CN110054448A - 一种环保型导电混凝土以及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及土木建筑工程材料领域，具体涉及一种环保型导电混凝土及其制备方法和应用，所述环保型导电混凝土各原料的质量百分含量为：水泥10％‑30％、钢渣25％‑80％、干熄焦粉0‑5％、脱硫石膏1％‑8％、激发剂1％‑8％、水5％‑15％。该混凝土以固体废弃物钢渣、干熄焦粉、脱硫石膏为原料并与水泥相互配合使用，获得了一种具有优越的力学性能和导电性能的混凝土材料，且其导电性具有良好的压敏特性，同时该环保型导电混凝土以固体废弃物为主要原料，原料来源广泛，生产成本低，实现了资源的回收利用，是节能环保型新材料。

Description

一种环保型导电混凝土以及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及土木建筑工程材料领域，具体涉及一种环保型导电混凝土及其制备方法和应用。
背景技术
随着工程技术和社会经济的发展，各种具有专有特性的特种混凝土的需求也日益旺盛。导电混凝土具有一种具有良好稳定的导电性，可适用于混凝土结构应力诊断和监控、无线电干扰屏蔽、静电消除、建筑地面采暖等方面。
普通混凝土的电阻率一般为106-109Ω·m，不能满足导电混凝土的需求，现有技术中导电混凝土主要通过在传统水泥基材中加入导电成分，使其内部产生相连的导电粒子链，借助电子的运动而使之成为导电体，其中导电成分主要为石墨粉、碳纤维、钢纤维等无机材料成分、具有导电性能的有机成分如聚苯胺或者上述两种导电成分混合使用。
虽然上述方法能够获得导电性能良好的混凝土材料，但是该混凝土材料的力学性能降低，且导电成分价格昂贵，无法获得广泛的应用。
发明内容
针对现有技术中导电混凝土力学性能低、造价偏高的技术问题，本发明提供了一种环保型导电混凝土，各原料的质量百分含量为：
水泥10％-30％、钢渣25％-80％、干熄焦粉0-5％、脱硫石膏1％-8％、激发剂1％-8％、水5％-15％。
本发明实施例还提供了一种环保型导电混凝土的制备方法，具体包括以下步骤：
将钢厂冶炼产生的钢渣原渣冷却后，经破碎、细磨、筛分处理获得钢渣细尾渣；
将所述钢渣细尾渣经球磨后获得钢渣微粉，并将所述钢渣细尾渣和钢渣微粉混合获得钢渣；
将干熄焦粉进行研磨过筛处理；
将水玻璃和石灰混合均匀获得激发剂；
将所述钢渣、激发剂和水泥、脱硫石膏、干熄焦粉、水混合搅拌成型即获得环保型导电混凝土。
本发明实施例还提供了上述环保型导电混凝土应用于混凝土结构应力自监控。
本发明实施例提供的环保型导电混凝土以固体废弃物钢渣、干熄焦粉、脱硫石膏为原料并与水泥相互配合使用，获得了一种具有优越的力学性能和导电性能的混凝土材料，且其导电性具有良好的压敏特性，同时该环保型导电混凝土以固体废弃物为主要原料，原料来源广泛，生产成本低，实现了资源的回收利用，是节能环保型新材料。
具体实施方式
为了更加清楚阐述本发明的技术内容，在此结合具体实施例予以详细说明，显然，所列举的实施例只是本技术方案的优选实施方案，本领域的技术人员可以根据所公开的技术内容显而易见地得出的其他技术方案仍属于本发明的保护范围。
本发明实施例提供了一种环保型导电混凝土，各原料的质量百分含量为：水泥10％-30％、钢渣25％-80％、干熄焦粉0-5％、脱硫石膏1％-8％、激发剂 1％-8％、水5％-15％。
