CN107574731B - 一种除雪融冰专用导电混凝土砂浆的制备方法 - Google Patents
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Abstract
发明公开了一种除雪融冰专用导电混凝土砂浆的制备方法，属于路面铺装材料制备技术领域。本发明首先将石油焦粉与氧化液混合反应制得酸性混合物，再加入苯胺后超声分散，并恒温搅拌反应，制得改性酸性混合物，随后用碱性的生石灰调节改性酸性混合物pH至中性，并用水稀释，制得稀释混合物，再以水泥、骨料、粉煤灰、稀释中混合物、水和减水剂为原料，搅拌混合后即得除雪融冰专用导电混凝土砂浆。本发明技术方案制备的除雪融冰专用导电混凝土砂浆在提高其导电性能同时，其力学性能也显著提高。
Description
技术领域
本发明公开了一种除雪融冰专用导电混凝土砂浆的制备方法，属于路面铺装材料制备技术领域。
背景技术
在寒冷的冬季，路面因降雪而积雪结冰，会给道路畅通和行车安全带来严重的不良影响。据统计，因道路积雪结冰造成的交通事故占冬季交通事故总量的35%以上。因此，如何使路面具有融冰化雪功能并综合提高其路用性能，成为当前研究的热点。
混凝土因其优良的物理力学性能在土木工程领域得到了广泛应用，是目前使用量最大的一种建筑材料。普通混凝土在干燥条件下既不属于绝缘体，也不属于良导体，其电阻率一般在104～107Ω·m范围内。在混凝土中加入一定量的导电介质，可以使混凝土的导电性大为改善，从而使其成为具有良好导电性的导电材料。利用这一特性可将导电混凝土运用在寒冷地区的道路融雪化冰。当与外部电源连通后，导电混凝土产生热量（将电能转换成热能），使路面温度升高。当路面温度上升到0℃以上后，路面上的冰雪就会融化成水或蒸发或流走，使路面无积雪、不结冰，从而保障道路畅通和行车安全。这一技术的应用，不但有助于冬季道路畅通和行车安全，而且还将减少除冰盐的使用及消除除冰盐给混凝土结构和环境所带来的负面效应。目前，导电混凝土所采用的导电相材料一般可以分为3类：①粉末类，如石墨、炭黑等；②颗粒类，如钢渣、钢屑等；③纤维类，如钢纤维、碳纤维等。石墨对混凝土导电性能的改善效果明显，但石墨的润滑性会降低混凝土的路用性能；炭黑具有显著的吸油性，决定了单位体积内最大的炭黑掺量，从而限制了炭黑对混凝土导电性能的改善程度。碳纤维价格昂贵，使得导电混凝土的成本较高。此外，碳纤维虽能显著改变混凝土的导电性，但在混凝土中的分散性不是很理想。
因此，改善导电混凝土力学性能及导电性能，成为其推广与应用亟待解决的问题。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是：针对传统导电混凝土力学性能及导电性能不佳的问题，提供了一种除雪融冰专用导电混凝土砂浆的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
（1）将石油焦粉与氧化液按质量比为1：10～1：20混合后，恒温搅拌反应，得酸性混合物；
（2）按质量比为1：10～1：30将苯胺和酸性混合物超声分散后，恒温搅拌反应，得改性酸性混合物；
（3）于搅拌状态下向上述改性酸性混合物中加入生石灰，调节改性酸性混合物pH至7.0，得中性混合物，再向中性混合物中加入中性混合物质量10～15倍的水，搅拌混合，得稀释混合物；
（4）按重量份数计，依次取60～80份水泥，100～120份骨料，20～30份粉煤灰，40～50份稀释混合物，8～10份水，2～4份减水剂，搅拌混合，即得除雪融冰专用导电混凝土砂浆。
步骤（1）所述石油焦粉为粒径为0.1～0.9mm的除尘粉。
步骤（1）所述氧化液是由以下重量份数的原料配置而成：60～80份质量分数为98%浓硫酸，40～60份质量分数为25%双氧水，20～30份质量分数为30%硝酸溶液。
步骤（4）所述水泥为普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰质硅酸盐水泥或火山灰质硅酸盐水泥中的任意一种。
步骤（4）所述骨料为石英砂、河砂、海砂、石屑或废渣砂中的任意一种。
步骤（4）所述减水剂为木质素磺酸钠，TH-928聚羧酸系减水剂或YZ-1萘系高效减水剂中的任意一种。
本发明的有益效果是：
