CN113683372A - 一种磁铁矿-智能石墨复相导电混凝土 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种磁铁矿‑智能石墨复相导电混凝土，该导电混凝土中包括水泥、磁铁矿砂和石墨，所述磁铁矿砂的粒径不大于75μm，所述石墨的粒径为纳米或亚微米级别。该混凝土中选择磁铁矿砂与石墨作为导电材料，设计不同的比例磁铁矿砂取代河砂作为细骨料，并采用石墨作为外添加剂来提高混凝土的导电、力学性能。同时在制备时采用超声震荡包裹技术将磁铁矿砂与石墨进行有机结合，再联用碱激发技术来显著提高混凝土的力学以及导电性能。

Description

一种磁铁矿-智能石墨复相导电混凝土
技术领域
本发明涉及导电混凝土技术领域，具体来说，是涉及一种磁铁矿-智能石墨复相导电混凝土。
背景技术
混凝土作为基本工程材料，其发展方向主要为提高其抗折抗压强度和掺入其他材料使其“智能化”，混凝土中掺入一定量导电相材料，可制成导电混凝土。导电混凝土是具有导电、电热、电磁屏蔽等诸多特性或功能的复合材料。由于其具有对热和电的感知及转换能力。是一种新型智能复相自密实混凝土。
石墨具有材料来源广泛，价格低廉，热容量大，导电性强，惰性材料等优点，是一种良好的导电材料。其加入混凝土中，可以改善电阻，增强混凝土的导电性。但是石墨的掺量过少无法形成良好的导电网络，石墨掺量过大会导致构件强度降低。并且石墨的密度较小，通常是聚集或漂浮在混凝土泌水表面,使其即便通过搅拌也无法在混凝土中均匀分布。
如专利号为ZL201910108836.6的中国专利公开一种高导电石墨混凝土，该混凝土以粒度为100目的鳞片石墨为导电材料，水泥和石墨粉的加入量几乎相等，通过大量加入石墨来使其降低电阻值，配合保水组分保证其力学性能和坍落度，虽然能提高混凝土的导电性，但是其电阻率为9Ωm左右，28天抗压强度在30.5MPa左右，过多地掺入石墨会导致混凝土强度降低等问题，且该专利中的石墨在混凝土制备过程中并不能均匀分布于构件中，综合性能有待提高。
发明内容
本发明的目的是，提供一种导电性能和力学性能均显著提高并且综合性能优异的复相导电混凝土。该混凝土中选择磁铁矿砂与石墨作为导电材料，设计不同的比例磁铁矿砂取代河砂作为细骨料，并采用石墨作为外添加剂来提高混凝土的导电、力学性能。同时在制备时采用超声震荡包裹技术将磁铁矿砂与石墨进行有机结合，再联用碱激发技术来显著提高混凝土的力学以及导电性能。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
提供一种磁铁矿-智能石墨复相导电混凝土，其特征在于，该导电混凝土中包括水泥、磁铁矿砂和石墨，所述磁铁矿砂的粒径不大于75μm，所述石墨的粒径为纳米或亚微米级别，约1μm左右。
磁铁矿砂和石墨在机械搅拌作用下混合，由于两种物质尺寸非常小，能在机械搅拌作用下尽可能的分散，进而提高导电性和力学性能。
所述石墨为经过表面活化和分散处理的纳米级别石墨粉；所述磁铁矿砂的加入质量为水泥质量的52～77％，所述石墨的加入质量为水泥质量的6～9％。
上述导电混凝土中，磁铁矿砂和石墨混合过程中使用超声震荡操作，利用超声震荡将石墨覆于磁铁矿砂的孔隙中，从而使磁铁矿砂的内部孔隙被石墨填充，使材料内部形成稳定的导电网络，增强导电性。超声震荡频率高适合微观物质的结合，类似于在液体中两种物质互相撞击，因此更有益于两种物质结合，如果石墨加入较多，会存在部分石墨包裹在磁铁矿砂表面形成一个整体，在后期混凝土构件制备时，能够减少石墨漂浮的状态，相对于采用搅拌机扇叶对物质进行混合的机械搅拌，扇叶产生的离心力还可能会使得两种物质被分散，因此超声震荡的作用效果更优。
更具体地，一种磁铁矿-智能石墨复相导电混凝土，按重量份数计，混凝土的组成和含量分别为：
普通硅酸盐水泥：1份
一级粉煤灰：0.1份
河砂：0.52-0.77份
石子：2.14份
高效减水剂：0.03份
磁铁矿砂：0.52-0.77份
氢氧化钠：0.00176份
石墨：0.06-0.09份