本发明实施例还提供了一种环保型导电混凝土，各原料的质量百分含量为：水泥15％-25％、钢渣45％-70％、干熄焦粉2％-3％、脱硫石膏3％-6％、激发剂1％-5％、水9％-13％。
本发明实施例还提供了一种环保型导电混凝土，各原料的质量百分含量为：水泥21％、钢渣58％、干熄焦粉2.5％、脱硫石膏5％、激发剂2.5％、水 11％。
上述成分中钢渣的主要矿物相为硅酸二钙、硅酸三钙、RO相等，有一定的水硬性，具备用于混凝土材料的先天条件，同时其含有一定含量的金属铁和FeO物质，金属铁是电的良导体，FeO具有半导体性质，因此，钢渣混凝土具有一定的导电性。上述所述钢渣优选为钢渣细尾渣和钢渣微粉的混合物，二者的质量百分含量优选为钢渣细尾渣65-75％、钢渣微粉25-35％。
上述干熄焦粉为焦化单元干熄焦工序产生的焦粉颗粒副产物，其主要成分为碳，能够与钢渣代入的金属铁颗粒、FeO组分相互交织，在混凝土中构成导电网络，使得混凝土表现出优异的导电性能。干熄焦粉的粒度优选为70％的干熄焦粉能通过200目筛。
脱硫石膏为为烟气脱硫工序产生的脱硫石膏副产物，主要成分为二水硫酸钙，其含量≥90％，平均粒径约50μm。激发剂优选为水玻璃和石灰的混合物，其质量百分含量优选为：水玻璃30％-60％，石灰40％-70％。脱硫石膏和复合激发剂均起到化学激发钢渣活性的作用，能够创造碱性环境促进水化反应发生，使钢渣中的玻璃体充分解聚。
本发明实施例还提供了一种环保型导电混凝土的制备方法，具体包括以下步骤：
将钢厂冶炼产生的钢渣原渣冷却后，经破碎、细磨、筛分处理获得钢渣细尾渣；
将所述钢渣细尾渣经球磨后获得钢渣微粉，并将所述钢渣细尾渣和钢渣微粉混合获得钢渣；
将干熄焦粉进行研磨过筛处理；
将水玻璃和石灰混合均匀获得激发剂；
将所述钢渣、激发剂和水泥、脱硫石膏、干熄焦粉、水混合搅拌成型即获得环保型导电混凝土。
其中钢渣细尾渣粒径优选为＜10mm的钢渣细尾渣，钢渣微粉的比表面积≥350kg/m2。
本发明实施例还提供了上述是实施例获得的环保型导电混凝土应用于混凝土结构应力自监控，通过对获得导电混凝土在不压应力作用下测定其电阻率，随着压应力的增大，电阻减小，该环保型导电混凝土具有良好的压敏性。
以下，结合具体实施例，对本发明的方案即效果进行展开说明。
实施例1
一种环保型导电混凝土，各原料的质量百分含量为：水泥30％、钢渣50％、干熄焦粉0％(不添加干熄焦粉)、脱硫石膏3％、水玻璃1.2％、石灰0.8％、水15％。其中钢渣为钢渣细尾渣和钢渣微粉的混合物，并按照2：1的重量比混合配比。
将钢厂冶炼产生的钢渣原渣冷却后，经破碎、细磨、筛分处理，即可得到钢渣细尾渣，使得钢渣细尾渣的粒径＜10mm；以钢渣细尾渣为原料经立磨机粉磨后得到比表面积≥350kg/m2的钢渣微粉，钢渣细尾渣和钢渣微粉按照 2：1的重量比例进行配比，制得上述钢渣；将水玻璃和石灰混合均匀获得激发剂；将钢渣、激发剂和水泥、脱硫石膏、干熄焦粉、水混合搅拌成型即获得环保型导电混凝土。
实施例2
一种环保型导电混凝土，各原料的质量百分含量为：水泥18％、钢渣62％、干熄焦粉2％、脱硫石膏4％、水玻璃1.5％、石灰1.5％、水11％。其中钢渣为钢渣细尾渣和钢渣微粉的混合物，并按照7：3的重量比混合配比。
