CN109133770A - 一种导电混凝土及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种导电混凝土及其应用，该导电混凝土，按照质量份计包括以下组份：钢纤维6.0～6.5份，钢棉2.5～3.0份，硅灰0.8～1.2份，减水剂0.3～0.5份，分散剂0.2份，水泥17～18份，细骨料23.5～24.5份，粗骨料27～28份，水9～10份。该应用方法包括：制作导电混凝土层，并在导电混凝土层下方铺设加热线圈盘，然后在组成加热线圈盘的加热线圈中通入高频交流电。本发明不但能满足其导电发热的要求，而且可以保证有较高的抗压强度。此外，在具体应用时采用磁场感应涡流原理，产生无数小涡流，使导电混凝土层自行高速发热，发热效率高，即使导电混凝土发生钝化对其影响也较小，不影响其发热效果。

Description

一种导电混凝土及其应用
技术领域
本发明涉及混凝土材料技术领域，具体涉及一种导电混凝土及其应用。
背景技术
混凝土是土木工程中应用最广泛的结构材料，近些年来经历了漫长的发 展过程，从普通的结构材料到复合材料，最后再到功能材料。在普通混凝土 内添加导电材料，如碳纤维、钢纤维、钢渣、石墨等，可大大提高其导电性。
现有技术中，利用导电混凝土的导电性可使其导电发热，而被广泛应用 在寒冷地区的道路融雪除冰等领域。由于导电混凝土的融雪除冰效率高且不 会对环境造成污染，因此有着广阔的发展前景。
在实际应用中，添加不同导电材料的导电混凝土都存在着一些缺陷，不 能很好地满足使用需求。如加入石墨、碳纤维的导电混凝土的抗压强度会随 着石墨、碳纤维的加入量呈指数方式下降，而在此基础上进一步加入钢纤维、 钢渣的导电混凝土，虽然其强度会有所提高，但是随着时间的延长，原有的 低电压导电方式不仅影响发热效果，热转化率偏低，还会使钢纤维或钢渣会 发生钝化，增大导电混凝土的电阻率从而进一步影响发热效果。
发明内容
本发明实施例提供一种导电混凝土及其应用方法，以解决现有技术中的 导电混凝土存在的抗压强度低以及发热效率不高的问题。
第一方面，本发明实施例提供一种导电混凝土，按照质量份计，包括以 下组份：
钢纤维6.0～6.5份，钢棉2.5～3.0份，硅灰0.8～1.2份，减水剂0.3～0.5份， 分散剂0.2份，水泥17～18份，细骨料23.5～24.5份，粗骨料27～28份，水9～10 份。
作为本发明第一方面的优选方式，按照质量份计，包括以下组份：
钢纤维6.2份，钢棉2.8份，硅灰0.9份，减水剂0.4份，分散剂0.2份， 水泥17份，细骨料24份，粗骨料27份，水10份。
作为本发明第一方面的优选方式，所述钢纤维为波浪线低碳钢纤维，其 中所述钢纤维的长度为28～38mm，直径为0.8～1.0mm，抗拉强度大于650MPa。
作为本发明第一方面的优选方式，所述减水剂为聚羟酸减水剂。
作为本发明第一方面的优选方式，所述细骨料为中粗砂，所述粗骨料为 反击破石子，其中所述粗骨料的粒径为8～13mm。
作为本发明第一方面的优选方式，所述水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥。
第二方面，本发明实施例提供一种导电混凝土的应用方法，包括：制作 导电混凝土层，并在所述导电混凝土层下方按照20cm的间距铺设环形加热 线圈盘，然后在组成所述加热线圈盘的加热线圈中通入高频交流电；其中， 所述高频交流电由220V工频市电依次通过桥式整流器和电压谐振变换器转 换得到。
作为本发明第二方面的优选方式，所述加热线圈由空心金属管材绕制形 成，所述空心金属管材的外径为2～5cm。
作为本发明第二方面的优选方式，所述加热线圈由铜材料制成。
本发明实施例提供的一种导电混凝土及其应用方法，仅添加钢纤维和钢 棉作为导电材料，不但能满足其导电发热的要求，而且可以保证有较高的抗 压强度，增大了其应用范围与结构的可靠性。
