CN1065446A

CN1065446A - 矿渣半导体混凝土及其制品

Info

Publication number: CN1065446A
Application number: CN92106155A
Authority: CN
Inventors: 刘明生
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 1992-04-26
Filing date: 1992-04-26
Publication date: 1992-10-21

Abstract

本发明提供一种具有半导体性能和可逆开关特性的半导体混凝土，它是由半导体水泥、水、矿渣砂、矿渣块和少量添加剂所组成的。半导体水泥是由矿渣硅酸盐水泥熟料、粒化高炉炉渣、土状石墨、石膏所组成的。利用这种混凝土制作的半导体接地体，其电性能和镀锌铁管相接近(特别是在强电场条件下)，其耐蚀性能则远优于后者，用这种混凝土制成的防雷预应力电柱的机械性能和普通电柱相同，但同时能达到防雷的目的。

Description

本发明涉及一种半导体混凝土，特别是矿渣半导体混凝土及其制品。

普通水泥混凝土的电阻率是一个变化范围很大的量，在干燥状态下约为10⁷～10⁹欧姆·米;而完全潮湿的混凝土的电阻率可降至10¹～10³欧姆·米。因此想直接利用普通水泥混凝土的电性能是非常困难的。

文献“国外导电混凝土的研究和应用”一文介绍了原苏联、北美和欧洲等国导电混凝土的发展情况，采用碳质骨料作为导电相，如焦炭、石墨等。但并不能改变普通水泥的电性能。而且随着导电相材料用量的增加，就必须加入水溶性聚合物以弥补粘结性能的下降，但在使用过程中，仍比较容易剥落，影响使用效果。

发明专利CN10486964公开了一种防爆导电混凝土，是一种由普通水泥、砂子、石墨、环氧树脂水乳液和固化剂所组成的，由石墨作为导电相，其配比为：水泥∶砂子∶石墨∶环氧树脂水乳液∶固化剂＝1∶1～2.5∶1.5～3.5∶1～1.5∶0.35～0.8（重量比）。作为导电相的石墨，其含量要超过水泥的0.5～2.5倍，其粘合和固化主要是靠环氧树脂和固化剂来实现的。环氧树脂水乳液又是由环氧树脂、乳化剂、稳定剂和消泡剂等组成，这无疑会提高其成本。

本发明的目的是提供一种利用廉价原料矿渣的半导体性能和可逆开关特性来制作半导体水泥、半导体混凝土及其制品。

本发明的另一个目的是将大量废弃的矿渣制作成具有优良性能的半导体混凝土。

在本发明中，利用了我们最近发现的矿渣所具有的非线性半导体性能和可逆开关特性。

本发明的再一个目的是利用这种半导体混凝土来制作各种半导体混凝土构件，如用于制作防雷击电柱、各种接地体等。

按照本发明的半导体混凝土，是由半导体水泥、矿渣砂、矿渣块、水和少量添加料所组成。半导体水泥、矿渣砂、矿渣块均具有半导体特性和可逆开关特性。

按照本发明的每立方米半导体混凝土，其配比为：半导体水泥∶水∶矿渣砂∶矿渣块∶添加剂＝（280～550）∶（180～350）∶（500～1550）∶（950～1260）∶0～80（公斤数）。

按照本发明的半导体水泥，是由矿渣硅酸盐熟料、粒化高炉矿渣、少量石墨和石膏按一定的配比混合细磨而成。这种半导体水泥的半导体特性和可逆开关特性主要来自矿渣的特性。添加少量石墨可适当改变其导电性能。这种半导体水泥的机械性能和普通水泥相近。

按照本发明的半导体水泥，其配比（重量比）为：矿渣硅酸盐水泥熟料∶粒化高炉炉渣∶土状石墨∶石膏＝1∶（0.2～0.7）∶（0.05～0.2）∶（0.04～0.06），按不同比例构成275～625号半导体水泥。添加少量石墨，目的在于在低电压下，电流通过矿渣伏安特性曲线小电流区域时，增加一些导电性能;而在较高的电场时，即进入矿渣伏安特性曲线的非线性区时，就能通过强大的电流（见附图1）。表1示出了半导体水泥和普通矿渣水泥的伏安特性比较。