将钢厂冶炼产生的钢渣原渣冷却后，经破碎、细磨、筛分处理，即可得到钢渣细尾渣，使得钢渣细尾渣的粒径＜10mm；以钢渣细尾渣为原料经立磨机粉磨后得到比表面积≥350kg/m2的钢渣微粉，钢渣细尾渣和钢渣微粉按照 7：3的重量比例进行配比，制得上述钢渣；将干熄焦粉采用立磨机进行研磨处理，并用200目的筛子过筛，使其的粒度达到70％的干熄焦粉能通过筛子；将水玻璃和石灰混合均匀，获得激发剂；将钢渣、激发剂和水泥、脱硫石膏、干熄焦粉、水混合搅拌成型即获得环保型导电混凝土。
实施例3
一种环保型导电混凝土，各原料的质量百分含量为：水泥21％、钢渣58％、干熄焦粉2.5％、脱硫石膏5％、水玻璃1.25％、石灰1.25％、水11％。其中钢渣为钢渣细尾渣和钢渣微粉的混合物，并按照13：7的重量比混合配比。
将钢厂冶炼产生的钢渣原渣冷却后，经破碎、细磨、筛分处理，即可得到钢渣细尾渣，使得钢渣细尾渣的粒径＜10mm；以钢渣细尾渣为原料经立磨机粉磨后得到比表面积≥350kg/m2的钢渣微粉，钢渣细尾渣和钢渣微粉按照 7：3的重量比例进行配比，制得上述钢渣；将干熄焦粉采用立磨机进行研磨处理，并用200目的筛子过筛，使其的粒度达到70％的干熄焦粉能通过筛子；将水玻璃和石灰混合均匀，获得激发剂；将钢渣、激发剂和水泥、脱硫石膏、干熄焦粉、水混合搅拌成型即获得环保型导电混凝土。
性能测试：
将实施例1-3获得的环保型导电混凝土进行力学性能和导电性能的测试，混凝土试样抗压强度和抗折强度测试程序参考国标《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2002)执行。测定环保型导电混凝土力学性能的具体操作如下：抗压强度试样尺寸为边长150mm的立方体，抗折强度试样尺寸为150mm×150mm×600mm的棱柱体，每3个试样为1组，检测结果取平均值。试样成型后，自然环境下(20±5℃)静置24h，脱模后立即放入标准养护箱(温度20±2℃，相对湿度≥95％)中养护，至28d后测试其抗压强度和抗折强度，采用液压式压力试验机进行测试。测定环保型导电混凝土导电性能的方法如下：测试电阻率的混凝土试样尺寸为160mm×40mm×40mm，采用不锈钢薄板(尺寸为50mm×30mm×0.3mm，插入混凝土部分有2个 10mm钻孔)埋入式电极，电极板平行于试样横截面，每块试样中插入2块电极板，间距120mm。试样成型后，静置24h进入标准养护箱养护至28d，然后采用伏安法测试其电阻，将电极板与电源、变压器、开关、电流表依次用导线串联成一个回路，并在电极板之间并联电压表。测得电压、电流值，计算出试样的电阻，再根据电阻值、试样横截面积、电极间距计算得到试样的电阻率。每组配比测试3个试样，最终结果取平均值。
性能测试结果如表1所示。
表1环保型导电混凝土的力学性能和导电性能
组别 实施例1 实施例2 实施例3
28d抗压强度/MPa 76.9 63.3 68.5
28d抗折强度/MPa 12.8 9.3 10.7
电阻率/Ω·m 247.2 163.2 149.3
由表1可知，本发明获得导电型混凝土具有良好的力学性能和导电性能，添加有干熄焦粉的实施例2和实施例3的电阻率降低，即导电性能明显增强，钢渣含量较高的实施例2获得的导电混凝土的力学性能明显降低，说明钢渣的含量会影响混凝土的力学性能。
对实施例1-3获得的导电混凝土进行导电压敏性测试，在导电混凝土试块上增加轴向压应力，分别测定压应力为3MPa、6MPa、9MPa和12MPa的导电混凝土试块的电阻率值，并获得电阻率y与施加的压应力x的线性方程，其测定结果如表2所示。
表2环保型导电混凝土的导电压敏性测试结果
