CN107311528A - 一种自行释放电解质溶液的离子导电混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种自行释放电解质溶液的离子导电混凝土及其制备方法，属于混凝土技术领域。本发明将饱和高吸水性树脂掺入至离子导电混凝土中，成型拆模后放入标准环境养护，养护完毕后，将导电混凝土基体浸泡入电解质溶液，最终获得自行释放电解质溶液的离子导电混凝土成品。该成品可以自行保持内部湿度环境，保证内部自由离子数量，且电阻率稳定。对于离子导电混凝土而言，内部水分的含量是决定其导电性的重要因素，在离子导电混凝土内部掺入饱和的高吸水性树脂，可使得离子导电混凝土在内部干燥的情况下，自行释放电解质溶液，保证其内部的含水量，从而使离子导电混凝土获得相对稳定的电阻率。该种离子导电混凝土具备推广的潜力。

Description

一种自行释放电解质溶液的离子导电混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于混凝土技术领域，涉及导电混凝土的材料技术，特别涉及一种自行释放电解质溶液的离子导电混凝土及其制备方法。
背景技术
离子导电混凝土是一种利用电解质溶液作为导电材料所研发的新型建筑材料。离子导电混凝土具备良好的导电性和通电发热性能，已经被证明可以适用于路面桥面的融雪除冰，室内采暖等领域。离子导电混凝土的导电机理为混凝土复合材料内部的自由离子在电场作用下产生定向移动。因此离子导电混凝土内部自由离子的数量决定了离子导电混凝土的导电性，而自由离子则又基本由混凝土浆体内部自由水分的多少所决定。已经由试验证明，混凝土内部自由水分越多，混凝土内部自由离子越多，其导电性越好。但是众所周之，混凝土内部的水分将随着混凝土内部龄期的增加而逐渐减少，如果保持混凝土内部“湿润”已经成为离子导电混凝土研究的难点之一，尤其是在离子导电混凝土已经浇注完成后，如何通过便捷的手段增加混凝土内部的水分，保持其电阻率的稳定性，更是一个困难的课题。如果能有一种材料在离子导电混凝土搅拌时就已经添加入，在混凝土后续使用过程中，当混凝土内部湿度下降到一定的程度，该材料就释放水分，始终保持混凝土内部充分湿润，就可以保证离子导电混凝土电阻率的长期稳定性，对离子导电混凝土的实际工程应用，具有十分重要的意义。
高吸水树脂(Super Absorbent Polymer，SAP)是一种新型功能高分子材料。它具有吸收比自身重几百到几千倍水的高吸水功能，干燥环境下释水率高达85％以上，是理想的制备离子导电砂浆的吸水材料。
发明内容
为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种自行释放电解质溶液的离子导电混凝土。该离子导电混凝土可以自我改善内部湿度环境，保证混凝土内部自由离子数量，从而保证其导电性长期稳定。
本发明的另一目的在于提供上述自行释放电解质溶液的离子导电混凝土的制备方法。
本发明基于离子导电混凝土随龄期的增长，其自身电阻率逐渐变大的问题；提出的一种可以自行保持内部湿度环境，保证内部自由离子数量，从而获得稳定电阻率的离子导电混凝土。本发明是在离子导电混凝土的配合比上，根据高分子材料在水泥浆内部的微观形貌进行掺量计算，按照特有的施工工艺将一定量的饱和高吸水性树脂(含电解质溶液)加入混凝土中，成型拆模后放入标准环境养护(温度20±2℃，湿度98％)，取出导电混凝土基体浸泡入电解质溶液一定时间，最终获得离子导电混凝土成品。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种自行释放电解质溶液的离子导电混凝土的制备方法，包括如下步骤：
将饱和高吸水性树脂掺入至离子导电混凝土中，成型拆模后放入标准环境养护，养护完毕后，将导电混凝土基体浸泡入电解质溶液，最终获得自行释放电解质溶液的离子导电混凝土成品。
所述的自行释放电解质溶液的离子导电混凝土的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)根据Bentz[1]等基于内养护材料掺量的计算公式；结合高吸水性树脂在离子导电混凝土内部的微观形貌；同时考虑到离子导电混凝土内部在水化过程中，不但会发生普通混凝土的收缩反应，还会发生离子材料析出等电化学反应；本发明对Bentz等人提出的公式进行了修正，建立适用于离子导电混凝土中高吸水性树脂的掺量计算公式：
其中：Msap——单位体积混凝土中所需干燥高吸水性树脂的用量，kg/m3；
Mc——单位体积混凝土所需的水泥用量，kg/m3；
Sc——水泥完全水化产生的化学收缩，根据经验取为0.0064mL/g；
αmax——水泥预期最大的水化程度，当混凝土水灰比大于0.36时，该值取为1；由于离子导电混凝土不同普通混凝土对强度的要求，离子导电混凝土主要需保证其导电性，因此离子导电混凝土的水灰比取为0.4；
β——离子导电混凝土内部由于水化作用产生离子产物析出，从而导致内部湿度环境进一步改变的修正系数；根据试验数据统计获得，取为1.13；
φsap——高吸水性树脂吸水率，根据试验数据，高吸水性树脂对5.6％FeSO4溶液吸水率为34.7％，对4.8％CuSO4溶液吸水率为36.2％；如需选用其他其他种类或浓度电解质溶液，可以根据试验结果，通过公式计算；其中msap为干高吸水性树脂材料质量，mwsap为吸水饱和后树脂材料质量。
