CN108892426A - 电力、交通、通讯、航空等领域的防雷基础及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于防雷材料领域，具体涉及一种可广泛用于电力、交通、通讯、航空等领域的防雷基础及所用的助剂及其制备方法。本发明采用如下的技术方案：采用金属构件和混凝土组成；混凝土按重量份组分为：水泥80～150份，砂90～180份，碳纤维10～40份、助剂5～20份。本发明利于雷电流的泄放，雷电流在基础体内平衡分布，不产生局部冲击，因此基础寿命长，防雷效果好，整体强度高、抗震抗扭曲。可用于制作电塔、桥梁、铁路、高铁、机场、信号塔、烟囱等设施设备的防雷基础，应用范围广泛。

Description

电力、交通、通讯、航空等领域的防雷基础及制备方法

技术领域

本发明属于防雷材料领域，具体涉及一种可广泛用于电力、交通、通讯、航空等领域的防 雷基础及所用的助剂及其制备方法。可以作为电塔、桥梁、铁路、高铁、机场、信号塔、烟 囱等设施设备的防雷基础。

背景技术

电力、交通、航空、通讯、建筑等基础设施大多容易遭受雷电灾害。比如电力设施中的电 塔、电杆、路灯，交通设施中的桥梁、铁路、特别是高铁，通讯设施中的信号塔、发射塔、天线，建筑设施中的烟囱，这些设施设备多设置在旷野中且高度很高，极易遭受雷击。雷电灾害已经成为中国最严重的自然灾害之一。

基础是指建构筑物地面以下的承重结构，大多由混凝土制成，其作用是承受建构筑物上部 结构传下来的荷载，并把它们连同自重一起传给地基。基础可以具有导电性，制成基础接地 体，为了提高基础接地体的导电性通常使用大量钢筋和水分来提高导电性。具体施工中，混 凝土浇灌前，各钢筋之间必须构成电气连接，主要是作为接地体的桩筋与承台的连接，选定 作为引下线和均压环屏蔽网的梁柱筋驳接处必须作牢固的焊接，使之成为可靠的电气通道。 其有如下不足，其一是在潮湿多雨的南方，钢筋的锈蚀，水泥浇注时的振动，使钢筋连接处 成为不良接触，使应该作为防雷接地系统的各部分钢筋连接体未能形成良好的电气通路，不 利于雷电流的泄放；其次，在选作接地装置的桩、梁、柱筋的连接，各接口的过渡电阻值不 同，影响了雷电流的平衡分布；其三，因为雷电冲击连接点的可能性是不均匀的，而每次雷 电流的冲击结果，已经使建筑物经历了一次局部的灾害，无论是墙柱体爆裂，或者是连接处 周边产生的强烈电磁感应，对人体或设备的损害，特别是对电力、交通、通讯、航空等设施 和现在所称的“智能大厦”，其危害是显然的。

中国地处温带和亚热带地区，雷暴活动十分频繁，雷电灾害是中国最严重的自然灾害之一， 具有发生频次高、突发性强、危害严重、范围广、社会影响大的特点。雷电灾害对中国社会 公共安全和人民生命财产安全形成了巨大威胁，做好防雷减灾工作，不仅是安全生产不可缺 少的重要环节，也是关注民生所不可缺少的重要方面。现有技术忽视了雷击对基础、混凝土 的破坏。能够多次承受雷击把雷电流泄放的基础、混凝土尚未见到。

发明内容

为了解决上述不足，本发明提供一种可广泛用于电力、交通、通讯、航空等设施的防雷 混凝土及所用的助剂及制备方法，可以提高基础导电性，基础接地良好，利于雷电流的泄放， 雷电流在基础体内平衡分布，不产生局部冲击，因此基础寿命长，防雷效果好，整体强度高、 抗震抗扭曲。

