CN110803900A - 一种可控制电阻率的特殊混凝土 - Google Patents

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梁立中
何有林
曾涛
张龙
王岱
李成栋
张伟建
孙浩然
杨航
高帅
胡焕春
汪鑫花
肖海生
张航
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Abstract

本发明公开一种可控制电阻率的特殊混凝土，由普通硅酸盐水泥、砂、石、水制备的素混凝土中，添加可导电材料，通过改变导电材料的添加比例来控制混凝土电阻率，同时不降低混凝土的力学性能；所述导电材料为钢纤维、炭黑的一种或两种。本发明的优点：通过对掺入导电材料得到电阻率的变化规律，根据具体设计要求匹配导电材料的添加量，改变电力系统常规施工思路，方便施工且效果良好。

Description

一种可控制电阻率的特殊混凝土
技术领域
本发明涉及建筑技术领域，具体说是一种混凝土。
背景技术
电力系统中的接地具体是指将各类电气设备的金属部分经由接地线与接地电极进行可靠连接，在多数情况下指的是中性点与大地相连接。通过接地除了可以有效防止人体触电之外，还能确保电力系统的安全运行，给线路及电气设备的绝缘提供了有效保护。在电站工程建筑中，接地装置施工时需对地下接地体区域至筏板底标高(-2.2m)整体进行低电阻土壤换填以保证接地装置的电阻率。因此，迫切需要一种可控制电阻率的特殊混凝土，该特殊混凝土能改变目前电力工程接地装置深挖换填施工的格局，并达到对国内电力工程达到推广的意义。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种可控制电阻率的特殊混凝土，通过由普通硅酸盐水泥、砂、石、水与可导电材料钢纤维、炭黑按照一定比例组合而成，形成一种能够通过改变添加材料的比例控制混凝土电阻率变化的混凝土。
本发明型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种可控制电阻率的特殊混凝土，由普通硅酸盐水泥、砂、石、水制备的素混凝土中，添加可导电材料，通过改变导电材料的添加比例来控制混凝土电阻率，同时不降低混凝土的力学性能。
所述导电材料为钢纤维、炭黑的一种或两种。
所述导电材料的添加量为每立方混凝土中添加0-10kg钢纤维；0-6kg 碳黑，但必须保证至少含有至少一种导电纤维，且单独为钢纤维时，最低添加量为5kg；单独为碳黑时，最低添加量为2kg。
制备步骤为：
第一步,对于素混凝土，先将石、砂、石屑、水泥以及粉煤灰加入搅拌锅中稍加搅拌，再加入水并搅拌3分钟以上；
第二步，对于掺加碳黑的试件组，碳黑与水预先混合，炭黑可以均匀分布在混凝土中，并与水同时加入搅拌锅进行搅拌；对于掺有钢纤维的试件组，钢纤维是与水预先混合，在水中搅拌使钢纤维相互分开后，与水一同加入搅拌锅中，防止由于钢纤维在混凝土中的分布不均匀导致不同区域电阻率相差较大；
第三步，混凝土试块两侧放置2片铜网作为电极；混凝土试件在实验室标准养护条件下养护28天，电阻测量时保证混凝土表面干燥；
第四步，采用安捷伦U1733C LCR测试仪测量混凝土试件的电阻并计算电阻率；按不同的钢纤维、炭黑、钢纤维与炭黑混合物的添加量，同一种类添加物的试件数量为3块，测量结果取平均数，并测定每组混凝土试块的抗压强度；
第五步，根据测得的电阻率的变化，绘制钢纤维、炭黑、钢纤维与炭黑混合物的添加量与电阻率的变化曲线，根据该曲线来设定导电材料的添加量。
钢纤维是指以切断细钢丝法、冷轧带钢剪切、钢锭铣削或钢水快速冷凝法制成长径比为40～80的纤维。
为避免混合后的钢纤维局部堆积，造成电阻率的不均匀，钢纤维预先经过电磁铁的磁化处理；搅拌时，钢纤维预先与水混合，搅拌仓的外侧设置磁力线圈，在磁力作用下，钢纤维按某一个角度平行排列；然后添加普通硅酸盐水泥、砂、石、水及减水剂、粉煤灰，搅拌轴在同一个平面内搅拌，保证最终的钢纤维保持平行。
本发明的优点：通过对掺入导电材料得到电阻率的变化规律，根据具体设计要求匹配导电材料的添加量，改变电力系统常规施工思路，方便施工且效果良好。
附图说明
图1为搅拌仓的外侧设置磁力线圈的示意图。
具体实施方式
本发明型的实施方式为：
第一步,对于素混凝土，先将石、砂、石屑、水泥以及粉煤灰加入搅拌锅中稍加搅拌，再加入水并搅拌三分钟以上；上述材料的比例可以按惯常的比例，并没有特殊要求。
第二步，对于掺加碳黑的试件组，碳黑是与水预先混合，炭黑可以均匀分布在混凝土中，并与水同时加入搅拌锅进行搅拌；对于掺有钢纤维的试件组，钢纤维是与水预先混合，在水中搅拌使钢纤维相互分开后，与水一同加入搅拌锅中，防止由于钢纤维在混凝土中的分布不均匀导致不同区域电阻率相差较大。
第三步，混凝土试块模两侧放置2片铜网作为电极，混凝土浇筑到试块模后表面抹平。混凝土试件在养护28天以上，电阻测量时保证混凝土表面干燥。
第四步，采用安捷伦U1733C LCR测试仪测量混凝土试件的电阻并计算电阻率。同一组试件数量为3块，测量结果取平均数，并测定每组混凝土试块的抗压强度。
试验结论(以1立方米素混凝土为标准进行计算)：
Figure RE-GDA0002340828010000031
Figure RE-GDA0002340828010000041
结论：一种可控制电阻率的特殊混凝土通过控制导电材料添加量的变化及组合，进行混凝土电阻率的控制，导电材料为钢纤维时，且掺量仅为 0～5kg/m3时，并混凝土电阻率控制160Ω·m～100Ω·m，随着钢纤维掺量的提高，混凝土电阻率下降效果显著，同时对抗压强度无负面影响。导电材料为炭黑时，且掺量为0～2kg/m时，混凝土电阻率在160～100Ω·m变化，同时对混凝土强度无影响。同时两种导电材料组合后，混凝土电阻率随导电材料的增加而减小。
根据上面的结论，可绘制导电材料与电阻率的关系曲线，根据设计要求的电阻率，添加适当比例的导电材料。
本发明通过普通硅酸盐水泥、砂、石、水及减水剂、粉煤灰等材料搅拌形成的素混凝土，河砂粒径范围为0-5mm；石屑的粒径范围为0-5mm，。粗骨料(石子)最大粒径为25mm，粒径范围为5-25mm；粉煤灰等级为二级；减水剂为HDK-PC羧酸减水剂；混凝土拌合水为城市自来水。钢纤维是指以切断细钢丝法、冷轧带钢剪切、钢锭铣削或钢水快速冷凝法制成长径比(纤维长度与其直径的比值，当纤维截面为非圆形时，采用换算等效截面圆面积的直径)为40～80的纤维。通过对混凝土中导电材料(钢纤维、炭黑) 掺量的控制，达到增加导电材料(钢纤维、炭黑)，混凝土电阻率成比例降低的效果。
钢纤维具有提高混凝土的抗拉、抗弯、抗剪等力学性能的优点，同时钢纤维在混凝土中均匀分布后，通过相互接触达到导电降阻的效果；碳黑添加混凝土后的导电性是因为在聚合物体系中，起导电作用的因素除了所加导电粉体本身的导电性外，还与导电粒子在聚合物中的分布状态有关。由于碳黑比重更小，其在聚合物中占据了更大的体积分数，有利于形成导电网络，从而获得了比较好的导电降阻效果。
如图1所示，为保证更好的技术效果，避免混合后的钢纤维局部堆积，造成电阻率的不均匀，钢纤维5预先经过电磁铁的磁化处理；搅拌时，钢纤维预先与水混合，搅拌仓1的外侧设置磁力线圈3，在磁力作用下，钢纤维按某一个角度平行排列；然后添加普通硅酸盐水泥、砂、石、水及减水剂、粉煤灰等材料6，搅拌轴2在同一个平面内搅拌，保证最终的钢纤维5 保持平行(如图1的钢纤维绝大多数保持水平状态)。

