CN110482923A - 一种导电炭黑Super-P混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种导电炭黑Super‑P混凝土及其制备方法，所述混凝土包括下述原料：水泥385～395份、水200～210份、中砂675～695份、碎石1100～1140份、导电炭黑Super‑P原料0.97～7.74份；所述混凝土的制备方法包括原料的配比、原料的混合、浇筑、成型及养护，制备方法简单易操作。采用本发明制备的导电炭黑Super‑P混凝土，不仅使制成的混凝土性能得到提高，而且总体价格较低。由于导电炭黑Super‑P具有优良的导电性，掺入混凝土中会提高混凝土的导电性能。当掺量为1.94份质量份数时不但使混凝土强度提升，抗渗性能改善，而且由于掺量较少混凝土仍属于不良导体，有利于混凝土于不同环境的应用和长期使用。

Description

一种导电炭黑Super-P混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，具体地涉及一种导电炭黑Super-P混凝土及其制备方法。
背景技术
现代工程技术的发展正在推动超高性能建筑材料的发展。特别是，混凝土是世界上最常用的建筑材料。为了提高混凝土的物理和力学性能，需要在纳米尺度上进行改善，这样其化学和物理力学性能才能真正得到提升。纳米材料的优异化学和物理性能为混凝土的内部基体提供了最有效的提高，而近年来，水泥复合材料的纳米化技术进步，使其在结构加固、环境污染减少、自清洁材料生产等方面的应用得到了推广。
世界各国科学家开展了广泛的研究，比如王玉林等人在《碳纤维/纳米碳黑水泥基材料力学性能与微观结构对比研究》一文中公开了如何制备碳纤维与纳米炭黑复掺混凝土，混掺纳米碳黑与碳纤维水泥基复合材料的力学性能明显受纳米碳黑掺入量的影响，由此可见目前主要技术是：在混凝土中添加碳纤维、碳纳米管以及石墨烯等纳米材料，能够从宏观上阻止混凝土裂纹增长或在微观上改善混凝土的内部结构，因而能够具有提高混凝土性能的作用。这种方法主要存在的问题为价格较高，制备过程复杂不利于推广应用。
发明内容
本发明为克服上述现有技术的成本较高、制备过程复杂难以规模化制备的缺陷，提供一种导电炭黑Super-P混凝土及其制备方法，本发明在原有的混凝土制备工艺上加以优化，制备导电炭黑Super-P混凝土。使所述导电炭黑Super-P混凝土不仅满足强度的要求，而且使得混凝土原有的性能上都有较大的增强。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案。
一种导电炭黑Super-P混凝土，所述混凝土包括下述质量份数的原料：水泥385～395份、水200～210份、中砂675～695份、碎石1100～1140份、导电炭黑Super-P原料0.97～7.74份。
其中优选地，各组分的重量份数：水泥387份、水205份、中砂683份、碎石1115份。其中，所述水泥为强度为42.5的P.Ⅱ型基准水泥；所述中砂的细度模数为2.6～2.9，含泥量小于1％；所述碎石级配良好：5mm～20mm的碎石，采用二级配，其中5mm～10mm占40％，10mm～20mm占60％，满足连续级配要求，针片状物质含量小于10％，空默率小于47％，含泥量小于0.5％；所述导电炭黑Super-P原料中纯度≥99.5％，导电炭黑Super-P的粒径为35～45nm，其比表面积为57～67m2/g，且Super-P不分散于水中，具有优良的导电性。
一种导电炭黑Super-P混凝土的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)按预定配比称取水泥、中砂、导电炭黑Super-P后，依次将其放入搅拌机，保持稳定转速均匀搅拌100～120s，转速42r/min；
(2)然后将预定量的碎石加入，转速不变，均匀搅拌40～60s；
(3)最后加入水，转速不变，均匀搅拌100～120s，出料，即得到制备的导电炭黑Super-P混凝土拌合料；
(4)将导电炭黑Super-P混凝土拌合料浇筑到模具中，放在振动台上振动30s左右，待混凝土拌合料成型后拆模，然后进行养护。
进一步地，所述养护方法包括下述步骤：
A.导电炭黑Super-P混凝土拌合料浇筑到模具中振实后，放置在室温20℃，湿度20％的恒温室中24小时，然后拆模；
B.拆模后，将试件放置在标准养护室内，养护到所需龄期，温度为20±2℃，湿度≥95％。
本发明的有益效果为：采用本发明制备的导电炭黑Super-P混凝土，通过添加适当比例的导电炭黑Super-P原料，不仅使制成的混凝土性能得到提高，而且总体价格较低，按本发明制备的导电炭黑Super-P混凝土强度比普通混凝土产品提高了12％；同时，与普通混凝土设计和制备相比，按本发明制备的混凝土的抗渗性能提高了40％，有利于混凝土应用于不同环境和长期使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明所用导电炭黑Super-P的电镜扫描照片。