本发明的另一目的是提供一种可广泛用于电力、交通、通讯、航空等设施的防雷基础及 所用的助剂及制备方法。

为了实现本发明的发明目的，本发明采用如下的技术方案：

一种可广泛用于电力、交通、通讯、航空等设施的防雷混凝土，按重量份组分为：水泥 80～150份，砂90～180份，碳纤维10～40份、助剂5～20份；

所述助剂为：石墨烯5-15份、3,6-二羟基邻苯二甲腈5-20份、硫酸锌3-15份、石墨粉 5～20份。

优选的，所述助剂中还可以含有三聚氰酸三烯丙酯、二氧化钛、壳聚糖中的一种或多种。

上述一种可广泛用于电力、交通、通讯、航空等设施的防雷混凝土的制备方法是：

1：制备防雷助剂：按组方配比选取各组分，先将石墨烯、3,6-二羟基邻苯二甲腈加入反 应釜中搅拌均匀，然后在搅拌中加入石墨粉至混合均匀，加入硫酸锌混合均匀，控制反应釜 的温度15-50℃，然后加入其余组分混合均匀即可。

2：制备防雷混凝土：按组方配比选取各组分，将防雷助剂和碳纤维混合后，和水泥、砂、 水混合均匀制成砂浆即可。

上述助剂也可以按照上述工艺单独制备、包装，得到产品，使用时，根据具体需要和水 泥、砂、混凝土添加剂制备防雷混凝土、防雷基础。

一种可广泛用于电力、交通、通讯、航空等设施的防雷基础，采用金属构件和上述防雷 混凝土制成，优选的金属为钢构件，再优选的金属为铜构件。

一种可广泛用于电力、交通、通讯、航空等设施的防雷基础的制备方法为：首先按照上 述防雷混凝土的制备工艺制得混凝土，其次将金属构件置入基础坑中，将防雷混凝土浇灌入 基础坑，待混凝土凝固即可。

本申请中：3,6-二羟基邻苯二甲腈，英文名3,6-Dihydroxyphthalonitrile，别称2,3- 二氰基对苯二酚，化学式C8H4N2O2，分子量160.13，CAS登录号4733-50-0，卡其色至深棕色粉末，溶于热水。石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。石墨粉质软，黑灰色；有油腻感，硬度为1～2，是最耐温的矿物之一，常作为耐磨润滑材料，具有优异的导电性能，但是其硬度低和润滑特性，用于混凝土基础时减弱混凝土强度和对结构件的粘合强度，导致混凝土易破裂，固定不牢靠等，而3,6-二羟基邻苯二甲腈可以解决石墨烯、石墨粉的上述弊端，使混凝土和碳纤维、石墨烯、石墨粉、金属构件结合更紧密牢固，电阻更小且均匀分布、雷电流的泄放性能更好，且受力时微粒间不易发生滑移松散开裂，基础的强度更高。硫酸锌为无色或白色结晶、颗粒或粉末，无气味，在0－39℃范围内与水相平衡的稳定水合物为七水硫酸锌，39－60℃内为6水硫酸锌，可以提高混凝土导电能力，但其易吸湿成水合物，从而影响产品的保质期，本助剂的制备工艺可以减缓硫酸锌水合吸湿，防止助剂成品吸湿潮解结团。

本发明的有益效果：

1.防雷基础中通常大量使用钢筋，本发明提供的产品可以防止钢筋锈蚀，提高混凝土和钢 筋的结合强度，降低结合处的电阻值，减小钢筋和混凝土的电阻差，从而避免雷电流在 局部积累、产生发热、爆裂等破坏。钢筋的电气连接也不会因雷击遭到破坏，因此防雷 基础的寿命更长。导电金属之间无需电气连接。

2.石墨材料使混凝土的流动性更好，在施工浇筑过程中，无需强烈捣振，因此不会因为捣 振而破坏钢筋的电气连接，且施工速度更快，不受低温的影响。本发明组方使混凝土凝 固后和石墨材料结合紧密，强度更高。