水：0.44份
硅烷偶联剂KH-560：0.00018份。
该导电混凝土的制备方法包括以下步骤：
(1)按照重量数计，将上述原料分成六组，第一组为磁铁矿砂：0.52-0.77份，第二组为石墨：0.06-0.09份。第三组为普通硅酸盐水泥：1份，一级粉煤灰：0.1份，河砂：0.52-0.77份。第四组为水：0.44份，氢氧化钠：0.00176份和高效减水剂：0.03份，氢氧化钠的摩尔浓度0.1mol/L；第五组石子：2.14份。第六组为硅烷偶联剂KH-560：0.00018份。
(2)将第四组样品倒入容器中，用玻璃棒搅拌均匀配成溶液。
(3)将第二组加入到丙酮溶液中静置1小时，并在105℃的环境下烘干，进行表面活性处理。对石墨材料进行表面改性，提高石墨分散性，这样可以进一步增强导电性。
(4)将第一组样品与按步骤(3)处理后的石墨加入300毫升乙醇溶液中，制成悬浊液，并将悬浊装置放入超声震荡仪中，用40Khz的振动频率，120W功率进行震动处理，在震动至第10分钟，添加第六组样品，促进石墨与磁铁矿砂的结合，继续超声震荡至第20分钟时停止，通过超声震荡使被分散的石墨填入磁铁矿砂的孔隙中，并在80℃的环境下烘至粉末状态。
(5)将按照步骤(4)获得的石墨和磁铁矿砂混合物加入第三组样品中，并搅拌至混合均匀。
(6)将第五组样品加入经过步骤(5)拌合而成的细骨料混合物中，然后缓慢加入由步骤(2)制成的溶液并开启混凝土搅拌机进行搅拌(先加入一半进行搅拌均匀，再加入另一半继续搅拌)。搅拌5分钟后倒入模具，充分振捣后制成导电混凝土。
进一步地，所述混凝土的力学性能采用立方体轴心抗压强度试验和抗折试验测定，导电性能需将新拌混凝土制成40mm*40mm*160mm的试块并等距插入4个电极，采用四分法进行测定。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明混凝土中引入小尺寸的高纯度磁铁矿砂和石墨，由于磁铁矿砂内部结构孔隙较大，影响结构的导电性，能使纳米级或亚微米级的石墨部分填入磁铁矿的孔隙中，从而使混凝土既能保持结构材料的力学性能，又具有导电材料的特性。
2.本发明混凝土使得石墨能够填入磁铁矿砂的微观孔隙中，且磁铁矿砂中含大量Fe3O4，导电性远强于矿渣，并且Fe3O4不与混凝土中的氢氧化钠发生反应，在超声震荡包裹技术作用下能最大程度地将石墨填入磁铁矿砂的孔隙中，从而进一步增强导电性，制备出的导电混凝土的导电性优异。石墨较容易获取且成本较低，但由于石墨具有良好的润滑性导致混凝土的强度急剧降低，通过超声震荡包裹技术将石墨微粒与磁铁矿砂结合后产生的混合细骨料用在混凝土中，强度要高于单使用磁铁矿砂或石墨的情况。此外，使用氢氧化钠作为激发剂对混凝土中磁铁矿砂进行碱激发可进一步提高混凝土强度，又由于碱激发与超声震荡没有冲突，联用以后混凝土强度得到进一步提升。
3.本发明中磁铁矿和石墨混合时优选超声震荡方式进行混合，采用偶联剂主要能使磁铁矿砂与石墨在超声震荡过程中更紧密地结合，进一步提高导电性。本申请制备方法中使用了超声震荡使石墨分散，更主要是能通过超声震荡使被分散的石墨填入磁铁矿的孔隙中，且石墨均匀填入，分散更加均匀。
4.本发明混凝土配方中，加入了仅占水泥质量0.176％的氢氧化钠，且氢氧化钠在含水组分(第四组分)中的摩尔浓度控制在0.1mol/L，能最大程度地发挥激发剂的作用，尽可能制备出更高强度的导电混凝土，本申请中不需要像矿渣混凝土那样加入大量的激发剂参与反应，如果用量过大反而会使混凝土碱含量过大，会导致混凝土强度降低。使用氢氧化钠作为激发剂较为便宜，更适合广泛应用于施工。
5.防锈蚀，适用于海洋工程。混凝土中因为有氢氧化钠的存在而呈碱性，碱激发技术在混凝土制备中，钢筋与碱反应形成钝化膜，即在钢筋的表面形成钝化膜，钝化膜可以防止钢筋生锈，具有抗氯离子的作用，进而能够防锈蚀，用于海洋工程中。
