CN108821691A - 一种增强型石墨烯导电透水混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种增强型石墨烯导电透水混凝土及其制备方法，该混凝土所用原料重量份数包括：水泥16‑22份、细石71‑80份、水5.3‑7.9份、钢渣粉1.8‑2.3份、减水剂0.32‑0.51份、石墨烯0.21‑0.55份、可再分散乳胶粉0.09‑0.13份。本发明中石墨烯可以显著提高硅酸盐水泥基体的强度，延长透水混凝土的使用年限，同时可大幅降低透水混凝土的电阻率，使透水混凝土导电导热；本发明中钢渣粉可以起到进一步增强透水混凝土强度和降低透水混凝土的电阻率的作用，本发明还可用于北方道路除雪除冰。

Description

一种增强型石墨烯导电透水混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及环保建材领域，特别涉及一种增强型石墨烯导电透水混凝土及其制备方法。
背景技术
随着城市化进程的加速发展，越来越多的土地被建筑物及非透水性硬化地面所取代，改变了自然土壤植被及下垫层的天然可渗透属性，破坏了大自然的原有水气循环，造成像城市″热岛效应″、地下水位降低和内涝等负面问题。在这种环境下，会呼吸的混凝土-透水混凝土应运而生。
透水混凝土是一种具有连通孔隙的多孔混凝土，具有透水、透气的特点，能让雨水流入地下，有效补充地下水，因此可解决城市化快速发展带来的诸如″热岛效应″等问题。但由于透水混凝土强度较低，在北方冬季冰雪等极端天气下，其耐久性是目前研究的一大难点，同时，混凝土路面都无法通过通电加热来实现除雪除冰的目的，向路面喷撒除冰盐仍是目前解决道路积雪结冰的主流方法，但除冰盐对建筑物、地下水，路边植物等等都有不同程度的损害。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种一种增强型石墨烯导电透水混凝土及其制备方法。
为了解决上述问题，本发明提供了一种增强型石墨烯导电透水混凝土，同时提供了该混凝土的制备方法。该制备方法可使透水混凝土28d抗压强度达到30-50MPa，满足城市道路的使用要求，同时可实现混凝土快速导电导热，解除使用除冰盐所带来的危害，解决城市积雪结冰对道路交通的影响。
为实现上述目的，发明提供如下技术方案：
一种增强型石墨烯导电透水混凝土，其所用原料重量份数包括：水泥16-22份、细石71-80份、水5.3-7.9份、钢渣粉1.8-2.3份、减水剂0.32-0.51份、石墨烯0.21-0.55份。
优选的，所述水泥为普通硅酸盐水泥，标号为425#。
优选的，所述细石粒径为5-8mm，堆积密度为1675kg/m3。
优选的，所述钢渣粉细度为200目，筛余＜10％。
优选的，所述减水剂为聚羧酸减水剂，减水率>20％。
优选的，所述石墨烯是由珠海聚碳复合材料有限公司生产的预分散均匀的含固量为10％的石墨烯导电水性浆料，石墨烯层数为1-3层，且单层率大于95％。
优选的，所述可再分散乳胶粉是水溶性可再分散粉末，可用作增稠剂。
优选的，所述的增强型石墨烯导电透水混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)将16-22份的PO42.5硅酸盐水泥、1.8-2.3份的钢渣粉和0.09-0.13份可再分散乳胶粉加入混料机中混合均匀，得透水胶凝材料。
(2)将71-80细石和混合均匀的透水胶凝材料置于搅拌机中干混60-120s。
(3)将含0.21-0.55份石墨烯的水性导电浆料及剩余配比所需水加入搅拌机中，搅拌120-200s，得新拌增强型石墨烯导电透水混凝土。
(4)将新拌混凝土装入模具，用捣棒捣实，后在振实台上振动6-10s，即得增强型石墨烯导电透水混凝土。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
(1)制备方法简单，易于操作；
(2)石墨烯是目前已知的强度最高、导电导热最好的材料，其加入大幅度提高了透水混凝土的强度，同时降低了透水混凝土的电阻率，实现了透水混凝土基体的快速导电导热，对透水混凝土在北方冬季极端严寒环境下的耐久性及北方道路除雪除冰具有至关重要的意义；
(3)该混凝土可通过调节混凝土负载电压调控混凝土的升温速率，进而可调节融雪速率，极大提高了透水混凝土对环境的适应性；
(4)钢渣粉具有一定活性和导电性可进一步增强基体强度和导电性。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进一步说明。
实施例1：
本发明实施例中，一种增强型石墨烯导电透水混凝土，其所用原料按重量份数包括PO42.5硅酸盐水泥22份，细石71份，水7.9份，钢渣粉2.3份，减水剂0.51份，石墨烯0.55份，可再分散乳胶粉0.13份。
(1)将22份的PO42.5硅酸盐水泥、2.3份的钢渣粉和0.13份可再分散乳胶粉加入混料机中混合均匀，得透水胶凝材料。
(2)将71细石和混合均匀的透水胶凝材料置于搅拌机中干混120s。
(3)将含0.55份石墨烯的水性导电浆料及剩余配比所需水加入搅拌机中，搅拌200s，得新拌增强型石墨烯导电透水混凝土。
(4)将新拌混凝土装入150*150*150mm模具中，用捣棒捣实，后在振实台上振动10s，即得增强型石墨烯导电透水混凝土抗压试块。
(5)将新拌混凝土装入埋有电极的350*450*12mm模具中，在振实台上振动10S，即得增强型石墨烯导电透水混凝土导电导热测试试块。