（1）本发明技术方案采用氧化后的石油焦粉混合物，并在强酸性环境下催化苯胺发生聚合，生成聚苯胺聚合网络，添加至混凝土中后，中间相与聚苯胺聚合网络可在水泥体系的凝胶网络中形成三维导电网络骨架，在提高混凝土导电性能的同时，使体系力学性能得到进一步提升；
（2）本发明通过采用中和后的稀释混合物作为导电性能改善剂，其中的硫酸根离子和硝酸根离子可与体系中钙离子等金属离子结合，形成具有优异导电性能的金属盐，且金属盐可被中间相中具有较强吸附能力的多孔炭质成分吸附固定，并有效填充于中间相和聚苯胺聚合物形成的凝胶网络结构中，在提高凝胶网络结构填充致密度的同时，可避免在使用过程中电解质的过量流失，使体系导电性能有效保持。
具体实施方式
按质量比为1：10～1：20将石油焦粉与氧化液加入三口烧瓶，并将三口烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为65～75℃，转速为400～500r/min条件下，恒温搅拌反应2～4h，得酸性混合物；再按质量比为1：10～1：30将苯胺与酸性混合物混合倒入烧杯中，并将烧杯移入超声分散仪，于超声频率为45～55kHz条件下，超声分散45～60min，得分散液，并将所得分散液于温度为75～85℃，转速为300～500r/min条件下，恒温搅拌反应2～3h，出料，得改性酸性混合物；再将所得改性酸性混合物倒入反应釜，调节反应釜搅拌转速至400～600r/min，于搅拌状态下，向反应釜中加入粉碎至325～500目的生石灰，调节反应釜中改性酸性混合物pH至7.0，得中性混合物，再向中间相中加入中性混合物质量10～15倍的水，继续搅拌混合45～60min，得稀释混合物；按重量份数计，依次取60～80份水泥，100～120份骨料，20～30份粉煤灰，40～50份稀释混合物，8～10份水，2～4份减水剂，加入混料机中，于温度为45～55℃，转速为200～400r/min条件下，恒温搅拌混合45～60min，趁热出料，即得除雪融冰专用导电混凝土砂浆。所述石油焦粉为粒径为0.1～0.9mm的除尘粉。所述氧化液是由以下重量份数的原料配置而成：60～80份质量分数为98%浓硫酸，40～60份质量分数为25%双氧水，20～30份质量分数为30%硝酸溶液。所述水泥为普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰质硅酸盐水泥或火山灰质硅酸盐水泥中的任意一种。所述骨料为石英砂、河砂、海砂、石屑或废渣砂中的任意一种。所述减水剂为木质素磺酸钠，TH-928聚羧酸系减水剂或YZ-1萘系高效减水剂中的任意一种。
实例1
按质量比为1：20将石油焦粉与氧化液加入三口烧瓶，并将三口烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为75℃，转速为500r/min条件下，恒温搅拌反应4h，得酸性混合物；再按质量比为1：30将苯胺与酸性混合物混合倒入烧杯中，并将烧杯移入超声分散仪，于超声频率为55kHz条件下，超声分散60min，得分散液，并将所得分散液于温度为85℃，转速为500r/min条件下，恒温搅拌反应3h，出料，得改性酸性混合物；再将所得改性酸性混合物倒入反应釜，调节反应釜搅拌转速至600r/min，于搅拌状态下，向反应釜中加入粉碎至500目的生石灰，调节反应釜中改性酸性混合物pH至7.0，得中性混合物，再向中间相中加入中性混合物质量15倍的水，继续搅拌混合60min，得稀释混合物；按重量份数计，依次取80份水泥，120份骨料，30份粉煤灰，50份稀释混合物，10份水，4份减水剂，加入混料机中，于温度为55℃，转速为400r/min条件下，恒温搅拌混合60min，趁热出料，即得除雪融冰专用导电混凝土砂浆。所述石油焦粉为粒径为0.9mm的除尘粉。所述氧化液是由以下重量份数的原料配置而成：80份质量分数为98%浓硫酸，60份质量分数为25%双氧水，30份质量分数为30%硝酸溶液。所述水泥为普通硅酸盐水泥。所述骨料为石英砂。所述减水剂为木质素磺酸钠。
实例2