MCsap——高吸水性树脂的饱和度，可以根据φsap计算得出。
(2)将称量完毕的高吸水性树脂材料浸泡入电解质溶液，使其充分吸收电解质溶液达到饱和取出；
(3)混凝土基体材料(水泥、水、标准砂、石子)用量根据C40混凝土进行计算确定；由于离子导电混凝土须在后续试验中进一步吸收电解质溶液，因此在基础配方中加入引气剂AE2型，普通混凝土常规用量为0.01～0.03％，由于离子导电混凝土渗透电解质溶液的需要，引气剂用量确定为0.13％～0.16％；
(4)将引气剂溶于水，将混凝土其他基体材料(水泥、砂、石)投入搅拌机中干拌，加入引气剂水溶液，搅拌，投入饱和状态高吸水性树脂材料，搅拌；
(5)将制备完毕的水泥浆体倒入模具，振捣，振捣完毕后沉入电极，静置，拆模，放入标准环境养护28d；
(6)将养护完毕的离子导电混凝土块，放置入电解质溶液中浸泡67～77h，取出拭干混凝土表面水分，在其表面均匀涂刷防水材料。
步骤(2)、(6)中所述的电解质溶液为5.6％FeSO4，或者4.8％CuSO4溶液，或者其他种类与浓度的电解质溶液。
步骤(3)中所述的引气剂用量优选为0.15％。
步骤(4)中，
所述的干拌的时间为50sec～1min；优选为1min。
所述的搅拌的时间均为1.5min～2min；优选为2min。
步骤(5)中，
所述的振捣的时间为25sec～30sec；优选为30sec。
所述的静置的时间为24h～28h；优选为24h。
步骤(6)中所述的浸泡的时间优选为72h。
步骤(6)中所述的防水材料为环氧树脂。
一种自行释放电解质溶液的离子导电混凝土，通过上述制备方法制备得到。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
众所周之，混凝土的水化时间将持续2年以上，混凝土内部的水分在水化过程中将持续被消耗。对于离子导电混凝土而言，内部水分的含量是决定其导电性的重要因素，在离子导电混凝土内部掺入饱和的高吸水性树脂，可以使得离子导电混凝土在内部干燥的情况下，自行释放电解质溶液，保证其内部的含水量，从而使离子导电混凝土获得相对稳定的电阻率。该种离子导电混凝土具备推广的潜力。
附图说明
图1是本实施例中制备得到的自行释放电解质溶液的离子导电混凝土的电阻率曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
一种自行释放电解质溶液的离子导电混凝土的制备过程，包括如下步骤：
(1)根据Bentz[1]等基于内养护材料掺量的计算公式；结合高吸水性树脂在离子导电混凝土内部的微观形貌；同时考虑到离子导电混凝土内部在水化过程中，不但会发生普通混凝土的收缩反应，还会发生离子材料析出等电化学反应；本发明对Bentz等人提出的公式进行了修正，建立适用于离子导电混凝土中高吸水性树脂的掺量计算公式：
其中：Msap——单位体积混凝土中所需干燥高吸水性树脂的用量，kg/m3。
Mc——单位体积混凝土所需的水泥用量，kg/m3。
Sc——水泥完全水化产生的化学收缩，根据经验取为0.0064mL/g。
αmax——水泥预期最大的水化程度，当混凝土水灰比大于0.36时，该值取为1。由于离子导电混凝土不同的普通混凝土对强度的要求，离子导电混凝土主要需保证其导电性，因此离子导电混凝土的水灰比取为0.4。
β——离子导电混凝土内部由于水化作用产生离子产物析出，从而导致内部湿度环境进一步改变的修正系数。根据试验数据统计获得，取为1.13。
φsap——高吸水性树脂吸水率，根据试验数据，高吸水性树脂对5.6％FeSO4溶液吸水率为34.7％。
MCsap——高吸水性树脂的饱和度。可以根据φsap计算得出。
(2)将称量完毕的高吸水性树脂材料浸泡入5.6％FeSO4溶液中，使其充分吸收电解质溶液达到饱和取出。
(3)混凝土基体材料(水泥、水、标准砂、石子)用量根据C40混凝土进行计算确定。选用AE2型引气剂掺量为0.15％。
(4)将引气剂溶于水，将混凝土其他基体材料(水泥、砂、石)投入搅拌机中干拌1min，加入引气剂水溶液，搅拌2min，投入饱和状态高吸水性树脂材料，搅拌2min。
(5)将制备完毕的水泥浆体倒入模具，振捣30sec，振捣完毕后沉入电极，静置24h后拆模，放入标准养护箱养护28d。
(6)将养护完毕的离子导电混凝土块，放置入5.6％FeSO4溶液中浸泡72h。取出拭干混凝土表面水分，在其表面均匀涂刷环氧树脂。试件制备完毕后，编号为SAP。
(7)按照申请号201510645019.6，名称“一种离子导电混凝土的制备工艺”制备普通的离子导电混凝土，试件编号为NSAP。
采用两电极法分别监测SAP与NSAP的电阻率变化，结果如图1和表1所示。
表1 SAP与NSAP的电阻率值
注：表中SAP代表掺入SAP的离子导电混凝土，NSAP代表未掺入SAP的离子导电混凝土。
从表1和图1中可以看出，掺入SAP材料的离子导电混凝土在养护完后电阻率随着龄期的增加变化不大，趋于稳定，但未掺入SAP材料的离子导电混凝土电阻率变化很大，且随着龄期的增加，仍然有上升的趋势。因此这种可以自我释放电解质溶液的离子导电混凝土具备推广的潜力。
参考文献：
[1]Bentz D P,Lura P,Roberts J W.Mixture proportioning for internalcuring[J],Concrete International,2005,27(2):35-40.