3.防雷基础结构紧密和碳纤维的结合强度高，使基础整体具有更优异的强度和韧性，抗震 抗扭曲性能更好，几乎不受温差变化的影响，热胀冷缩的变化小。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具 体实施例，进一步阐述本发明。

实施例1

一种可广泛用于电力、交通、通讯、航空等设施的防雷混凝土，按重量份组分为：水泥 90份，砂150份，碳纤维15份、助剂7份；

所述助剂为：石墨烯13份、3,6-二羟基邻苯二甲腈18份、硫酸锌4份、石墨粉18份。

制备方法是：

1：制备防雷助剂：按组方配比选取各组分，先将石墨烯、3,6-二羟基邻苯二甲腈加入反 应釜中搅拌均匀，然后在搅拌中加入石墨粉至混合均匀，加入硫酸锌混合均匀，控制反应釜 的温度45℃，然后加入其余组分混合均匀即可。

2：制备防雷混凝土：按组方配比选取各组分，将防雷助剂和碳纤维混合后，和水泥、砂、 水混合均匀制成砂浆即可。

实施例2

一种可广泛用于电力、交通、通讯、航空等设施的防雷混凝土，按重量份组分为：水泥 140份，砂100份，碳纤维37份、助剂18份；

所述助剂为：石墨烯6份、3,6-二羟基邻苯二甲腈6份、硫酸锌13份、石墨粉8份。

制备方法是：

1：制备防雷助剂：按组方配比选取各组分，先将石墨烯、3,6-二羟基邻苯二甲腈加入反 应釜中搅拌均匀，然后在搅拌中加入石墨粉至混合均匀，加入硫酸锌混合均匀，控制反应釜 的温度20℃，然后加入其余组分混合均匀即可。

2：制备防雷混凝土：按组方配比选取各组分，将防雷助剂和碳纤维混合后，和水泥、砂、 水混合均匀制成砂浆即可。

实施例3

一种可广泛用于电力、交通、通讯、航空等设施的防雷混凝土，按重量份组分为：水泥 115份，砂135份，碳纤维25份、助剂13份；

所述助剂为：石墨烯10份、3,6-二羟基邻苯二甲腈12份、硫酸锌9份、石墨粉13份。

制备方法是：

1：制备防雷助剂：按组方配比选取各组分，先将石墨烯、3,6-二羟基邻苯二甲腈加入反 应釜中搅拌均匀，然后在搅拌中加入石墨粉至混合均匀，加入硫酸锌混合均匀，控制反应釜 的温度33℃，然后加入其余组分混合均匀即可。

2：制备防雷混凝土：按组方配比选取各组分，将防雷助剂和碳纤维混合后，和水泥、砂、 水混合均匀制成砂浆即可。

实施例4

一种可广泛用于多领域的防雷混凝土、防雷混凝土的助剂，按重量份组分为：石墨烯20 份、3,6-二羟基邻苯二甲腈10份、硫酸锌7份、石墨粉15份。

制备方法是：

1：制备防雷助剂：按组方配比选取各组分，先将石墨烯、3,6-二羟基邻苯二甲腈加入反 应釜中搅拌均匀，然后在搅拌中加入石墨粉至混合均匀，加入硫酸锌混合均匀，控制反应釜 的温度30℃，然后加入其余组分混合均匀即可。

实施例5

一种可广泛用于电力、交通、通讯、航空等设施的防雷混凝土的助剂，按重量份组分为： 石墨烯7份、3,6-二羟基邻苯二甲腈15份、硫酸锌5份、石墨粉16份、壳聚糖10份。

制备方法是：

1：制备防雷助剂：按组方配比选取各组分，先将石墨烯、3,6-二羟基邻苯二甲腈加入反 应釜中搅拌均匀，然后在搅拌中加入石墨粉至混合均匀，加入硫酸锌混合均匀，控制反应釜 的温度43℃，然后加入其余组分混合均匀即可。