由表2可知，实施例1-3获得的环保型导电混凝土具备良好的导电压敏性，且电阻率随外加应力的增加而减小，其中实施例2-3获得环保型导电混凝土的导电压敏性获得的电阻率和压应力呈线性关系，其线性方程的r2＞0.9，由此可知在加入干熄焦粉的混凝土材料的压敏性成线性，可应用于混凝土结构应力自监控。
本发明环保型导电混凝土中各原料、原料的含量以及原料处理过程，对该混凝土的力学性能和导电性能具有较大的影响，以下结合具体的实施例进行说明。
实施例4-8
按照如表3所示比例进行原料配比，并按照如下制备方法进行：将钢厂冶炼产生的钢渣原渣冷却后，经破碎、细磨、筛分处理，即可得到钢渣细尾渣，要求其粒径＜10mm，以钢渣细尾渣为原料，经立磨机粉磨后(去除金属颗粒)得到比表面积≥350kg/m2的钢渣微粉，钢渣细尾渣和钢渣微粉按照2： 1的重量比例进行配比，脱硫石膏平均粒径约50μm，激发剂为水玻璃和石灰的混合物，重量配比为3:2，混合均匀，然后把水泥、钢渣、脱硫石膏、激发剂、水按照表3中设定的重量配比投料并搅拌成型。
表3实施例4-8环保性导电混凝土原料配比
将实施例4-8获得的环保型混凝土进行力学新能和导电性能的检测，其结果如表4所示。
表4实施例4-8环保性导电混凝土性能测试结果
由表4可知，实施例4-8中，钢渣的含量依次增加，随着钢渣含量的增加，钢渣中的金属铁颗粒和FeO等作为导电组分，以弥散状均匀散布在混凝土中，相互连接，构成导电通道，使得混凝土的导电性能增加，而力学性能减弱。
实施例9-11
按照表5所示比例进行原料配比，并按照如下制备方法进行：将钢厂冶炼产生的钢渣原渣冷却后，经破碎、细磨、筛分处理，即可得到钢渣细尾渣，要求其粒径＜10mm，以钢渣细尾渣为原料，经立磨机粉磨后获得钢渣微粉，脱硫石膏平均粒径约50μm，激发剂为水玻璃和石灰的混合物，重量配比为 3:2，混合均匀，然后把水泥、钢渣、脱硫石膏、激发剂、水按照表中设定的重量配比投料并搅拌成型。
将实施例4-8获得的环保型混凝土进行力学新能和导电性能的检测，其结果如表6所示。
表5实施例9-11环保性导电混凝土原料配比
表6实施例9-11环保性导电混凝土性能测试结果
由表6的结果表明，钢渣微粉的粒度越细，其水硬活性越强，提高钢渣微粉的磨细粒度并适当增加其添加比例，有利于增强混凝土整体的力学性能。钢渣微粉相对于钢渣细尾渣的添加比例增加，微粉颗粒进入混凝土后可大量填充内部空隙，可改善混凝土的整体力学性能，但其粒径的大小和比例对导电性的影响不大。
实施例12-15
按照表7所示比例进行原料配比，并按照如下制备方法进行：按照如表3 所示比例进行原料配比，并按照如下制备方法进行：将钢厂冶炼产生的钢渣原渣冷却后，经破碎、细磨、筛分处理，即可得到钢渣细尾渣，要求其粒径＜10mm，以钢渣细尾渣为原料，经立磨机粉磨后(去除金属颗粒)得到比表面积≥350kg/m2的钢渣微粉，钢渣细尾渣和钢渣微粉按照2：1的重量比例进行配比，脱硫石膏平均粒径约50μm，激发剂为水玻璃和石灰的混合物，重量配比为3:2，取自焦化单元干法熄焦的副产物干熄焦粉，采用立磨机将其磨细至200目占比大于70％，然后把水泥、钢渣、脱硫石膏、干熄焦粉、激发剂、水按照表7中设定的重量配比投料并搅拌成型。
表7实施例11-15环保性导电混凝土原料配比
将实施例12-15获得的环保型混凝土进行力学新能和导电性能以及导电压敏性的检测，其结果如表8所示。
表8实施例12-15环保性导电混凝土性能测试结果