图2是混凝土性能随导电炭黑Super-P掺量增加的变化三维图。
图3是本发明对比例与实施例混凝土拌合料的坍落度对比柱状图。
图4是本发明对比例与实施例28天混凝土试件的抗压强度变化曲线图。
图5是本发明对比例与实施例28天混凝土试件的抗折强度变化曲线图。
图6是本发明对比例与实施例28天混凝土试件的渗水高度变化曲线图。
图7是本发明实施例1的混凝土试件实物图。
图8是本发明渗水高度测试现场。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，导电炭黑Super-P是纳米炭黑材料的一种，左图为1μm尺度测量，右图为200nm尺度测量，具有高比表面积、高结构、高纯净度和导电性优异的特点，价格便宜而且当原料掺加较少时对混凝土的导电性影响较小，所以很适合与水泥基复合材料结合。导电炭黑Super-P粒径极小，由于材料本身的尺寸效应和强界面作用力的作用，将其掺入混凝土中能够提高混凝土(水泥净浆，水泥砂浆及混凝土)的抗压强度，抗折强度等。同时，由于炭黑颗粒的填充作用，掺加适当比例的导电炭黑Super-P可以有效的改善了混凝土的微观孔结构，提高混凝土的抗渗性能。
一种导电炭黑Super-P混凝土的制备方法，包括下述步骤：
(1)依次将水泥、中砂、导电炭黑Super-P放入搅拌机，均匀搅拌100～120s，转速42r/min；其中所述水泥为强度为42.5的P.Ⅱ型基准水泥；所述中砂的细度模数为2.6～2.9，含泥量小于1％；所述导电炭黑Super-P原料中纯度≥99.5％，导电炭黑Super-P的粒径为35～45nm，其比表面积较大为57～67m2/g，且Super-P不分散于水中，具有优良的导电性。
(2)然后碎石加入，均匀搅拌40～60s，转速不变；其中所述碎石级配良好：5mm～20mm的碎石，采用二级配，其中5mm～10mm占40％，10mm～20mm占60％，满足连续级配要求，针片状物质含量小于10％，空默率小于47％，含泥量小于0.5％。
(3)最后加入水，均匀搅拌100～120s，转速不变，出料，即得到制备的导电炭黑Super-P混凝土拌合料，具体地，水可选用人工制水，如自来水或天然水，如地下水；
(4)将导电炭黑Super-P混凝土拌合料浇筑到模具中，放在振动台上振动30s左右，待混凝土拌合料成型后拆模，进行养护，所述养护方法包括下述步骤：
A.导电炭黑Super-P混凝土拌合料浇筑到模具中振实后，放置在室温20℃，湿度20％的恒温室中养护24小时，然后拆模；
B.拆模后，将试件放置在标准养护室内，养护到所需龄期，温度为20±2℃，湿度≥95％。
为了突出导电炭黑Super-P的优越性，采用固定重量份的水泥、中砂、碎石，通过调整导电炭黑Super-P的重量份数，进行实验，本实施例及对比例中，水泥选择387份、中砂选择683份，碎石选择1115份。
实施例1：
依次将387份水泥、683份中砂、0.97份导电炭黑Super-P放入搅拌机，均匀搅拌100～120s，转速42r/min；然后将1115份碎石加入，转速不变，均匀搅拌40～60s；最后加入205份水，转速不变，均匀搅拌100～120s，出料，即得到制备的导电炭黑Super-P混凝土拌合料；将导电炭黑Super-P混凝土拌合料浇筑到模具中，放在振动台上振动30s左右，待混凝土拌合料成型后拆模，然后进行养护。所得混凝土试件实物如图7所示，其他实施例与对比例均与此相似。
实施例2：
依次将387份水泥、683份中砂、1.94份导电炭黑Super-P放入搅拌机，均匀搅拌100～120s，转速42r/min；然后将1115份碎石加入，转速不变，均匀搅拌40～60s；最后加入205份水，转速不变，均匀搅拌100～120s，出料，即得到制备的导电炭黑Super-P混凝土拌合料；将导电炭黑Super-P混凝土拌合料浇筑到模具中，放在振动台上振动30s左右，待混凝土拌合料成型后拆模，然后进行养护。
实施例3：
依次将387份水泥、683份中砂、3.87份导电炭黑Super-P放入搅拌机，均匀搅拌100～120s，转速42r/min；然后将1115份碎石加入，转速不变，均匀搅拌40～60s；最后加入205份水，转速不变，均匀搅拌100～120s，出料，即得到制备的导电炭黑Super-P混凝土拌合料；将导电炭黑Super-P混凝土拌合料浇筑到模具中，放在振动台上振动30s左右，待混凝土拌合料成型后拆模，然后进行养护。
实施例4：