此外，在具体应用时，采用磁场感应涡流原理，利用220V工频市电的 形成的高频交流电通过环形加热线圈，产生无数封闭磁场力，当磁场磁力线 通过钢纤维或钢棉形成的导磁，即会产生无数小涡流，使导电混凝土层自行 高速发热，即使导电混凝土发生钝化对其影响也较小，不影响其发热效果。 同时，采用高频交流电不仅可以减少能量损失，还可以使导电混凝土本身的 电阻率减小，从而提高发热效率。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将对本发明实施 例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发 明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域 普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应 当属于本发明保护的范围。
在寒冷地区的冬季，雪天较多，下雪后容易造成道路结冰现象，而道路 结冰后不但给人民的出行带来严重不便，经常导致高速封路、机场停飞等， 而且还严重威胁国民的财产和生命安全。正常干燥沥青路面的摩擦系数为 0.75，雨天路面摩擦系数降为0.40，雪天路面摩擦系数则为0.28，而结冰的 路面摩擦系数就更低，只有0.18。因此，研究如何融冰除雪具有重要的现实 意义。
目前使用的融雪除冰方法有很多，但是这些方法大多数都有严重的缺陷， 例如人工消除法和机械消除法，都需要耗费大量的人力物力，效率比较低下， 而且除雪机械有一半以上的时间都处于闲置状态，造成资源的浪费；化学融 化法一般使用的都是含有NaCl的化学剂，不仅会造成钢筋的腐蚀，使路面结 构的耐久性降低，而且还会破坏植被，污染环境。
利用导电混凝土的导电性可使其导电发热，因此能够被广泛应用在寒冷 地区的道路融雪除冰等领域，如可以设置在桥面或者机场跑道上等。由于导 电混凝土的融雪除冰效率高且不会对环境造成污染，因此有着广阔的发展前 景。
然而，加入石墨、碳纤维的导电混凝土的抗压强度会随着石墨、碳纤维 的加入量呈指数方式下降，对于机场跑道、桥面等这类本身就需要高强度混 凝土的建设工程来说，此类导电混凝土显然是不适用的。而在此基础上进一 步加入钢纤维、钢渣的导电混凝土，虽然其强度会有所提高，但是为了安全 起见，通入的电压一般是低于60V的低电压，因此随着时间的延长，原有的 低电压导电方式不仅影响发热效果，热转化率偏低，还会使钢纤维或钢渣会 发生钝化，增大导电混凝土的电阻率从而进一步影响发热效果。
本发明实施例提供一种导电混凝土，按照质量份计，其包括以下组份：
钢纤维6.0～6.5份，钢棉2.5～3.0份，硅灰0.8～1.2份，减水剂0.3～0.5份， 分散剂0.2份，水泥17～18份，细骨料23.5～24.5份，粗骨料27～28份，水9～10 份。
本实施例中，导电混凝土中的导电材料全部选用钢制品材料，特别是选 用了钢纤维和钢棉，不仅有效满足了高抗压强度要求，而且在通入高频交流 电后能够形成较大的磁回路，可有效提高发热效率，增大了其应用范围与结 构的可靠性。
同时，钢纤维和钢棉所占的份数分别为6.0～6.5份和2.5～3.0份时，可以 将导电混凝土的电阻率控制在一定的范围内，不但能达到发热的效果，还能 提高经济适用性。
此外，加入0.2份的分散剂有助于分散钢纤维与钢棉，避免其打团，造 成发热集中的现象。
在上述实施例的基础上，按照质量份计，其包括以下组份：
钢纤维6.2份，钢棉2.8份，硅灰0.9份，减水剂0.4份，分散剂0.2份， 水泥17份，细骨料24份，粗骨料27份，水10份。
在上述实施例的基础上，钢纤维为波浪线低碳钢纤维，其中钢纤维的长 度为28～38mm，直径为0.8～1.0mm，抗拉强度大于650MPa。
本实施例中，钢纤维优选波浪线低碳钢纤维，其不但可以有效增大导电 混凝土与钢纤维的接触面积，还可以减少钢纤维在混凝土碱性环境中的钝化 效应。
在上述实施例的基础上，减水剂为聚羟酸减水剂。