从表1可计算出各种水泥在不同状态的电阻率。

1.矿渣水泥常温干燥状态的电阻率：

ρ_干（矿）＝U/I·s/h＝1800/0.1×10^-3·4×8/4×10²＝1.44×10⁶Ωm

2.含有3.23%湿度的半导体水泥的电阻率：

ρ_温（半）＝U/I·s/h＝470/4×10^-3·4×8/4×10²＝1.88×10⁴Ωm

3.干燥状态半导体水泥的电阻率：

ρ_干（半）＝U/I·s/h＝750/1.7×10^-3·4×8/4×10²＝3.53×10⁴Ωm

半导体水泥的电阻率比矿渣水泥降低了二个数量级。

按照本发明的半导体水泥，除了有一定的导电性能之外，还具有同标号普通水泥的机械性能（见表2）。

表2 半导体水泥和矿渣水泥的机械性能比较

按照本发明的半导体水泥，其配制方法为：用水泥粉磨将硅酸盐水泥熟料、粒化高炉渣、石墨和石膏，按选定的比例混合均匀后进行细磨，即成为本发明的半导体水泥。

实施例：325号半导体水泥的配方比（重量%）：550＃硅酸盐水泥熟料∶粒化高炉炉渣∶土状石墨∶石膏＝1∶（0.4～0.5）∶（0.08～0.10）∶（0.04～0.06）（重量比）。

425号半导体水泥的配比（重量%）：

（550～600＃）硅酸盐水泥熟料∶粒化高炉炉渣∶土状石墨∶石膏＝1∶（0.3～0.4）∶（0.07～0.10）∶（0.04～0.06）（重量比）。

制作：将上述配方的原料混匀后进行细磨即制成325、425号半导体水泥。

利用本发明的半导体水泥，可以制作各种半导体混凝土制品，例如可变电阻接地体、半导体防雷电柱以及高大建筑物的防雷用的外墙涂料等。

实施例：用325半导体水泥制作可变电阻接地体。

可变电阻接地体混凝土的配方见表3。

表3 可变电阻接地200号、300号混凝土的配方

表3 可变电阻接地200号、300号混凝土的配方

混凝土标号

坍落度cm

每m³混凝土的配料，kg

水

325半导体水泥

矿渣砂

矿渣块

减水剂

200号

2～4

200～220

340～360

640～660

1140～1170

1.3～1.6

300号

2～4

195～215

430～450

580～610

1140～1165

／

生产工艺和普通混凝土相同。

用这种混凝土制作的可变电阻接地体（Φ700×500mm）的工频接地电阻为15Ω，与镀锌铁管制作的接地体（Φ33×2000mm）的工频接地电阻为14.2Ω相当。在冲击电流幅值为4.78kA（波头时间为10μs）时，本发明的这种接地体的冲击电阻为1.29Ω，约为普通混凝土接地体的冲击电阻（3.6Ω）的1/3。其机械性能完全符合要求：200号半导体混凝土的28天平均抗压强度为181MPa;300号的为292MPa。

这种可变电阻接地体可用于避雷针的基础和铁塔的基础与接地，也可以用于变电所、主电室、厂房和高大建筑物的基础和接地，用它代替金属接地，能确保接地电阻稳定，接地体本身无腐蚀，这是金属接地体所无法比拟的。

实施例：半导体防雷电柱。

半导体防雷电柱是由半导体水泥、矿渣砂、矿渣块所组成的预应力钢筋混凝土电柱，其每立方米混凝配料为（kg）：

400号预应力电柱：425号半导体水泥∶水∶矿渣砂∶矿渣块＝520～540∶200～230∶510～530∶1120～1150。

500号预应力电柱：425号半导体水泥∶水∶矿渣砂∶矿渣块∶增强剂＝[（350～370）+（20～50）]∶180～220∶660～690∶1200～1260∶18～80）硅粉或沸石置换5～20%水泥）。

预应力电柱的制作工艺和普通预应力电柱相同。

半导体防雷预应力电柱与普通电柱相比，第一，其接地电阻少，所以雷击后，相应地，其反击电压也小;第二，由于防雷电柱伏安特性的非线性，所以，当通过电柱的雷电流增加时，其反击电压几乎不增加，达不到瓷瓶的闪络电压。