通过混凝土压力机测量试块的强度，利用伏安法测电阻及电阻率，试件表面的温度由温度传感器及数据采集仪进行测量和记录，利用交流变压器将220V电压变为30-50V交流电压，升温实验测试时间为4h。测试后的数据如下：
增强型石墨烯导电透水混凝土28d抗压强度稳定在40MPa左右；试件电阻率稳定在0.88Ω·m；试件在加载30V交流电压条件下，增强型石墨烯导电透水混凝土升温速率为4.2℃/h，试件在加载50V交流电压条件下，测试时间为4h，增强型石墨烯导电透水混凝土升温速率为17.3℃/h。
实施例2：
本发明实施例中，一种增强型石墨烯导电透水混凝土，其所用原料按重量份数包括PO42.5硅酸盐水泥16份，细石80份，水5.3份，钢渣粉1.8份，减水剂0.32份，石墨烯0.21份，可再分散乳胶粉0.09份。
(1)将16份的PO42.5硅酸盐水泥、1.8份的钢渣粉和0.09份可再分散乳胶粉加入混料机中混合均匀，得透水胶凝材料。
(2)将80份细石和混合均匀的透水胶凝材料置于搅拌机中干混60s。
(3)将含0.21份石墨烯的水性导电浆料及剩余配比所需水加入搅拌机中，搅拌120s，得新拌增强型石墨烯导电透水混凝土。
(4)将新拌混凝土装入150*150*150mm模具中，用捣棒捣实，后在振实台上振动6s，即得增强型石墨烯导电透水混凝土抗压试块。
(5)将新拌混凝土装入埋有电极的350*450*12mm模具中，在振实台上振动10s，即得增强型石墨烯导电透水混凝土导电导热测试试块。
测试条件同实施例1，测试后的数据如下：
增强型石墨烯导电透水混凝土28d抗压强度稳定在32MPa左右；试件电阻率稳定在1.22Ω·m，试件在加载30V和50V交流电压条件下升温速率分别为2.0℃/h和10.1℃/h。
实施例3：
本发明实施例中，一种增强型石墨烯导电透水混凝土，其所用原料按重量份数包括PO42.5硅酸盐水泥18份，细石76份，水6.7份，钢渣粉2.0份，减水剂0.41份，石墨烯0.37份，可再分散乳胶粉0.11份。
(1)将18份的PO42.5硅酸盐水泥、2.0份的钢渣粉和0.11份可再分散乳胶粉加入混料机中混合均匀，得透水胶凝材料。
(2)将76份细石和混合均匀的透水胶凝材料置于搅拌机中干混100s。
(3)将含0.37份石墨烯的水性导电浆料及剩余配比所需水加入搅拌机中，搅拌180s，得新拌增强型石墨烯导电透水混凝土。
(4)将新拌混凝土装入150*150*150mm模具中，用捣棒捣实，后在振实台上振动10s，即得增强型石墨烯导电透水混凝土抗压试块。
(5)将新拌混凝土装入埋有电极的350*450*12mm模具中，在振实台上振动10s，即得增强型石墨烯导电透水混凝土导电导热测试试块。
测试条件同实施例1，测试后的数据如下：
增强型石墨烯导电透水混凝土28d抗压强度稳定在36MPa左右；试件电阻率稳定在0.97Ω·m，试件在加载30V和50V交流电压条件下升温速率分别为2.9℃/h和13.5℃/h。
综上，上述实施例中所有试件的孔隙率及透水系数均符合透水混凝土有关标准的要求，抗压强度均满足道路使用的要求，同时混凝土负载电压后可快速导电导热，可将其应用于北方道路的除雪除冰，且混凝土通电后可通过调节负载电压调控升温速率以满足不同工程的环境需要。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种增强型石墨烯导电透水混凝土，其特征在于，所用原料重量份数包括：水泥16-22份、细石71-80份、水5.3-7.9份、钢渣粉1.8-2.3份、减水剂0.32-0.51份、石墨烯0.21-0.55份、可再分散乳胶粉0.09-0.13份。
2.根据权利要求1所述的增强型石墨烯导电透水混凝土，其特征在于，所述水泥为普通硅酸盐水泥，标号为425#。
3.根据权利要求1所述的增强型石墨烯导电透水混凝土，其特征在于，所述细石粒径为5-8mm，堆积密度为1675kg/m3。
4.根据权利要求1所述的增强型石墨烯导电透水混凝土，其特征在于，所述钢渣粉细度为200目，筛余＜10％。
5.根据权利要求1所述的增强型石墨烯导电透水混凝土，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸减水剂，减水率＞20％。
6.根据权利要求1所述的增强型石墨烯导电透水混凝土，其特征在于，所述石墨烯是由珠海聚碳复合材料有限公司生产的预分散均匀的含固量为10％的石墨烯导电水性浆料，石墨烯层数为1-3层，且单层率大于95％。
7.根据权利要求1所述的增强型石墨烯导电透水混凝土，其特征在于，所述可再分散乳胶粉是水溶性可再分散粉末，可用作增稠剂。
8.根据权利要求1-7任一项所述的增强型石墨烯导电透水混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将16-22份的PO42.5硅酸盐水泥、1.8-2.3份的钢渣粉和0.09-0.13份可再分散乳胶粉加入混料机中混合均匀，得透水胶凝材料；
(2)将71-80细石和混合均匀的透水胶凝材料置于搅拌机中干混60-120s；
(3)将含0.21-0.55份石墨烯的水性导电浆料及剩余配比所需水加入搅拌机中，搅拌120-200s，得新拌增强型石墨烯导电透水混凝土；
(4)将新拌混凝土装入模具，用捣棒捣实，后在振实台上振动6-10s，即得增强型石墨烯导电透水混凝土。
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