CN105801076A - 一种内掺低熔点合金的导电水泥及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种内掺低熔点合金的导电水泥及其制备方法，涉及建筑材料技术领域，所述导电水泥包括如下体积份的成分：水泥基材料10～80份；由低熔点合金组成的导电填料20～90份。本发明提供的导电水泥中，水泥基材料和由低熔点合金组成的导电填料以合理的配比协同作用，在未明显降低强度的情况下，使得导电水泥具有较好的导电性，同时能够避免由于大量使用纤维材料所导致的成本问题。

Description

一种内掺低熔点合金的导电水泥及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，特别涉及一种内掺低熔点合金的导电水泥及其制备方法。
背景技术
水泥及包含水泥成分的混凝土，是建筑领域十分常见的结构材料。随着社会的发展和技术的进步，工程上对水泥材料的功能和性质提出了多样性要求。由于传统的水泥和混凝土本身电阻高，是不良导体。近些年来，在保证水泥的基础性质的前提下，为其增加一些附加的功能如导电性，成为了新型功能和智能建筑材料的研究热点。
在目前已公开的技术中，导电水泥通常是通过在水泥基体中掺加一定含量的导电材料来实现的。制得的导电水泥既要有一定的力学强度还要具有导电特性。此类水泥作为一种组成成分还可以进一步和其他混凝土成分一起制成导电混凝土。导电水泥和导电混凝土不仅能保留结构材料的基本功能，而且在电力工业、建筑采暖、电加热器等与建筑密切关联等方面具有重要作用。
导电水泥常用的导电填料主要包括石墨、碳纤维及钢纤维。石墨具有良好的导电性，在水泥或混凝土中加入一定比例的石墨虽可以提高这些材料的导电性，但要实现这一目标，需要的石墨含量较多，然而石墨的力学强度不高，因此会明显降低水泥或混凝土的强度。而且当石墨的占比达到一定程度后，即使再增加其含量，基体的导电性也不会增加；纤维材料在混合搅拌时，易发生团聚和断裂，且碳纤维的造价过高，大量使用会带来成本问题。因此开发一种有效的导电水泥以及对应简化的制造工艺具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是克服传统水泥本身不导电的特点，以及现有导电水泥存在的问题，提供一种内掺低熔点合金的导电水泥。
本发明提供的导电水泥以水泥基材料作为主要成分，辅以由低熔点合金组成的导电填料；其中，所述导电填料由低熔点合金组成，具有良好的导电和力学性质(即强度)，在将所述导电填料掺入水泥基材料中后，在未明显降低强度的情况下，使得导电水泥具有较好的导电性，同时能够避免由于大量使用纤维材料所导致的成本问题。
具体而言，本发明导电水泥包括如下体积份的成分：
水泥基材料10～80份；
由低熔点合金组成的导电填料20～90份。
优选地，所述导电水泥包括体积份的成分：
水泥基材料40～70份；
导电填料30～60份。
作为本发明的优选方案，所述导电水泥包括如下体积份的成分：
水泥基材料60份；
导电填料40份。
为提高导电水泥的导电性，从而减少导电填料的使用量，所述导电水泥还包括体积份的成分：导电纤维0.1～15份，在所述导电水泥中添加导电纤维后，能够在导电水泥中形成导电网络，提高导电水泥的导电性，从而减少导电填料的使用量。
其中，所述导电纤维的单丝直径为50μm～300μm，长径比为100～300.