Claims (6)

1.一种可控制电阻率的特殊混凝土，其特征在于：由普通硅酸盐水泥、砂、石、水制备的素混凝土中，添加可导电材料，通过改变导电材料的添加比例来控制混凝土电阻率，同时不降低混凝土的力学性能。
2.根据权利要求1所述的可控制电阻率的特殊混凝土，其特征在于：所述导电材料为钢纤维、炭黑的一种或两种。
3.根据权利要求2所述的可控制电阻率的特殊混凝土，其特征在于：所述导电材料的添加量为每立方混凝土中添加0-10kg钢纤维；0-6kg碳黑，但必须保证至少含有至少一种导电纤维，且单独为钢纤维时，最低添加量为5kg；单独为碳黑时，最低添加量为2kg。
4.根据权利要求2所述的可控制电阻率的特殊混凝土，其特征在于制备步骤为：
第一步,对于素混凝土，先将石、砂、石屑、水泥以及粉煤灰加入搅拌锅中稍加搅拌，再加入水并搅拌3分钟；
第二步，对于掺加碳黑的试件组，碳黑与水预先混合，碳黑可以均匀分布在混凝土中，并与水同时加入搅拌锅进行搅拌；对于掺有钢纤维的试件组，钢纤维是与水预先混合，在水中搅拌使钢纤维相互分开后，与水一同加入搅拌锅中，防止由于钢纤维在混凝土中的分布不均匀导致不同区域电阻率相差较大；
第三步，混凝土试块两侧放置2片铜网作为电极；混凝土试件养护28天，电阻测量时保证混凝土表面干燥；
第四步，采用安捷伦U1733C LCR测试仪测量混凝土试件的电阻并计算电阻率；按不同的钢纤维、炭黑、钢纤维与炭黑混合物的添加量，同一种类添加物的试件数量为3块，测量结果取平均数，并测定每组混凝土试块的抗压强度；
第五步，根据测得的电阻率的变化，绘制钢纤维、碳黑、钢纤维与碳黑混合物的添加量与电阻率的变化曲线，根据该曲线来设定导电材料的添加量。
5.根据权利要求2所述的可控制电阻率的特殊混凝土，其特征在于：钢纤维是指以切断细钢丝法、冷轧带钢剪切、钢锭铣削或钢水快速冷凝法制成长径比为40～80的纤维。
6.根据权利要求4所述的可控制电阻率的特殊混凝土，其特征在于：为避免混合后的钢纤维局部堆积，造成电阻率的不均匀，钢纤维预先经过电磁铁的磁化处理；搅拌时，钢纤维预先与水混合，搅拌仓的外侧设置磁力线圈，在磁力作用下，钢纤维按某一个角度平行排列；然后添加普通硅酸盐水泥、砂、石、水及减水剂、粉煤灰，搅拌轴在同一个平面内搅拌，保证最终的钢纤维保持平行。
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