实施例6

一种可广泛用于电力、交通、通讯、航空等设施的防雷混凝土的助剂，按重量份组分为： 石墨烯14份、3,6-二羟基邻苯二甲腈8份、硫酸锌10份、石墨粉10份、三聚氰酸三烯丙酯 5份。

制备方法是：1：制备防雷助剂：按组方配比选取各组分，先将石墨烯、3,6-二羟基邻苯 二甲腈加入反应釜中搅拌均匀，然后在搅拌中加入石墨粉至混合均匀，加入硫酸锌混合均匀， 控制反应釜的温度20℃，然后加入其余组分混合均匀即可。

实施例7

一种用于大跨度高负载桥梁的防雷混凝土，按重量份组分为：水泥95份，砂120份，碳 纤维25份、助剂12份；

所述助剂为：石墨烯12份、3,6-二羟基邻苯二甲腈12份、硫酸锌8份、石墨粉17份、三聚氰酸三烯丙酯3份、二氧化钛4份。

制备方法是：1：制备防雷助剂：按组方配比选取各组分，先将石墨烯、3,6-二羟基邻苯 二甲腈加入反应釜中搅拌均匀，然后在搅拌中加入石墨粉至混合均匀，加入硫酸锌混合均匀， 控制反应釜的温度25℃，然后加入其余组分混合均匀即可。

2：制备防雷混凝土：按组方配比选取各组分，将防雷助剂和碳纤维混合后，和水泥、砂、 水混合均匀制成砂浆即可。

大跨度高负载桥梁大多在峡谷、水面附近，易遭受雷击。上述混凝土特别适合用于制作桥 梁的防雷基础，用于引导雷电流，比如固定钢管、灯杆、避雷针等。具有强度高负载大的特 点。

实施例8

一种可广泛用于电力、交通、通讯、航空等设施的防雷混凝土，按重量份组分为：水泥 130份，砂180份，碳纤维30份、助剂10份；

所述助剂为：石墨烯14份、3,6-二羟基邻苯二甲腈9份、硫酸锌6份、石墨粉18份、二氧化钛12份、壳聚糖7份。

制备方法是：1：制备防雷助剂：按组方配比选取各组分，先将石墨烯、3,6-二羟基邻苯 二甲腈加入反应釜中搅拌均匀，然后在搅拌中加入石墨粉至混合均匀，加入硫酸锌混合均匀， 控制反应釜的温度35℃，然后加入其余组分混合均匀即可。

2：制备防雷混凝土：按组方配比选取各组分，将防雷助剂和碳纤维混合后，和水泥、砂、 水混合均匀制成砂浆即可。

实施例9

一种可广泛用于电力、交通、通讯、航空等设施的防雷基础，采用钢筋和防雷混凝土制 成。制备方法为：首先制备防雷混凝土，按重量份组分选取：水泥100份，砂140份，碳纤维12份、助剂8份；所述助剂为：石墨烯14份、3,6-二羟基邻苯二甲腈15份、硫酸锌5份、 石墨粉18份。制备方法是：1：制备防雷助剂：按组方配比选取各组分，先将石墨烯、3,6- 二羟基邻苯二甲腈加入反应釜中搅拌均匀，然后在搅拌中加入石墨粉至混合均匀，加入硫酸 锌混合均匀，控制反应釜的温度40℃，然后加入其余组分混合均匀即可。2：制备防雷混凝 土：按组方配比选取各组分，将防雷助剂和碳纤维混合后，和水泥、砂、水混合均匀制成砂 浆即可。

其次将钢筋置入基础坑中，将防雷混凝土浇灌入基础坑，待混凝土凝固即可。

实施例10

一种可广泛用于电力、交通、通讯、航空等设施的防雷基础，采用铜板和防雷混凝土制 成。

制备方法为：首先制得防雷混凝土，按重量份组分为：水泥110份，砂135份，碳纤维26份、助剂14份；所述助剂为：石墨烯13份、3,6-二羟基邻苯二甲腈11份、硫酸锌8份、 石墨粉14份。制备方法是：1：制备防雷助剂：按组方配比选取各组分，先将石墨烯、3,6- 二羟基邻苯二甲腈加入反应釜中搅拌均匀，然后在搅拌中加入石墨粉至混合均匀，加入硫酸 锌混合均匀，控制反应釜的温度28℃，然后加入其余组分混合均匀即可。2：制备防雷混凝 土：按组方配比选取各组分，将防雷助剂和碳纤维混合后，和水泥、砂、水混合均匀制成砂 浆即可。

