CN113480280A - 导电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混凝土及其制备方法，该制备方法包括：将分散剂加入水中，得到分散剂水溶液；其中，分散剂包括硅烷偶联剂、聚乙烯醇或单宁酸中的任意一种；将炭黑加入所述分散剂水溶液中分散均匀，得到混合溶液；将水泥、炭黑、骨料、减水剂、水和所述混合溶液混合，得到混凝土混合料；将所述混凝土混合料搅拌均匀，得到导电混凝土。本发明提供的导电混凝土具有低阻尼、高导电性等功能特性，该导电混凝土可作为特种功能混凝土用于道路除冰、建筑采暖及损伤诊断等工程领域且制备材料价格低廉。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，尤其涉及一种导电混凝土及其制备方法。
背景技术
导电混凝土是一种新型的特种功能材料，它是由导电性材料部分或全部取代普通混凝土中的骨料，然后和胶凝材料、水、掺合料以一定的比例混合制作而得到的多相复合材料，具有符合规定的电性能和一定的力学性能。导电混凝土具备热和电的感知和转换能力，由分散在基体中的导电组分材料形成网络，通过隧道效应连接网络间的绝缘体而传导，使得其不仅能应用于传统的建筑材料领域，同时可作为特种功能混凝土用于道路除冰、建筑采暖以及损伤诊断等工程领域。
现有传统水泥混凝土的阻抗较高、电导率较低，导电混凝土应运而生，但是，目前导电混凝土的制备工艺还不够成熟，电阻率测试结果离散型较大，同时高掺量的导电相对导电混凝土的强度影响较大，影响混凝土材料的服役性能。如何提高导电混凝土导电性能和力学性能，以及造价普遍较高是目前限制其发展的主要问题。
发明内容
本发明针对现有传统水泥混凝土高阻抗、低电导率特点，以及现有导电混凝土导电性能较低和制备成本较高的问题，提供一种导电混凝土及其制备方法。
作为本发明的一个方面，提供了一种导电混凝土的制备方法，包括：
将分散剂加入水中，得到分散剂水溶液；其中，上述分散剂包括硅烷偶联剂、聚乙烯醇或单宁酸中的任意一种；
将炭黑加入上述分散剂水溶液中分散均匀，得到混合溶液；
将水泥、炭黑、骨料、减水剂、水和上述混合溶液混合，得到混凝土混合料；
将上述混凝土混合料搅拌均匀，得到导电混凝土。
根据本发明的实施例，每立方米上述导电混凝土中，
上述水泥的质量为200kg至800kg；
上述骨料的质量为800kg至2000kg。
根据本发明的实施例，
上述分散剂水溶液与上述水泥的质量比为[0.01～0.1]∶1，例如可以为：0.01∶1、0.02∶1、0.03∶1、0.04∶1、0.05∶1、0.06∶1、0.07∶1、0.08∶1、0.09∶1、或0.1∶1；
上述炭黑与上述水泥的质量比为[0.05～0.35]∶1，例如可以为∶0.05∶1、0.1∶1、0.15∶1、0.2∶1、0.25∶1、0.3∶1或0.35∶1；
上述水与上述水泥的质量比为[0.1～0.4]∶1；
上述减水剂与上述水泥的质量比为[0.001～0.008]∶1。
根据本发明的实施例，
上述分散剂水溶液中，上述分散剂的质量浓度为5％至20％，例如可以为：5％、10％、15％或20％。
根据本发明的实施例，
上述炭黑的粒径为0.01μm至1μm，例如可以为：0.01μm、0.05μm、0.1μm、0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm或1μm；
上述炭黑的电阻率为0.5Ω·m至2.5Ω·m。
根据本发明的实施例，上述骨料包括砂与石子；
其中，上述砂占上述骨料的质量百分比为20％至60％；上述石子占上述骨料的质量百分比为40％至80％。
根据本发明的实施例，
上述水泥选自矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥中的任一种或多种；
上述减水剂包括聚羧酸系减水剂；
上述聚羧酸系减水剂包括聚酯型聚羧酸减水剂、聚醚型聚羧酸减水剂和酰胺/亚酰胺型聚羧酸减水剂中的任一种。
根据本发明的实施例，上述制备方法还包括：
将上述导电混凝土注模成型；以及
对上述导电混凝土进行自然养护；其中，上述自然养护包括脱模养护或带模养护中的任一种。
