CN108275948B

CN108275948B - 一种导电钢管混凝土及其制备方法

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Publication number: CN108275948B
Application number: CN201810189436.8A
Authority: CN
Inventors: 饶瑞; 文智; 傅继阳; 刘爱荣; 王汉发; 黄永辉
Original assignee: Guangzhou University
Current assignee: Guangzhou University
Priority date: 2018-03-07
Filing date: 2018-03-07
Publication date: 2020-09-11
Anticipated expiration: 2038-03-07
Also published as: CN108275948A

Abstract

本发明公开了一种导电钢管混凝土，包括钢管、混凝土，还加入导电相材料构成导电钢管混凝土；混凝土、导电相材料为以下质量百分比的组分，硅酸盐水泥20～30％、混凝土减水剂0～0.1％、砂石50～55％、硅灰0～1％、石墨10～15％、钢纤维4～8％、余量为水；通过将石墨与钢纤维混合均匀，再加入水泥、砂、减水剂和水混合搅拌；配合料拌合均匀后加入模具成型，同时在钢管混凝土中心埋入实心钢棒，把外层钢管和钢棒分别作为导电钢管混凝土的正负极，电压控制在人体安全电压下，并进行正常脱模、养护至规定龄期，即制成导电钢管混凝土，本发明通过在钢管混凝土中添加导电相材料，从而可以通过测量混凝土电阻率的变化，从而间接反映混凝土的养护程度，监测混凝土发展过程。

Description

一种导电钢管混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土材料技术领域，具体来说，涉及到一种导电钢管混凝土及其制备方法。

背景技术

钢管混凝土是指在钢管中填弃混凝土而形成的构件，它利用钢管和混凝土两种材料在受力过程中相互间的组合作用，充分发挥两种材料的优点，即不仅使混凝土的塑形和韧性性能大为改善，而且可以避免或延缓钢管发生局部屈曲，从而使钢管混凝土具有承载力高、塑形和韧性好、经济效果好和施工方便等优点。导电混凝土是指由胶凝材料、导电相、介电骨料和水等组分，按照一定配比混合凝结而成的多相复合材料，是由导电相部分或全部取代混凝土中的普通骨料配置而成，具有规定的导电性能和一定力学性能的混凝土。

钢管混凝土在浇筑后和后期养护过程，主要存在以下几个方面的不足：

1.无法判断混凝土的养护程度，混凝土养护是为了防止混凝土过早干燥、产生早期开裂；保证浇筑的混凝土中水泥有足够的水进行水化，以获得设计期望的混凝土潜在性能所采取的措施，所以混凝土的养护程度对钢管混凝土很重要。

2.无法实时监测混凝土发展过程，混凝土的发展过程对钢管混凝土的抗压强度等都有着很大的影响。

3.无法评估钢管混凝土里面钢筋锈蚀情况，钢筋的锈蚀情况直接影响钢管混凝土的力学性能，严重时直接危害结构的安全。

4.无法对钢管混凝土结构进行损伤监测，一旦钢管混凝土出现损伤后如果没有及时处理，让其发展，这个危害是很大的，直接影响到结构的安全。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供了一种导电性好、力学强度高、电阻率稳定和耐久性好的导电钢管混凝土。

为实现上述目的，所采取的技术方案：

一种导电钢管混凝土，包括钢管、混凝土，还加入导电相材料构成导电钢管混凝土。

优选地，所述混凝土、导电相材料为以下质量百分比的组分，硅酸盐水泥20～30％、混凝土减水剂0～0.1％、砂石50～55％、硅灰0～1％、石墨10～15％、钢纤维4～8％、余量为水。

优选地，所述混凝土、导电相材料为以下质量百分比的组分，硅酸盐水泥20％、混凝土减水剂0～0.1％、砂石50％、硅灰0～1％、石墨10～12％、钢纤维6～8％、余量为水。

申请人通过实验得出，各个组分在此含量范围内，其导电性能与抗压强度综合效果最佳。

优选地，所述混凝土、导电相材料为以下质量百分比的组分，硅酸盐水泥20％、混凝土减水剂0.1％、砂石50％、硅灰0％、石墨12％、钢纤维6％、余量为水。

优选地，所述石墨粉碳含量要求98％，粒径在1～5mm。

申请人发现，石墨粉在此参数范围内，其导电性能更佳。

优选地，所述钢纤维选用波浪形低碳钢纤维，长度38mm，直径0.8mm～1.0mm，抗拉强度大于650MPa。

申请人发现，钢纤维在此参数范围内，其导电性能更佳。

优选地，所述硅酸盐水泥选用42.5硅酸盐水泥。

一种所述的导电钢管混凝土的制备方法，包括以下步骤：

1)将石墨与钢纤维混合均匀，再加入水泥、砂、减水剂和水混合搅拌；

2)步骤1)中配合料拌合均匀后加入模具成型，同时在钢管混凝土中心埋入实心钢棒，把外层钢管和钢棒分别作为导电钢管混凝土的正负极，电压控制在人体安全电压下。

3)并进行正常脱模、养护至规定龄期，即制成导电钢管混凝土。

本发明的有益效果：

1、水泥混凝土随水化过程进行，由于水分的消耗，电阻率也发生比较大的变化，因此本发明通过在钢管混凝土中添加导电相材料，从而可以通过测量混凝土电阻率的变化，从而间接反映混凝土的养护程度，监测混凝土发展过程；