由表8可知，由于干熄焦粉的主要成分是碳，细磨后的碳颗粒粒度非常细小，作为导电组分添加进入混凝土，混匀散布的碳颗粒和钢渣带入的金属铁颗粒、FeO组分相互交织，在混凝土中构成导电网络，从而使混凝土表现出更优异的导电性，环保性导电混凝土中干熄焦粉能够提高混凝土的导电性，干熄焦粉对混凝土的导电性能具有协同增效作用，但是其力学性能减弱，另外，根据其线性方程的斜率可知，环保性导电混凝土中干熄焦粉含量增加，导电压敏性增大。
应当理解的是，在压应力为12MPa的条件下，电阻率值增大，可能是由于碳链本身强度不高，在外力作用下易断裂，表现在混凝土的力学性能随焦粉量的增加而变差，当外加压外力过大，混凝土内部产生裂缝，电阻率反而增加，此时混凝土已处于破损失效状态。
本发明提供的环保型导电混凝土是一种新型功能材料，采用水泥、钢渣、干熄焦粉、脱硫石膏、水等为原料配制而成，具有良好的水硬性和导电性，而且其导电性具有较好的压敏性。环保型导电性混凝土由于采用的原料来源广泛、易得性好，价格低廉，而且，钢渣、干熄焦粉、脱硫石膏等属于工业固体废弃物，应用于本发明可实现工业固体废弃物高附加值回收利用。
以上所述实施例，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明的技术范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种环保型导电混凝土，其特征在于，各原料的质量百分含量为：水泥10％-30％、钢渣25％-80％、干熄焦粉0-5％、脱硫石膏1％-8％、激发剂1％-8％、水5％-15％。
2.根据权利要求1所述的环保型导电混凝土，其特征在于，各原料的质量百分含量为：水泥15％-25％、钢渣45％-70％、干熄焦粉2％-3％、脱硫石膏3％-6％、激发剂1％-5％、水9％-13％。
3.根据权利要求1所述的环保型导电混凝土，其特征在于，各原料的质量百分含量为：水泥21％、钢渣58％、干熄焦粉2.5％、脱硫石膏5％、激发剂2.5％、水11％。
4.根据权利要求1-3任一所述的环保型导电混凝土，其特征在于，所述钢渣为钢渣细尾渣和钢渣微粉的混合物。
5.根据权利要求4所述的环保型导电混凝土，其特征在于，所述钢渣中各原料的质量百分含量为：钢渣细尾渣65-75％、钢渣微粉25-35％。
6.根据权利要求1-3任一所述的环保型导电混凝土，其特征在于，所述激发剂为水玻璃和石灰组成的混合物。
7.一种环保型导电混凝土的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
将钢厂冶炼产生的钢渣原渣冷却后，经破碎、细磨、筛分处理获得钢渣细尾渣；
将所述钢渣细尾渣经球磨后获得钢渣微粉，并将所述钢渣细尾渣和钢渣微粉混合获得钢渣；
将干熄焦粉进行研磨过筛处理；
将水玻璃和石灰混合均匀获得激发剂；
将所述钢渣、激发剂和水泥、脱硫石膏、干熄焦粉、水混合搅拌成型即获得环保型导电混凝土。
8.根据权利要求7所述的环保型导电混凝土的制备方法，其特征在于，所述将钢厂冶炼产生的钢渣原渣冷却后，经破碎、细磨、筛分处理获得钢渣细尾渣中钢渣细尾渣粒径＜10mm。
9.根据权利要求7所述的环保型导电混凝土的制备方法，其特征在于，所述将所述钢渣细尾渣经球磨后获得钢渣微粉中钢渣微粉的比表面积≥350kg/m2。
10.权利要求1-3任一所述的环保型导电混凝土应用于混凝土结构应力自监控。
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