作为本发明的优选方案，所述导电水泥包括如下体积份的成分：
水泥基材料74.5份；
导电填料25份；
导电纤维0.5份。
所述低熔点合金选自铋、铟、锡、镉、锌、镓、铁、镍和钙中的至少两种；
和/或，
所述低熔点合金以微粒形式存在，所述微粒的直径为100μm～3mm。
所述低熔点合金的熔点为45～232℃。
所述低熔点合金优选为由铋、铟、锡和锌组成，且包括如下质量份的成分：铋30～67份、铟15～60份、锡7～60份及锌0～9份。
所述水泥基材料为水泥熟料和石膏，所述水泥熟料选自硅酸盐和铝酸盐水泥的一种；优选为硅酸盐水泥。
所述导电纤维选自碳纤维和不锈钢纤维的一种；优选为碳纤维。
本发明进一步提供了所述导电水泥的制备方法，包括以下具体步骤：
取各原料，在加热温度为50～300℃和常压条件下，将各原料依次进行混合、粉磨和搅拌，再进行冷却，待混合物固化即得。
以下是本发明制备方法的一个优选技术方案，包括以下具体步骤：
1)取低熔点合金，在加热温度60～250℃和常压条件下制成导电填料，然后与水泥基材料(即水泥熟料和石膏)混合；
2)在将导电填料和水泥基材料混合后，在加热温度为65～232℃和常压条件下粉磨，搅拌20分钟～4小时，搅拌速度为30～1500转/分，之后冷却，待混合物固化即得。
本发明制备方法的另一个优选技术方案为，包括以下具体步骤：
1)取低熔点合金，在加热温度60～250℃和常压条件下制成导电填料，然后与水泥基材料(即水泥熟料和石膏)混合；
2)在将导电填料和水泥基材料混合后，在加热温度为65～232℃和常压条件下粉磨，搅拌20分钟～2小时，搅拌速度为30～1500转/分；
3)在加热温度为25～232℃和常压条件下加入导电纤维进行搅拌混合，在混合均匀之后冷却，待混合物固化即得。
本发明提供的导电水泥中，水泥基材料和由低熔点合金组成的导电填料以合理的配比协同作用，在未明显降低强度的情况下，使得导电水泥具有较好的导电性，同时能够避免由于大量使用纤维材料所导致的成本问题。
附图说明
图1是本发明一种实施例的内掺低熔点合金的导电水泥的结构示意图；
图2是本发明一种实施例的内掺低熔点合金的导电水泥的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
本实施例提供了一种内掺低熔点合金的导电水泥，其包括如下体积的成分：水泥基材料60立方分米，导电填料40立方分米。
实施例2
本实施例提供了一种内掺低熔点合金的导电水泥，其包括如下体积的成分：水泥基材料40立方分米，导电填料60立方分米。
实施例3
本实施例提供了一种内掺低熔点合金的导电水泥，其包括如下体积的成分：水泥基材料70立方分米，导电填料30立方分米。
实施例4
本实施例提供了一种内掺低熔点合金的导电水泥，其包括如下体积的成分：水泥基材料10立方分米，导电填料90立方分米。
实施例5
本实施例提供了一种内掺低熔点合金的导电水泥，其包括如下体积的成分：水泥基材料80立方分米，导电填料20立方分米。
实施例6
本实施例提供了一种内掺低熔点合金的导电水泥，其包括如下体积的成分：水泥基材料74.5立方分米，导电填料25立方分米，导电纤维0.5立方分米。
实施例7
本实施例提供了一种内掺低熔点合金的导电水泥，其包括如下体积的成分：水泥基材料74.9立方分米，导电填料25立方分米，导电纤维0.1立方分米。
实施例8
本实施例提供了一种内掺低熔点合金的导电水泥，其包括如下体积的成分：水泥基材料60立方分米，导电填料25立方分米，导电纤维15立方分米。
实施例9
本实施例提供了一种内掺低熔点合金的导电水泥的制备方法，具体为：
1)取低熔点合金，在加热温度150℃和常压条件下，加热1小时，制成导电填料，然后与水泥基材料(即硅酸盐水泥和石膏)混合，其中，低熔点合金为铋(Bi)、铟(In)、锡(Sn)和锌(Zn)组成的BiInSnZn合金，该BiInSnZn合金中各金属质量的成分：铋(Bi)35克、铟(In)48.6克、锡(Sn)15.9克和锌(Zn)0.4克；该BiInSnZn合金的熔点为57.5℃，在室温下的抗压强度为38MPa，接近混凝土的抗压强度(44.2MPa)，所述导电填料的体积为40立方分米，所述水泥基材料的体积为60立方分米；