2、通过监测一定数量的测点在较长时间内的电阻数值，考虑不同环境条件，建立对应的数学关系，因为随着龄期的增长，在内部和外部因素的共同作用下，混凝土内的钢筋表面逐渐发生了一系列化学反应，从而引起整个钢筋混凝土体系的导电性能的变化；

3、混凝土结构的损伤多发生在混凝土与钢筋的接触界面、新旧混凝土的接触界面、未粘结的混凝土组成材料之间的界面以及混凝土与其他掺和材料之间的界面上，通过测定混凝土的导电性能的变化可在一定程度反映界面是否出现损伤；

4、便于制作，应用广泛，能够应用在桥梁、工业厂房和高层建筑等领域。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限定本发明的范围。故凡依本发明专利申请范围所述的方法原理所做的等效变化或修改，均包括于本发明专利申请范围内。

本发明的一种导电钢管混凝土，本实施例的一种导电钢管混凝土，包括钢管、混凝土、导电相材料，其中混凝土、导电相材料为以下质量百分比的组分，硅酸盐水泥20～30％、混凝土减水剂0～0.1％、砂石50～55％、硅灰0～1％、石墨10～15％、钢纤维4～8％、余量为水。

其中，石墨粉碳含量要求98％，粒径在1～5mm，选用波浪形低碳钢纤维，长度38mm，直径0.8mm～1.0mm，抗拉强度大于650MPa。

本发明还公开了导电钢管混凝土的制备方法，包括以下步骤：

3)将石墨与钢纤维混合均匀，再加入水泥、砂、减水剂和水混合搅拌；

4)步骤1)中配合料拌合均匀后加入模具成型，同时在钢管混凝土中心埋入实心钢棒，把外层钢管和钢棒分别作为导电钢管混凝土的正负极，电压控制在人体安全电压下，

5)并进行正常脱模、养护至规定龄期，即制成导电钢管混凝土。

制备成的导电钢管混凝土如图1所示，包括导电集料1、钢管2、钢棒3，图1中的导电集料1为硅酸盐水泥20～30％、混凝土减水剂0～0.1％、砂石50～55％、硅灰0～1％、石墨10～15％、钢纤维4～8％、余量水。

实施例1

本实施例的一种导电钢管混凝土，包括钢管、混凝土、导电相材料，其中混凝土、导电相材料为以下质量百分比的组分，硅酸盐水泥20％、混凝土减水剂0.1％、砂石50％、硅灰0％、石墨12％、钢纤维8％、余量为水。

本实施例的石墨粉碳含量为98％、粒径在1mm，钢纤维选用波浪形低碳钢纤维，长度38mm，直径0.8mm，抗拉强度大于650MPa，水泥选用42.5硅酸盐水泥。

本实施例的导电钢管混凝土的制备方法如上所述，在此不做描述。

实施例2

本实施例的一种导电钢管混凝土，包括钢管、混凝土、导电相材料，其中混凝土、导电相材料为以下质量百分比的组分，硅酸盐水泥20％、混凝土减水剂0.1％、砂石50％、硅灰0％、石墨10％、钢纤维8％、余量为水。

本实施例的石墨粉碳含量为98％、粒径在2mm，钢纤维选用波浪形低碳钢纤维，长度38mm，直径1.0mm。

实施例3

本实施例的一种导电钢管混凝土，包括钢管、混凝土、导电相材料，其中混凝土、导电相材料为以下质量百分比的组分，硅酸盐水泥20％、混凝土减水剂0.1％、砂石50％、硅灰0％、石墨12％、钢纤维6％、余量为水。

本实施例的石墨粉碳含量为98％、粒径在4mm，钢纤维选用波浪形低碳钢纤维，长度38mm，直径0.9mm。

实施例4

本实施例的一种导电钢管混凝土，包括钢管、混凝土、导电相材料，其中混凝土、导电相材料为以下质量百分比的组分，硅酸盐水泥21％、混凝土减水剂0.1％、砂石50％、硅灰0％、石墨10％、钢纤维6％、余量为水。