根据本发明的实施例，上述混凝土混合料的搅拌时间为5分钟至15分钟。
作为本发明的另一个方面，还提供了一种导电混凝土，该导电混凝土通过上述的制备方法制备得到。
基于上述技术方案可知，本发明中的导电混凝土及其制备方法相对于现有技术至少具有如下有益效果之一：
1、本发明导电混凝土较传统混凝土材料具有低阻抗、高导电性等功能特性，利用分散剂水溶液可以有效地分散炭黑，分散的导电炭黑可以显著提高混凝土的导电性能，将导电混凝土的电阻率由104～107Ω·m降低到1～12Ω·m：
2、本发明通过调整单宁酸掺量与炭黑掺量，克服了炭黑混凝土会由于吸水性较强导致在相同液固比条件下混凝土无法成型的技术问题，且不会产生缓凝现象，拓展了分散剂的选用种类；
3、本发明提供的导电混凝土的制备方法简单，制备材料价格低廉，且掺量较低，降低了导电混凝土的生产成本；
4、本发明提供的导电混凝土可作为特种功能混凝土用于道路除冰、建筑采暖以及损伤诊断等工程领域，用于提升结构安全性、耐久性、适用性。
附图说明
图1为本实施例中，导电混凝土制备方法流程图；
图2为本实施例中不同质量浓度分散剂水溶液条件下导电混凝土的电阻率示意图；
图3为本实施例中不同炭黑掺量条件下导电混凝土的电阻率示意图；
图4为本实施例中，不同骨料用量条件下导电混凝土的电阻率示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
本发明公开了导电混凝土的制备方法，包括：
将分散剂加入水中，得到分散剂水溶液；其中，所述分散剂包括硅烷偶联剂、聚乙烯醇或单宁酸中的任意一种；
将炭黑加入所述分散剂水溶液中分散均匀，得到混合溶液；
将水泥、炭黑、骨料、减水剂、水和所述混合溶液混合，得到混凝土混合料；
将所述混凝土混合料搅拌均匀，得到导电混凝土。
本发明的一些实施例中，每立方米所述导电混凝土中，
所述水泥的质量为200kg至800kg；
所述骨料的质量为800kg至2000kg。
本发明的一些实施例中，所述分散剂水溶液与所述水泥的质量比为[0.01～0.1]∶1，例如可以为：0.01∶1、0.02∶1、0.03∶1、0.04∶1、0.05∶1、0.06∶1、0.07∶1、0.08∶1、0.09∶1、或0.1∶1；
所述炭黑与所述水泥的质量比为[0.05～0.35]∶1，例如可以为：0.05∶1、0.1∶1、0.15∶1、0.2∶1、0.25∶1、0.3∶1或0.35∶1；
所述水与所述水泥的质量比为[0.1～0.4]∶1；
所述减水剂与所述水泥的质量比为[0.001～0.008]∶1。
本发明的一些实施例中，所述分散剂水溶液中，所述分散剂的质量浓度为5％至20％，例如可以为：5％、10％、15％或20％。
本发明的一些实施例中，所述炭黑的粒径为，例如可以为：0.01μm、0.05μm、0.1μm、0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm或1μm；
所述炭黑的电阻率为0.5Ω·m至2.5Ω·m。
本发明的一些实施例中，所述骨料包括砂与石子；
其中，所述砂占所述骨料的质量百分比为20％至60％；所述石子占所述骨料的质量百分比为40％至80％。
本发明的一些实施例中，所述水泥选自矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥中的任一种或多种；
所述减水剂包括聚羧酸系减水剂；
所述聚羧酸系减水剂包括聚酯型聚羧酸减水剂、聚醚型聚羧酸减水剂和酰胺/亚酰胺型聚羧酸减水剂中的任一种。
本发明的一些实施例中，还包括：
将所述导电混凝土注模成型；以及
对所述导电混凝土进行自然养护；其中，所述自然养护包括脱模养护或带模养护中的任一种。
本发明的一些实施例中，所述混凝土混合料的搅拌时间为5分钟至15分钟。
本发明还公开了通过上述的制备方法制备得到一种导电混凝土，该导电混凝土通过上述的制备方法制备得到。
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，所描述的实施例仅为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作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。