6.本发明在采用超声震荡包裹技术，将石墨与磁铁矿砂一起进行超声震荡，就能使得部分石墨填入磁铁矿砂的表面孔隙中，形成石墨磁铁矿砂混合的细骨料，使用物理方法使石墨能够覆于磁铁矿砂的表面孔隙，不但能提高导电相材料的整体密度，使其通过搅拌使材料在混凝土构件中均匀分布，而且使石墨填入磁铁矿的表面孔隙，增强材料的导电性，最后在混凝土制备过程中采用合适的碱激发技术，提高材料的强度，弥补掺入石墨导致混凝土整体强度降低的缺陷，原料种类、超声震荡技术、碱激发技术的协同作用的联合改性，能够获得7d电阻率不大于3000/Ω.cm,7d抗压强度大于29MPa，7d抗折强度大于4.2MPa，28d抗压强度大于39MPa，28d抗折强度大于5.5MPa的综合性能优异的导电混凝土，在提高导电性的同时保证了较高的强度。
附图说明
图1为本发明超声震荡装置图像；
图2为本发明导电性能四分法测试示意图；
图3为本发明混凝土抗压试块样品图；
图4为本发明混凝土抗折试块样品图；
图5为本发明实施例4抗压试块破坏图；
图6为本发明抗折试验示意图；
图7为本发明实施例1中未经过联合改性处理的石墨磁铁矿砂混合物SEM图像；
图8为本发明实施例4中经过联合改性处理后的磁铁矿石墨混合物的SEM图像。
具体实施方式
下面结合实施例及附图进一步解释本发明，但并不以此作为对本申请保护范围的限定。
磁铁矿细骨料化学成分主要为Fe3O4、FeO、Fe2O3、Al2O3、SiO2等，具有强磁性和良好的导电性，采用磁铁矿砂作为细骨料不仅有利于提高导电混凝土的电阻率稳定性，也有助于改善混凝土的力学性能，但由于磁铁矿砂表面孔隙较大，影响其导电性能及抗压强度。
下述例子中磁铁矿砂需要经过研磨处理，使其能达到75μm以下进行使用，优选平均粒径为50-75μm。所述水泥采用42.5普通硅酸盐水泥，河砂采用标准河砂，石子采用5-10mm粒径的石灰石，氢氧化钠为99％纯度固体氢氧化钠，硅烷偶联剂KH-560，高效减水剂采用聚羧酸减水剂。
进一步地，所述混凝土的力学性能采用立方体轴心抗压强度试验和抗折试验测定，导电性能需将新拌混凝土制成40mm*40mm*160mm的试块并等距插入4个电极，采用四分法进行测定。
具体力学/工作强度及导电性实验
抗压试验：
参照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T 50081-200)：
Figure BDA0003300711690000041
式中：
Fcc—砼试块抗压强度(MPa)；
F—试件破坏荷载(N)；
A—试件承压压面积(mm2)。
实验步骤如下：
1.试件放置在试验机前，将试件表面与上、下承压板面擦拭干净。
2.以试件成型时的侧面为承压面，将试件安放在试验机的下压板或垫板上，试件的中心与试验机下压板中心对准。
3.启动试验机，试件表面与上、下承压板或钢垫板应均匀接触。
4.试验过程连续均匀加载，加荷速度取0.5Mpa/s。
抗折实验：
参照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T 50081-200)：
Figure BDA0003300711690000042
式中：
ft—砼试块抗折强度(Mpa)，计算结果应精确至0.1Mpa；
F—试件破坏荷载(N)；
l—支座间跨度(mm)；
b—试件截面宽度(mm)；
h—试件截面高度(mm)。
跨度取100mm，试件截面宽度和试件截面高度取40mm。
导电性能测试：
参照《导电体材料电阻率的标准测试方法》(ASTM B193-2002)
混凝土电阻率计算公式如下：
Figure BDA0003300711690000051
其中：p—电阻率，Ω·cm
U—电压，V
I—电流，A
A—试件横截面积，cm2
L—电极间的距离，cm
力学性能采用立方体轴心抗压强度与抗折强度试验测定其7天、14天、28天强度试件养护28天以后，开始进入加载程序，测定混凝土的抗压强度和抗折强度。导电性试验采用四分法分别测试试件7d、14d、21d和28d的电阻率来反映混凝土的导电性能，在试件中平行等距预埋尺寸30mm×30mm的金属网片，金属网片上连接有导线。采用两台型号为VC86E的数字万用表分别测试混凝土试件的电压和电流。采用可调恒压变压器和整流器将实验室220V交流电转化为低压直流电，对混凝土试件外加电压，使电压值和电流值达到仪器可测范围。