本实施例的石墨粉碳含量为98％、粒径在5mm，钢纤维选用波浪形低碳钢纤维，长度38mm，直径1.0mm。

实施例5

本实施例的一种导电钢管混凝土，包括钢管、混凝土、导电相材料，其中混凝土、导电相材料为以下质量百分比的组分，硅酸盐水泥25％、混凝土减水剂0.05％、砂石55％、硅灰1％、石墨15％、钢纤维4％、余量为水。

本实施例的石墨粉碳含量为98％、粒径在4mm，钢纤维选用波浪形低碳钢纤维，长度38mm，直径1.0mm。

实施例6

本实施例的一种导电钢管混凝土，包括钢管、混凝土、导电相材料，其中混凝土、导电相材料为以下质量百分比的组分，硅酸盐水泥30％、混凝土减水剂0.1％、砂石50％、硅灰0％、石墨10％、钢纤维5％、余量为水。

对比例1

本实施例的一种导电钢管混凝土，包括钢管、混凝土，其中混凝土为以下质量百分比的组分，硅酸盐水泥30％、砂石55％、水15％。

对比例2

本实施例的石墨粉碳含量要求98％，粒径在8mm，选用普通型低碳钢纤维，长度38mm，直径0.5mm。

对比例3

本实施例的一种导电钢管混凝土，包括钢管、混凝土、导电相材料，其中混凝土、导电相材料为以下质量百分比的组分，硅酸盐水泥20％、混凝土减水剂0.1％、砂石50％、硅灰0％、石墨8％、钢纤维10％、余量为水。

效果实施例

将实施例1～6以及对比例1～3制备的钢管混凝土养护28天之后相应的电导率和抗压强度如表1所示；

组别	电导率((Ω·m)<sup>-1</sup>)	抗压强度(MPa)
			实施例1	1	52.8
实施例2	0.93	53.4
			实施例3	0.98	53.1
实施例4	0.89	54.2
			实施例5	1.2	53.2
实施例6	0.85	54.3
			对比例1	0.02	55
对比例2	0.86	52.6
			对比例3	0.85	52.4

从表1中可看出，添加了导电相材料后的导电钢管混凝土，其导电率相对于未添加的导电相材料的对比例1更高，其抗压强度与对比例1相差不大，对比例2中的石墨粉碳粒径在8mm，选用普通型低碳钢纤维，直径0.5mm，于本发明相比，其导电效果下降，表明只有在本发明的参数范围内，其导电效果达到最佳，同时对比例3中的石墨、钢纤维含量在本发明范围之外，其导电效果不如本发明，表明石墨与钢纤维只有在特定比例范围内，才能发挥最佳导电效果；水泥混凝土随水化过程进行，由于水分的消耗，电阻率也发生比较大的变化，因此可以通过测量混凝土电阻率的变化，从而间接反映混凝土的养护程度，监测混凝土发展过程；通过监测一定数量的测点在较长时间内的电阻数值，考虑不同环境条件，建立对应的数学关系，因为随着龄期的增长，在内部和外部因素的共同作用下，混凝土内的钢筋表面逐渐发生了一系列化学反应，从而引起整个钢筋混凝土体系的导电性能的变化；混凝土结构的损伤多发生在混凝土与钢筋的接触界面、新旧混凝土的接触界面、未粘结的混凝土组成材料之间的界面以及混凝土与其他掺和材料之间的界面上，通过测定混凝土的导电性能的变化可在一定程度反映界面是否出现损伤；本发明通过在钢管混凝土中添加了导电相材料，从而通过测量电阻率来对混凝土结构损伤监测、钢筋锈蚀情况的评估、判断混凝土的养护程度。且本发明的抗压强度良好。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims

1.一种导电钢管混凝土，包括钢管、混凝土，其特征在于，还加入导电相材料构成导电钢管混凝土，所述混凝土、导电相材料为以下质量百分比的组分，硅酸盐水泥20~30%、混凝土减水剂0～0.1%、砂石50~55%、硅灰0～1%、石墨12~15%、钢纤维4~8%、余量为水，所述石墨碳含量要求98%，所述石墨粒径在1～5mm，所述钢纤维选用波浪形低碳钢纤维，所述钢纤维的长度38mm，所述钢纤维的直径0.8mm～1.0mm，所述钢纤维抗拉强度大于650MPa。

2.根据权利要求1所述的导电钢管混凝土，其特征在于，所述硅酸盐水泥选用42.5硅酸盐水泥。

3.一种如权利要求1至2任一项所述的导电钢管混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将石墨与钢纤维混合均匀，再加入水泥、砂、减水剂和水混合搅拌；

步骤1）中配合料拌合均匀后加入模具成型，同时在钢管混凝土中心埋入实心钢棒，把外层钢管和钢棒分别作为导电钢管混凝土的正负极，电压控制在人体安全电压下；并进行正常脱模、养护至规定龄期，即制成导电钢管混凝土。