本实施例中，减水剂优选聚羟酸减水剂，其可以有效降低水灰比，在相 同胶材用量下，相当于提高了导电混凝土的强度等级，同时还可以保证导电 混凝土良好的和易性。
在上述实施例的基础上，细骨料为中粗砂，粗骨料为反击破石子，其中 粗骨料的粒径为8～13mm。
本实施例中，细骨料优选中粗砂，粗骨料优选反击破石子，其可以保证 导电混凝土的强度要求。
同时，粗骨料的粒径优选8～13mm，可以进一步提高导电混凝土的强度 要求。
在上述实施例的基础上，水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥。
本实施例中，水泥优选P.O42.5普通硅酸盐水泥，是根据工程的实际需 求进行选择的。需要说明的是，本发明实施例中对水泥种类的选取不作限定， 可以根据实际需求进行选择。
本发明实施例还提供一种导电混凝土的应用方法，包括：制作导电混凝 土层，并在导电混凝土层下方按照20cm的间距铺设环形加热线圈盘，然后 在组成加热线圈盘的加热线圈中通入高频交流电；其中，高频交流电由220V 工频市电依次通过桥式整流器和电压谐振变换器转换得到。
本实施例中，采用上述实施例中所述的导电混凝土制作导电混凝土层， 尤其可以作为机场跑道、桥面等的铺设材料，能够满足其高抗压强度的要求。 同时，先在导电混凝土层下方按照间距20cm左右的间距铺设环形加热线圈 盘，然后在组成加热线圈盘的加热线圈中通入高频交流电。
该应用方式采用了磁场感应涡流原理，高频交流电通过环形加热线圈时， 沿线圈半径方向会产生无数封闭磁场力，当磁场磁力线通过钢纤维或钢棉形 成的导磁，即会产生无数小涡流，使导电混凝土层自行高速发热，便于对道 路进行融冰除雪操作，因此导电混凝土在发热时是不需要电极的，使用过程 更安全。
现有技术中的导电混凝土，是利用电极在导电混凝土内部形成定向电流 使混凝土导电发热的，通入的电流一般为低于60V的低电压电流。采用该种 导电方式，会使导电混凝土中加入的钢材料制品导电材料跟水以及水泥等一 些碱性材料发生化学反应，从而使钢材料制品表面形成一层致密的保护膜， 即发生了钝化，会使导电混凝土的电阻率增大，进一步降低导电混凝土的发 热效率。
而采用本实施例中所述的应用方式，利用了磁场感应涡流原理，因此即 使导电混凝土发生钝化对其影响也较小，不影响其发热效果。
进一步地，通入加热线圈中的高频交流电，由220V工频市电依次通过 桥式整流器和电压谐振变换器转换得到。具体地，采用220V的工频市电作 为主电源，通过桥式整流器先将交流电变成直流电，然后再通过电压谐振变 换器将直流电变成高频交流电。
因而，在导电混凝土层下方铺设加热线圈盘，当向组成加热线圈盘的加 热线圈中通入高频交流电时，沿线圈半径方向会产生闭合的磁力线，磁力线 与导电混凝土中的导电材料(即钢纤维或钢棉)共同构成磁回路，在导电混 凝土内形成无数小涡流而发热，从而实现融化导电混凝土层上方的冰雪的效 果。
相比于现有技术中的导电混凝土，需将220V电压的电流转化成低于60V 电压的电流才能通过电极通入，此转化过程会有大量的能量损失，真正用于 融雪除冰的能量大概只占到总能量的20％～30％。而采用本实施例中所述的应 用方式，采用220V的工频市电形成高频交流电，不但可以减少能量的损失， 而且在采用高电压电流时，导电混凝土本身的电阻率也会减小，发热效率也 会提高。
在上述实施例的基础上，加热线圈由空心金属管材绕制形成，空心金属 管材的外径为2～5cm。
本实施例中，加热线圈为由空心金属线材绕制的环形线圈，采用空心结 构不但可以节省材料，而且提高热传递效率，减少热量损失。
在上述实施例的基础上，加热线圈由铜材料制成。
本实施例中，加热线圈采用铜材料制成的空心管材绕制形成，由于铜具 有优良的导电性能，发热效果也较好。
本发明实施例提供的一种导电混凝土及其应用方法，仅添加钢纤维和钢 棉作为导电材料，不但能满足其导电发热的要求，而且可以保证有较高的抗 压强度，增大了其应用范围与结构的可靠性。