按质量比为1：20将石油焦粉与氧化液加入三口烧瓶，并将三口烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为75℃，转速为500r/min条件下，恒温搅拌反应4h，得酸性混合物；再将所得酸性混合物倒入反应釜，调节反应釜搅拌转速至600r/min，于搅拌状态下，向反应釜中加入粉碎至500目的生石灰，调节反应釜中酸性混合物pH至7.0，得中性混合物，再向中间相中加入中性混合物质量15倍的水，继续搅拌混合60min，得稀释混合物；按重量份数计，依次取80份水泥，120份骨料，30份粉煤灰，50份稀释混合物，10份水，4份减水剂，加入混料机中，于温度为55℃，转速为400r/min条件下，恒温搅拌混合60min，趁热出料，即得除雪融冰专用导电混凝土砂浆。所述石油焦粉为粒径为0.9mm的除尘粉。所述氧化液是由以下重量份数的原料配置而成：80份质量分数为98%浓硫酸，60份质量分数为25%双氧水，30份质量分数为30%硝酸溶液。所述水泥为普通硅酸盐水泥。所述骨料为石英砂。所述减水剂为木质素磺酸钠。
对比例
按重量份数计，依次取80份水泥，120份骨料，30份粉煤灰，10份水，4份减水剂，加入混料机中，于温度为55℃，转速为400r/min条件下，恒温搅拌混合60min，趁热出料，即得除雪融冰专用导电混凝土砂浆。所述水泥为普通硅酸盐水泥。所述骨料为石英砂。所述减水剂为木质素磺酸钠。
将实例1至2所得的除雪融冰专用导电混凝土砂浆及对比例产品进行性能检测，具体检测方法如下：
1.力学性能：试件成型和强度性能测试按照GB/T17671进行，每组三块试件，试件尺寸为40mm×40mm×160mm；浇筑成形，将试块进行标准养护后，测其抗压强度和抗折强度；
2.导电性能：采用四电极法测试，试件成型按照GB/T17671进行，并标准养护后，检测其电阻及电阻率。电阻（R）计算公式按照式（1）
R=U/I （1）
电阻率（ρ）计算公式按照式（2）
ρ=R·S/L
式中：U——外加电压，V；
I——电流，A；
R——试件电阻，Ω；
S——试件截面面积，m2；
L——试件长度。
具体检测结果如图1所示：
图1
由图1检测结果可知，本发明技术方案制备的除雪融冰专用导电混凝土砂浆在提高其导电性能同时，其力学性能也显著提高，对于其作为路面铺装材料除雪融冰起到了促进作用。
Claims (4)
1.一种除雪融冰专用导电混凝土砂浆的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）将石油焦粉与氧化液按质量比为1：10～1：20混合后，恒温搅拌反应，得酸性混合物；所述石油焦粉为粒径为0.1～0.9mm的除尘粉；所述氧化液是由以下重量份数的原料配置而成：60～80份质量分数为98%浓硫酸，40～60份质量分数为25%双氧水，20～30份质量分数为30%硝酸溶液；
（2）按质量比为1：10～1：30将苯胺和酸性混合物超声分散后，恒温搅拌反应，得改性酸性混合物；
（3）于搅拌状态下向上述改性酸性混合物中加入生石灰，调节改性酸性混合物pH至7.0，得中性混合物，再向中性混合物中加入中性混合物质量10～15倍的水，搅拌混合，得稀释混合物；
（4）按重量份数计，依次取60～80份水泥，100～120份骨料，20～30份粉煤灰，40～50份稀释混合物，8～10份水，2～4份减水剂，搅拌混合，即得除雪融冰专用导电混凝土砂浆。
2.根据权利要求1所述的一种除雪融冰专用导电混凝土砂浆的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述水泥为普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰质硅酸盐水泥或火山灰质硅酸盐水泥中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种除雪融冰专用导电混凝土砂浆的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述骨料为石英砂、河砂、海砂、石屑或废渣砂中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种除雪融冰专用导电混凝土砂浆的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述减水剂为木质素磺酸钠，TH-928聚羧酸系减水剂或YZ-1萘系高效减水剂中的任意一种。
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