2)在将导电填料和水泥基材料混合后，在加热温度为150℃和常压条件下粉磨，搅拌1小时，搅拌速度为300转/分，之后冷却至室温，得到直径为100μm～3mm的低熔点合金填料微粒均匀分散的导电水泥。
参照图1，得到的导电水泥1(具有低熔点合金填料微粒2)使用时与普通水泥的操作方法相同，即将其与细砂和石子按比例用水调和搅拌，涂抹在砖墙面4上，接入电源和电子元器件，使导电水泥1起到导线导电作用。在硬化后的水泥表面涂抹覆盖一层涂料5，能够起到将导电部分与外界隔开、绝缘保护作用。另外，根据建筑对导电功能的实际需要，在建筑墙面上将导电和普通水泥联合使用，有导电功能需求的区域使用导电水泥，其他不需要导电或需要绝缘部分用普通水泥3填补。
实施例10
本实施例的制备方法及原材料均与实施例9相同，而应用场景与实施例9不同，制成的导电水泥取代传统发热电缆，以迂回形布于普通水泥之间，涂抹在地面和墙壁上，为建筑物保温供暖。一旦发生通路断开问题，易于解决，添加导电水泥于裂缝即可修复。
实施例11
本实施例的制备方法与实施例9相同，但原材料与实施例9原材料不同，低熔点合金导电水泥的导电填料为铋(Bi)、铟(In)和锡(Sn)组成的BiInSn合金，该BiInSn合金中各金属质量的成分：铋(Bi)31.6克、铟(In)48.8克和锡(Sn)19.6克，该BiInSn合金的熔点为59℃。
本实施例的导电水泥的应用与实施例9和实施例10相同。
实施例12
本实施例与实施例9的原材料不同，除采用实施例9中的水泥基材料和BiInSnZn合金外，另添加碳纤维。
其中，所述导电填料的体积为25立方分米，所述水泥基材料的体积为74.5立方分米，所述碳纤维的体积为0.5立方分米，所述碳纤维的单丝直径为100μm，长径比为100，所述水泥基材料为硅酸盐水泥和石膏。
本实施例提供了一种内掺低熔点合金的导电水泥的制备方法，具体为：
1)取低熔点合金，在加热温度200℃和常压条件下加热30分钟，制成导电填料，然后与水泥基材料混合；
2)在将导电填料和水泥基材料混合后，在加热温度为200℃和常压条件下粉磨，搅拌2小时，搅拌速度为300转/分；
3)在加热温度为80℃和常压条件下加入导电纤维进行搅拌混合，在混合均匀之后冷却，待混合物固化即得。
参照图2，得到的导电水泥1由于均匀分散的低熔点合金微粒2和导电纤维6之间形成接触良好的导电网，有利于导电水泥导电性的提升。
本实施例的导电水泥的应用与实施例9和实施例10相同。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种内掺低熔点合金的导电水泥，其特征在于，所述导电水泥包括如下体积份的成分：
水泥基材料10～80份；
由低熔点合金组成的导电填料20～90份。
2.如权利要求1所述的导电水泥，其特征在于，所述导电水泥包括体积份的成分：
水泥基材料40～70份；
导电填料30～60份。
3.如权利要求1所述的导电水泥，其特征在于，所述导电水泥包括如下体积份的成分：
水泥基材料60份；
导电填料40份。
4.如权利要求1所述的导电水泥，其特征在于，所述导电水泥还包括体积份的成分：导电纤维0.1～15份。
5.如权利要求4所述的导电水泥，其特征在于，所述导电纤维的单丝直径为50μm～300μm，长径比为100～300；
和/或，
所述导电水泥包括如下体积份的成分：
水泥基材料74.5份；
导电填料25份；
导电纤维0.5份。
6.如权利要求1～5中任一项所述的导电水泥，其特征在于，所述低熔点合金选自铋、铟、锡、镉、锌、镓、铁、镍和钙中的至少两种；
和/或，
所述低熔点合金以微粒形式存在，所述微粒的直径为100μm～3mm。
7.如权利要求6所述的导电水泥，其特征在于，所述低熔点合金的熔点为45～232℃。
8.如权利要求7所述的导电水泥，其特征在于，所述低熔点合金由铋、铟、锡和锌组成，且包括如下质量份的成分：铋30～67份、铟15～60份、锡7～60份及锌0～9份。
9.如权利要求1～5中任一项所述的导电水泥，其特征在于，所述水泥基材料为水泥熟料和石膏。
10.一种制备权利要求1～9任一项所述导电水泥的方法，其特征在于，包括如下步骤：
取各原料，在加热温度为50～300℃和常压条件下，将各原料依次进行混合、粉磨和搅拌，再进行冷却，待混合物固化即得。
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