按照本发明的防雷电柱的机械性能如表4所示，此表中也给出了普通电柱的相应性能，以资比较。附图2比较了普通电柱和半导体防雷电柱的伏安曲线（曲线上的电阻数是表示两种电柱的不同的接地电阻数值）。

表4 电柱的机械性能比较

电柱种类	长度m	抗压强度MPa	标准弯矩 t·m				破坏弯矩 t·m
											设计负荷kg	设计弯矩t·m	实际负荷kg	实际弯矩t·m	设计负荷kg	设计弯矩t·m	实际负荷kg	实际弯矩t·m
			防雷	10	443	248	2.0	290	2.23	496									4.0	580	4.67
普通	10											2.0		2.1～2.5

半导体防雷电柱可用于35kV及以下的架空输电线路。特别适用于农村、山区及雷电活动频繁的地区的电力电讯架空线路。

本发明的半导体水泥及其混凝土制品，有效地利用了我们所发现的矿渣的非线性半导体特性和可逆开关性能，既使矿渣这种废弃物得到了有效地利用，又开辟了半导体混凝土制品的新领域;既节约了能源，改变了环境，又有极为显著的经济效益和社会效益。

Claims

1、一种含有石墨的半导体混凝土制品，其特征在于由半导体水泥、矿渣砂、矿渣块和添加剂所组成，每立方米混凝土的配比为：半导体水泥∶水∶矿渣砂∶矿渣块∶添加剂=(280～550)∶(180～350)∶(500～1550)∶(950～1260)∶0～80(公斤数)。

2、根据权利要求1的半导体混凝土制品，其特征在于所述的半导体水泥由硅酸盐水泥熟料、粒化高炉炉渣、土状石墨和石膏按一定配比混合细磨而成，其配比为：矿渣硅酸盐水泥熟料∶粒化高炉炉渣∶土状石墨∶石膏＝1∶（0.2～0.7）∶（0.05～0.2）∶（0.04～0.06）（重量比），按不同比例构成275～625号半导体水泥。

3、根据权利要求2的325号半导体水泥，其特征在于所述混合物的比例是：550＃硅酸盐水泥熟料∶粒化高炉炉渣∶土状石墨∶石膏＝1∶（0.4～0.5）∶（0.08～0.10）∶（0.04～0.06）。

4、根据权利要求2的425号半导体水泥，其特征在于所述的混合物的比例是，（550～600＃）硅酸盐水泥熟料∶粒化高炉炉渣∶土状石墨∶石膏＝1∶（0.3～0.4）∶（0.07～0.10）∶（0.04～0.06）。

5、根据权利要求1的半导体混凝土制品，其特征在于这种制品为200号混凝土可变电阻接地体，其每立方米的配料为（kg）∶水∶325号半导体水泥∶矿渣砂∶矿渣块∶添加剂＝（200～220）∶（340～360）∶（640～660）∶（1140～1170）∶（1.3～1.6）。

6、根据权利要求1的半导体混凝土制品，其特征在于这种制品为300号混凝土可变电阻接地体，其每立方米的配比为（kg）∶水∶325号半导体水泥∶矿渣砂∶矿渣块∶添加剂＝（195～215）∶（430～450）∶（580～610）∶（1140～1165）∶0。

7、根据权利要求1的半导体混凝土制品，其特征在于这种制品为400号半导体预应力钢筋混凝土防雷电柱，其每立方米混凝土配料（kg）为：425号半导体水泥∶水∶矿渣砂∶矿渣块＝520～540∶200～230∶510～530∶1120～1150。

8、根据权利要求1的半导体混凝土制品，其特征在于这种制品为500号半导体预应力钢筋混凝土防雷电柱，其每立方米混凝土配料（kg）为：425号半导体水泥∶水∶矿渣砂∶矿渣块∶添加剂＝[（350～370）+（20～50）]∶180～220∶660～690∶1200～1260∶18～80。

9、根据权利要求1和8的半导体混凝土制品，其特征在于所述的添加剂为沸石。

10、根据权利要求1和8的半导体混凝土制品，其特征在于所述的添加剂为硅粉。

11、根据权利要求1和5的半导体混凝土制品，其特征在于所述的添加剂为减水剂。