此外，在具体应用时，采用磁场感应涡流原理，利用220V工频市电的 形成的高频交流电通过环形加热线圈，产生无数封闭磁场力，当磁场磁力线 通过钢纤维或钢棉形成的导磁，即会产生无数小涡流，使导电混凝土层自行 高速发热，即使导电混凝土发生钝化对其影响也较小，不影响其发热效果。 同时，采用高频交流电不仅可以减少能量损失，还可以使导电混凝土本身的 电阻率减小，从而提高发热效率。
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施 例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
下面结合具体优选的实施例对本发明做进一步详细描述，但并不因此而 限制本发明的保护范围。
实施例一
一种导电混凝土，按照质量份计，其包括以下组份：
钢纤维6.2份，钢棉2.8份，硅灰0.9份，减水剂0.4份，分散剂0.2份， 水泥17份，细骨料24份，粗骨料27份，水10份。
实施例二
一种导电混凝土，按照质量份计，其包括以下组份：
钢纤维6.2份，钢棉2.8份，硅灰0.9份，减水剂0.4份，分散剂0.2份， 水泥17.1份，细骨料23.5份，粗骨料28份，水9.5份。
实施例三
一种导电混凝土，按照质量份计，其包括以下组份：
钢纤维6.2份，钢棉2.8份，硅灰0.9份，减水剂0.4份，分散剂0.2份， 水泥17.5份，细骨料24份，粗骨料27.5份，水9.7份。
实施例四
一种导电混凝土，按照质量份计，其包括以下组份：
钢纤维6.2份，钢棉2.8份，硅灰0.9份，减水剂0.4份，分散剂0.2份， 水泥18份，细骨料24.5份，粗骨料27份，水10份。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明 的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发 明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种导电混凝土，其特征在于，按照质量份计，包括以下组份：
钢纤维6.0～6.5份，钢棉2.5～3.0份，硅灰0.8～1.2份，减水剂0.3～0.5份，分散剂0.2份，水泥17～18份，细骨料23.5～24.5份，粗骨料27～28份，水9～10份。
2.根据权利要求1所述的导电混凝土，其特征在于，按照质量份计，包括以下组份：
钢纤维6.2份，钢棉2.8份，硅灰0.9份，减水剂0.4份，分散剂0.2份，水泥17份，细骨料24份，粗骨料27份，水10份。
3.根据权利要求1所述的导电混凝土，其特征在于，所述钢纤维为波浪线低碳钢纤维，其中所述钢纤维的长度为28～38mm，直径为0.8～1.0mm，抗拉强度大于650MPa。
4.根据权利要求1所述的导电混凝土，其特征在于，所述减水剂为聚羟酸减水剂。
5.根据权利要求1所述的导电混凝土，其特征在于，所述细骨料为中粗砂，所述粗骨料为反击破石子，其中所述粗骨料的粒径为8～13mm。
6.根据权利要求1所述的导电混凝土，其特征在于，所述水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥。
7.权利要求1～6中任一项权利要求所述导电混凝土的应用方法，其特征在于，包括：制作导电混凝土层，并在所述导电混凝土层下方按照15～25cm的间距铺设环形加热线圈盘，然后在组成所述加热线圈盘的加热线圈中通入高频交流电；其中，所述高频交流电由220V工频市电依次通过桥式整流器和电压谐振变换器转换得到。
8.根据权利要求7所述的应用方法，其特征在于，所述加热线圈由空心金属管材绕制形成，所述空心金属管材的外径为2～5cm。
9.根据权利要求7所述的应用方法，其特征在于，所述加热线圈由铜材料制成。
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Application publication date: 20190104