其次将铜板置入基础坑中，将防雷混凝土浇灌入基础坑，待混凝土凝固即可。

对比测试

对比例1，按重量份组分为：水泥90份，砂150份，碳纤维15份、助剂7份；所述助 剂为：石墨烯13份、硫酸锌4份、石墨粉18份。制备方法是：1：制备防雷助剂：按组方配 比选取各组分，先将石墨烯加入反应釜，然后在搅拌中加入石墨粉至混合均匀，加入硫酸锌 混合均匀，控制反应釜的温度45℃，然后加入其余组分混合均匀即可。2：制备防雷混凝土： 按组方配比选取各组分，将防雷助剂和碳纤维混合后，和水泥、砂、水混合均匀制成砂浆即 可。

对比例2，按重量份组分为：水泥115份，砂135份，碳纤维25份、助剂13份；所述 助剂为：石墨烯10份、硫酸锌9份、石墨粉13份。制备方法是：1：制备防雷助剂：按组方 配比选取各组分，先将石墨烯加入反应釜中，然后在搅拌中加入石墨粉至混合均匀，加入硫 酸锌混合均匀，控制反应釜的温度33℃，然后加入其余组分混合均匀即可。2：制备防雷混 凝土：按组方配比选取各组分，将防雷助剂和碳纤维混合后，和水泥、砂、水混合均匀制成 砂浆即可。

泌水率检测，应精确到1％。

1、试验步骤先用湿布润湿容积为5L的带盖筒(内径为185mm，高200mm)，将混凝土拌合物一次装入，在振动台上振动20s，然后用抹刀轻轻抹平，加盖以防水分蒸发。试样表面应比筒口边低约20mm。自抹面开始计算时间，前60min，每隔10min用吸管吸出泌水一次，以后每隔20min吸水一次，直至连续三次无泌水为止。每次吸水前5min，应将筒底一侧垫高约20mm，使筒倾斜，以便吸水。吸水后，将筒轻轻放平盖好。将每次吸出的水都注入带塞量筒，最后计算出总的泌水量，精确到1g。

泌水率计算公式：B＝Ww/【(W/m)(m1－m0)】*100

式中：B-泌水率，％；Ww-累计吸水总量，g；W-混凝土拌合物的用水量，g；m-混凝土拌 合物的总质量，g；m1--筒及试样质量，g；m0--筒质量，g。计算精确至1％。

2、结果处理：试验时每批拌合物中取一个试样泌水率取三个试样的算术平均值精确到 0.1％若三个试样的最大值和最小值与中间值之差大于中间值的15％取中间值为试验结果，若 均大于15％则应重新做试验。

流动度检测：采用漏斗粘度计测1725ml流出时间。

结果如下表：

表1

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的 限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也 应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种可广泛用于电力、交通、通讯、航空等领域的防雷基础，其特征在于：采用金属构件和混凝土组成；混凝土按重量份组分为：水泥80～150份，砂90～180份，碳纤维10～40份、助剂5～20份。

2.根据权利要求1所述的一种可广泛用于电力、交通、通讯、航空等领域的防雷基础，其特征在于：采用金属构件和混凝土组成；混凝土按重量份组分为：水泥80～150份，砂90～180份，碳纤维10～40份、助剂5～20份；所述助剂为：石墨烯5-15份、3,6-二羟基邻苯二甲腈5-20份、硫酸锌3-15份、石墨粉5～20份。