依次将387份水泥、683份中砂、7.74份导电炭黑Super-P放入搅拌机，均匀搅拌100～120s，转速42r/min；然后将1115份碎石加入，转速不变，均匀搅拌40～60s；最后加入205份水，转速不变，均匀搅拌100～120s，出料，即得到制备的导电炭黑Super-P混凝土拌合料；将导电炭黑Super-P混凝土拌合料浇筑到模具中，放在振动台上振动30s左右，待混凝土拌合料成型后拆模，然后进行养护。
对比例1：
本对比例与实施例的区别在于，不加入导电炭黑Super-P原料；其他原料及步骤与其它实施例相同。本对比例制得混凝土为普通混凝土。
混凝土性能测试：
(1)基本力学性能：
抗压、抗折强度的测试方法参照《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081的相关规定。
(2)抗渗性能：
1.将干燥的抗渗试件装备在混凝土抗渗仪上；
2.抗渗仪的水压力按每8小时升0.1Mpa的规律，从0.1MPa逐渐升至0.6MPa。48小时后将试件取出并凿开如图8所示，记录混凝土的渗水高度，作为混凝土抗渗性的评定标准。
通过测试本发明中所述方法制备的导电炭黑Super-P混凝土坍塌度、28天抗压强度、28天抗折强度和28天抗渗性能如表1所示，混凝土性能随导电炭黑Super-P掺量的变化曲线如图2～6所示。
(3)导电性能：
因导电炭黑Super-P是一种炭黑导电剂，具有优良的导电性。因此，在混凝土中添加导电炭黑Super-P会使混凝土的导电性能得到加强。采用二电极法使用万能表测量混凝土的电阻率以表征其导电性能。测试结果如表2所示。
表1导电炭黑Super-P混凝土坍塌度、28天力学性能和28天渗水高度
表2不同养护龄期下混凝土电阻率/(Ω·cm)
从表1、表2可以看出，本发明制备的导电炭黑Super-P混凝土的基本力学性能、抗渗性能均与现有的混凝土持平或是优于现有的混凝土，尤其是混凝土电阻率，炭黑掺量越大电阻率减低越明显。
图2～6中可以看出，本实施例的最优选择，即掺加1.94份的导电炭黑Super-P原料掺入混凝土中，对混凝土的水泥水化和内部结构起到调节改善作用，提高了水泥混凝土的力学性能和抗渗性能，其中抗压强度提升高了12％，抗折强度提高了7％，混凝土的抗渗性能提高了40％，塌落度损失较少。而且从表2中可以看出掺加1.94份的混凝土导电性能不佳，依旧属于不良导体不影响混凝土的使用。因此有利于混凝土于不同环境的应用以及长期使用。
在水泥选择387份、中砂选择683份、碎石选择1115份的情况下，导电炭黑Super-P选择1.94份，在实际生产过程中，通过适当调整水泥、中砂、碎石的分数，均可在控制范围内，提升混凝土的性能。
以上对本发明的实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (6)

1.一种导电炭黑Super-P混凝土，其特征在于，包括下述质量份数的原料：水泥385～395份、水200～210份、中砂675～695份、碎石1100～1140份、导电炭黑Super-P原料0.97～7.74份。
2.根据权利要求1所述的一种导电炭黑Super-P混凝土，其特征在于，各组分的重量份数：水泥387份、水205份、中砂683份、碎石1115份。
3.根据权利要求1所述的一种导电炭黑Super-P混凝土，其特征在于，所述水泥为强度为42.5的P.Ⅱ型基准水泥；所述中砂的细度模数为2.6～2.9，含泥量小于1％；所述碎石级配良好：5mm～20mm的碎石，采用二级配，其中5mm～10mm占40％，10mm～20mm占60％，满足连续级配要求，针片状物质含量小于10％，空隙率小于47％，含泥量小于0.5％。
4.根据权利要求1～3任一项所述的一种导电炭黑Super-P混凝土，其特征在于，所述导电炭黑Super-P原料纯度≥99.5％，导电炭黑Super-P的粒径为35～45nm，其比表面积为57～67m2/g。
5.一种导电炭黑Super-P混凝土的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)按预定配比称取水泥、中砂、导电炭黑Super-P后，依次将其放入搅拌机，保持稳定转速均匀搅拌100～120s；
(2)然后将预定量的碎石加入，转速不变，均匀搅拌40～60s；
(3)最后加入水，转速不变，均匀搅拌100～120s，出料，即得到制备的导电炭黑Super-P混凝土拌合料；
(4)将导电炭黑Super-P混凝土拌合料浇筑到模具中，放在振动台上振动，待混凝土拌合料成型后拆模，然后进行养护。
6.根据权利要求5中所述的一种导电炭黑Super-P混凝土的制备方法，其特征在于，所述养护方法包括下述步骤：
A.导电炭黑Super-P混凝土拌合料浇筑到模具中振实后，放置在室温20℃，湿度20％的恒温室内养护24小时，然后拆模；
B.拆模后，将试件放置在标准养护室内，养护到所需龄期，温度为20±2℃，湿度≥95％。
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