时间为1h～2h；
(2)拆模养护：待步骤(1)中的混凝土终凝后拆模，养护28d形成离子导电混凝土试件；
(3)试件渗透：将步骤(2)中的所述离子导电混凝土试件置于电解质溶液中进行渗透，根据所处的环境温度，在其溶解度范围内配置电解质溶液，并将养护好的所述离子导电混凝土试件置于所述电解质溶液中浸泡，直至间隔称量质量变化小于预定值，视为电解质溶液渗透完成；所述金属电极和所述电解质溶液为：电极|含电极金属阳离子的电解质溶液；所述离子导电混凝土试件的间隔称量质量变化预定值小于1％；所述电极|含电极金属阳离子的电解质溶液包括Fe|Fe3+或Cu|Cu2+；所述电极|含电极金属阳离子的电解质溶液Fe|Fe3+是Fe|Fe2(SO4)3；以Fe|Fe2(SO4)3制备离子导电混凝土，测定了不同交流电压条件下不同溶液浓度浸泡离子导电混凝土试件的电阻率；离子导电混凝土在不同交流电压加载下，其电阻率相对稳定；当电解质溶液的质量分数为9.10％时，其电阻率值相对最小，表现出的导电性最优；当电解质溶液的质量分数超过9.10％时，电阻率随质量分数的增加而增大；
(4)涂刷防水涂料：将步骤(3)中完成渗透的所述离子导电混凝土试件从电解质溶液中移出，并将其表面擦拭干净，将其全部外表面均匀涂刷防水涂料；所述防水涂料包括环氧树脂胶、K11、911防水涂膜、聚合物水泥基防水涂料中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的一种离子导电混凝土的制备工艺，其特征是：9.1％溶液浓度浸泡离子导电混凝土试件电阻率随时间变化值为：起始电阻率为42.79Ω.m，终止电阻率值为19.98Ω.m，电阻率减小值为22.81Ω.m，电阻率降幅为53.31％，选用溶液质量分数为9.1％的最优导电组，当外加50V交流电连续通电2h时，电阻率值随着时间的增加大幅度降低，其降幅达到53.31％，并逐渐趋于稳定；而且，在试验过程中，可以感知试件表面释放出大量热量；离子导电混凝土在连续通交流电时，并没有发生极化效应。
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