3.根据权利要求1、2所述的一种可广泛用于电力、交通、通讯、航空等领域的防雷基础，其特征在于所述金属构件为钢构件，。

4.根据权利要求1、2所述的一种可广泛用于电力、交通、通讯、航空等领域的防雷基础，其特征在于所述金属构件为铜构件。

5.根据权利要求1-4所述的一种可广泛用于电力、交通、通讯、航空等领域的防雷基础，其特征是采用如下方法制备的：首先制备混凝土，其次将金属构件置入基础坑中，将防雷混凝土浇灌入基础坑，待混凝土凝固即可。

6.根据权利要求1-5所述的一种可广泛用于电力、交通、通讯、航空等领域的防雷基础，其特征是采用如下方法制备的：

首先制备混凝土，1：制备防雷助剂：按组方配比选取各组分，先将石墨烯、3,6-二羟基邻苯二甲腈加入反应釜中搅拌均匀，然后在搅拌中加入石墨粉至混合均匀，加入硫酸锌混合均匀，控制反应釜的温度15-50℃，然后加入其余组分混合均匀即可；2：制备防雷混凝土：按组方配比选取各组分，将防雷助剂和碳纤维混合后，和水泥、砂、水混合均匀制成砂浆即可；其次将金属构件置入基础坑中，将防雷混凝土浇灌入基础坑，待混凝土凝固即可。

7.根据权利要求1-6所述的一种可广泛用于电力、交通、通讯、航空等领域的防雷基础，其特征在于：采用钢筋和防雷混凝土制成；

制备方法为：首先制备防雷混凝土，按重量份组分选取：水泥100份，砂140份，碳纤维12份、助剂8份；所述助剂为：石墨烯14份、3,6-二羟基邻苯二甲腈15份、硫酸锌5份、石墨粉18份；制备方法是：1：制备防雷助剂：按组方配比选取各组分，先将石墨烯、3,6-二羟基邻苯二甲腈加入反应釜中搅拌均匀，然后在搅拌中加入石墨粉至混合均匀，加入硫酸锌混合均匀，控制反应釜的温度40℃，然后加入其余组分混合均匀即可。2：制备防雷混凝土：按组方配比选取各组分，将防雷助剂和碳纤维混合后，和水泥、砂、水混合均匀制成砂浆即可；

其次将钢筋置入基础坑中，将防雷混凝土浇灌入基础坑，待混凝土凝固即可。

8.根据权利要求1-6所述的一种可广泛用于电力、交通、通讯、航空等领域的防雷基础，其特征在于：采用铜板和防雷混凝土制成；

制备方法为：首先制得防雷混凝土，按重量份组分为：水泥110份，砂135份，碳纤维26份、助剂14份；所述助剂为：石墨烯13份、3,6-二羟基邻苯二甲腈11份、硫酸锌8份、石墨粉14份；制备方法是：1：制备防雷助剂：按组方配比选取各组分，先将石墨烯、3,6-二羟基邻苯二甲腈加入反应釜中搅拌均匀，然后在搅拌中加入石墨粉至混合均匀，加入硫酸锌混合均匀，控制反应釜的温度28℃，然后加入其余组分混合均匀即可。2：制备防雷混凝土：按组方配比选取各组分，将防雷助剂和碳纤维混合后，和水泥、砂、水混合均匀制成砂浆即可；

其次将铜板置入基础坑中，将防雷混凝土浇灌入基础坑，待混凝土凝固即可。

9.根据权利要求1-8所述的一种可广泛用于电力、交通、通讯、航空等领域的防雷基础，其特征在于：还可以含有三聚氰酸三烯丙酯、二氧化钛、壳聚糖中的一种或多种。

10.根据权利要求1-9所述的一种可广泛用于电力、交通、通讯、航空等领域的防雷基础，其特征在于含有如下组分：金属构件和按重量份计的如下组分：石墨烯14份、3,6-二羟基邻苯二甲腈8份、硫酸锌10份、石墨粉10份、三聚氰酸三烯丙酯5份。