实施例1
本实施例的导电混凝土的制备方法为：
(1)将单宁酸加入水中，配制成质量浓度为5％的单宁酸水溶液；
(2)称量单宁酸水溶液、矿渣硅酸盐水泥、炭黑、骨料、水和聚酯型聚羧酸减水剂，所述矿渣硅酸盐水泥的用量为每立方混凝土200kg，所述单宁酸水溶液的用量为所述水泥用量的1％，所述炭黑的粒径为0.1μm，所述炭黑的电阻率为0.5Ω·m，所述炭黑的用量为所述水泥用量的5％，所述骨料的组成为20wt％的砂和80wt％的石子，所述骨料的用量为每立方米混凝土2000kg，所述水的用量为所述水泥用量的10％，所述聚酯型聚羧酸减水剂的用量为所述水泥用量的4‰；
(3)将所述炭黑在单宁酸水溶液中分散均匀，得到混合溶液；
(4)将分散均匀后的混合溶液、矿渣硅酸盐水泥、骨料、水和聚酯型聚羧酸减水剂加入到混凝土搅拌机中混料5min，并制成表观密度为每立方混凝土2200kg；
(5)将混凝土注模成型，并进行带模自然养护。
实施例2
本实施例2与实施例1的区别仅在于：单宁酸水溶液的质量浓度为10％。
实施例3
本实施例3与实施例1的区别仅在于：单宁酸水溶液的质量浓度为15％。
实施例4
本实施例4与实施例1的区别仅在于：单宁酸水溶液的质量浓度为20％。
测定实施例1～4所制备的导电混凝土的电阻率，结果如图2所示。由图2可知，导电混凝土的电阻率随单宁酸水溶液的质量浓度的增加出现先降后升，在单宁酸水溶液的质量浓度为15％时电阻率最低。
同时，实施例1～4所制备的导电混凝土的初凝时间为90～110min，终凝时间为350～370min，较之普通混凝土的初凝时间为100min，终凝时间为360min。由此可知实施例1～4所制备的导电混凝土符合现有技术中的相关标准，不会产生缓凝现象，且实验表明实施例1～4所制备的导电混凝土结构强度符合现有技术中的相关标准。
实施例5
本实施例的导电混凝土的制备方法为：
(1)将聚乙烯醇加入水中，配制成质量浓度为15％的聚乙烯醇水溶液；
(2)称量聚乙烯醇水溶液、粉煤灰硅酸盐水泥、炭黑、骨料、水和聚醚型聚羧酸减水剂，所述粉煤灰硅酸盐水泥的用量为每立方混凝土500kg，所述聚乙烯醇水溶液的用量为所述水泥用量的5％，所述炭黑的粒径为0.5μm，所述炭黑的电阻率为1.5Ω·m，所述炭黑的用量为所述水泥用量的5％，所述骨料的组成为40wt％的砂和60wt％的石子，所述骨料的用量为每立方米混凝土1700kg，所述水的用量为所述水泥用量的25％，所述聚醚型聚羧酸减水剂的用量为所述水泥用量的2‰；
(3)将所述炭黑在聚乙烯醇水溶液中分散均匀，得到混合溶液；
(4)将分散均匀后的混合溶液、粉煤灰硅酸盐水泥、骨料、水和聚醚型聚羧酸减水剂加入到混凝土搅拌机中混料10min，并制成表观密度为每立方混凝土2350kg；
(5)将混凝土注模成型，并在固化后脱模自然养护。
实施例6
本实施例6与实施例5的区别仅在于：炭黑的用量为所述水泥用量的15％。
实施例7
本实施例7与实施例5的区别仅在于：炭黑的用量为所述水泥用量的25％。
实施例8
本实施例8与实施例5的区别仅在于：炭黑的用量为所述水泥用量的35％。
测定实施例5～8所制备的导电混凝土的电阻率，结果如图3所示。由图3可知，导电混凝土的电阻率随炭黑掺量的增加而降低，当炭黑掺量达到15％以上，电阻率的随炭黑掺量的变化幅度较小。
需要说明的是，实施例5～8所制备的导电混凝土的初凝时间、终凝时间与混凝土结构强度符合现有技术中的相关标准。
实施例9
一种导电混凝土的制备方法，包括如下步骤：
(1)将硅烷偶联剂加入水中，配制成质量浓度为20％的硅烷偶联剂水溶液；
(2)称量硅烷偶联剂水溶液、普通硅酸盐水泥、炭黑、骨料、水和酰胺/亚酰胺型聚羧酸减水剂，所述普通硅酸盐水泥的用量为每立方混凝土800kg，所述硅烷偶联剂水溶液的用量为所述水泥用量的10％，所述炭黑的粒径为1μm，所述炭黑的电阻率为2.5Ω·m，所述炭黑的用量为所述水泥用量的15％，所述骨料的组成为60wt％的砂和40wt％的石子，所述骨料的用量为每立方混凝土850kg，所述水的用量为所述水泥用量的40％，所述酰胺/亚酰胺型聚羧酸减水剂的用量为所述水泥用量的1‰；