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种自行释放电解质溶液的离子导电混凝土的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
将饱和高吸水性树脂掺入至离子导电混凝土中，成型拆模后放入标准环境养护，养护完毕后，将导电混凝土基体浸泡入电解质溶液，最终获得自行释放电解质溶液的离子导电混凝土成品。
2.根据权利要求1所述的自行释放电解质溶液的离子导电混凝土的制备方法，其特征在于具体包括如下步骤：
(1)建立适用于离子导电混凝土中高吸水性树脂的掺量计算公式：
<mrow> <msub> <mi>M</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>a</mi> <mi>p</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>M</mi> <mi>c</mi> </msub> <mo>&amp;times;</mo> <msub> <mi>S</mi> <mi>c</mi> </msub> <mo>&amp;times;</mo> <msub> <mi>&amp;alpha;</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;times;</mo> <mi>&amp;beta;</mi> </mrow> <mrow> <msub> <mi>&amp;phi;</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>a</mi> <mi>p</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;times;</mo> <msub> <mi>MC</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>a</mi> <mi>p</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> </mrow>
其中：Msap——单位体积混凝土中所需干燥高吸水性树脂的用量，kg/m3；
Mc——单位体积混凝土所需的水泥用量，kg/m3；
Sc——水泥完全水化产生的化学收缩，根据经验取为0.0064mL/g；
αmax——水泥预期最大的水化程度，当混凝土水灰比大于0.36时，该值取为1；由于离子导电混凝土不同普通混凝土对强度的要求，离子导电混凝土主要需保证其导电性，因此离子导电混凝土的水灰比取为0.4；
β——离子导电混凝土内部由于水化作用产生离子产物析出，从而导致内部湿度环境进一步改变的修正系数；根据试验数据统计获得，取为1.13；
φsap——高吸水性树脂吸水率，通过公式计算；其中msap为干高吸水性树脂材料质量，mwsap为吸水饱和后树脂材料质量；
MCsap——高吸水性树脂的饱和度，根据φsap计算得出；
(2)将称量完毕的高吸水性树脂材料浸泡入电解质溶液，使其充分吸收电解质溶液达到饱和取出；
(3)混凝土基体材料用量根据C40混凝土进行计算确定；由于离子导电混凝土须在后续试验中进一步吸收电解质溶液，因此在基础配方中加入引气剂AE2型，引气剂用量确定为0.13％～0.16％；
(4)将引气剂溶于水，将除水之外的混凝土基体材料投入搅拌机中干拌，加入引气剂水溶液，搅拌，投入饱和状态高吸水性树脂材料，搅拌；
(5)将制备完毕的水泥浆体倒入模具，振捣，振捣完毕后沉入电极，静置，拆模，放入标准环境养护；
(6)将养护完毕的离子导电混凝土块，放置入电解质溶液中浸泡67～77h，取出拭干混凝土表面水分，在其表面均匀涂刷防水材料。
3.根据权利要求2所述的自行释放电解质溶液的离子导电混凝土的制备方法，其特征在于：
步骤(2)、(6)中所述的电解质溶液为5.6％FeSO4，或者4.8％CuSO4溶液。
4.根据权利要求2所述的自行释放电解质溶液的离子导电混凝土的制备方法，其特征在于：
步骤(4)中所述的干拌的时间为50sec～1min。
5.根据权利要求2所述的自行释放电解质溶液的离子导电混凝土的制备方法，其特征在于：
步骤(4)中所述的搅拌的时间均为1.5min～2min。
6.根据权利要求2所述的自行释放电解质溶液的离子导电混凝土的制备方法，其特征在于：
步骤(5)中所述的振捣的时间为25sec～30sec。
7.根据权利要求2所述的自行释放电解质溶液的离子导电混凝土的制备方法，其特征在于：
步骤(5)中所述的静置的时间为24h～28h。
8.根据权利要求2所述的自行释放电解质溶液的离子导电混凝土的制备方法，其特征在于：
步骤(6)中所述的防水材料为环氧树脂。
9.一种自行释放电解质溶液的离子导电混凝土，其特征在于通过权利要求1～8任一项所述的制备方法制备得到。
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