(3)将所述炭黑在硅烷偶联剂水溶液中分散均匀，得到混合溶液；
(4)再将分散均匀后的混合溶液、普通硅酸盐水泥、骨料、水和酰胺/亚酰胺型聚羧酸减水剂加入到混凝土搅拌机中混料15min，并制成混凝土；
(5)将混凝土注模成型，并在固化后脱模自然养护。
实施例10
本实施10与实施例9的区别仅在于：骨料用量为每立方混凝土950kg。
实施例11
本实施11与实施例9的区别仅在于：骨料用量为每立方混凝土1050kg。
实施例12
本实施12与实施例9的区别仅在于：骨料用量为每立方混凝土1150kg。
测定实施例9～12所制备的导电混凝土的电阻率，结果如图4所示。由图4可知，导电混凝土的电阻率随骨料用量的增加而升高。
需要说明的是，实施例9～12所制备的导电混凝土的初凝时间、终凝时间与混凝土结构强度符合现有技术中的相关标准。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种导电混凝土的制备方法，其特征在于，包括：
将分散剂加入水中，得到分散剂水溶液；其中，所述分散剂包括硅烷偶联剂、聚乙烯醇或单宁酸中的任意一种；
将炭黑加入所述分散剂水溶液中分散均匀，得到混合溶液；
将水泥、炭黑、骨料、减水剂、水和所述混合溶液混合，得到混凝土混合料；
将所述混凝土混合料搅拌均匀，得到导电混凝土。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，每立方米所述导电混凝土中，
所述水泥的质量为200kg至800kg；
所述骨料的质量为800kg至2000kg。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，
所述分散剂水溶液与所述水泥的质量比为[0.01～0.1]∶1；
所述炭黑与所述水泥的质量比为[0.05～0.35]∶1；
所述水与所述水泥的质量比为[0.1～0.4]∶1；
所述减水剂与所述水泥的质量比为[0.001～0.008]∶1。
4.根据权利要求1、2或3所述的制备方法，其特征在于，
所述分散剂水溶液中，所述分散剂的质量浓度为5％至20％。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
所述炭黑的粒径为0.01μm至1μm；
所述炭黑的电阻率为0.5Ω·m至2.5Ω·m。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
所述骨料包括砂与石子；
其中，所述砂占所述骨料的质量百分比为20％至60％；所述石子占所述骨料的质量百分比为40％至80％。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
所述水泥选自矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥中的任一种或多种；
所述减水剂包括聚羧酸系减水剂；
所述聚羧酸系减水剂包括聚酯型聚羧酸减水剂、聚醚型聚羧酸减水剂和酰胺/亚酰胺型聚羧酸减水剂中的任一种。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括：
将所述导电混凝土注模成型；以及
对所述导电混凝土进行自然养护；其中，所述自然养护包括脱模养护或带模养护中的任一种。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
所述混凝土混合料的搅拌时间为5分钟至15分钟。
10.一种导电混凝土，其特征在于，由权利要求1至9中任一项权利要求所述的制备方法制备得到。
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- 2021-08-04 CN CN202110893852.8A patent/CN113480280A/zh active Pending
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