实施例1
既不采用碱激发也不采用超声震荡包裹技术制备的导电混凝土制备方法其特征在于：按重量份数计，混凝土的组成和含量分别为：
普通硅酸盐水泥：1份
一级粉煤灰：0.1份
河砂：0.77份
石子：2.14份
高效减水剂：0.03份
磁铁矿砂：0.52份
石墨：0.06份
水：0.44份。
该制备方法包括以下步骤：
(1)按照重量数计，将上述原料分成六组，第一组为磁铁矿砂：0.52份，第二组为石墨：0.06份。第三组为普通硅酸盐水泥：1份，一级粉煤灰：0.1份，河砂：0.77份。第四组为水：0.44份和高效减水剂：0.03份。第五组石子：2.14份。
(2)将第一组与第二组样品充分搅拌得到石墨磁铁矿混合物。
(3)将第四组样品倒入容器中，用玻璃棒搅拌均匀配成溶液。
(4)将第五组样品倒入经过步骤(2)拌合而成的细骨料混合物中，然后缓慢加入经过步骤(3)处理的第四组样品并开启混凝土搅拌机进行搅拌(先加入一半进行搅拌均匀，再加入另一半继续搅拌)。搅拌5分钟后倒入模具，充分振捣后制成导电混凝土。
进一步地，所述混凝土的力学性能采用立方体轴心抗压强度试验和抗折试验测定，导电性能需将新拌混凝土制成40mm*40mm*160mm的试块并等距插入4个电极，采用四分法进行测定。
实施例2
仅采用碱激发技术制备的导电混凝土及其制备方法，其特征在于：按重量份数计，混凝土的组成和含量分别为：
普通硅酸盐水泥：1份
一级粉煤灰：0.1份
河砂：0.77份
石子：2.14份
高效减水剂：0.03份
氢氧化钠：0.00176份
磁铁矿砂：0.52份
石墨：0.06份
水：0.44份。
该制备方法包括以下步骤：
(1)按照重量数计，将上述原料分成六组，第一组为磁铁矿砂：0.52份，第二组为石墨：0.06份。第三组为普通硅酸盐水泥：1份，一级粉煤灰：0.1份，河砂：0.77份。第四组为水：0.44份，氢氧化钠：0.00176份和高效减水剂：0.03份。第五组石子：2.14份。
(2)将第一组与第二组样品充分搅拌得到石墨磁铁矿混合物。
(3)将第四组样品中三种物质在烧杯中混合配成溶液。
(4)将第五组样品倒入经过步骤(2)拌合而成的细骨料混合物中，然后缓慢加入经过步骤(3)处理的第四组样品并开启混凝土搅拌机进行搅拌(先加入一半进行搅拌均匀，再加入另一半继续搅拌)。搅拌5分钟后倒入模具，充分振捣后制成导电混凝土。
进一步地，所述混凝土的力学性能采用立方体轴心抗压强度试验和抗折试验测定，导电性能需将新拌混凝土制成40mm*40mm*160mm的试块并等距插入4个电极，采用四分法进行测定。
实施例3
仅采用超声震荡包裹技术制备的导电混凝土制备方法其特征在于：按重量份数计，混凝土的组成和含量分别为：
普通硅酸盐水泥：1份
一级粉煤灰：0.1份
河砂：0.77份
石子：2.14份
高效减水剂：0.03份
磁铁矿砂：0.52份
石墨：0.06份
水：0.44份。
硅烷偶联剂KH-560：0.00018份。
该制备方法包括以下步骤：
(1)按照重量数计，将上述原料分成六组，第一组为磁铁矿砂：0.52份，第二组为石墨：0.06份。第三组为普通硅酸盐水泥：1份，一级粉煤灰：0.1份，河砂：0.77份。第四组为水：0.44份和高效减水剂：0.03份。第五组石子：2.14份。第六组为硅烷偶联剂KH-560：0.00018份。(2)将第四组样品倒入容器中，用玻璃棒搅拌均匀配成溶液。
(3)将第二组加入到丙酮溶液中静置1小时，并在105℃的环境下烘干，进行表面活性处理。(4)将第一组样品与按步骤(3)处理后的石墨加入300毫升乙醇溶液中，制成悬浊液，并将悬浊装置放入超声震荡仪中，用40Khz的振动频率，120W功率进行震动处理，在震动至第10分钟，添加第六组样品(0.00018份硅烷偶联剂KH-560)，促进石墨与磁铁矿砂的结合，继续震荡至第20分钟时停止，并在80℃的环境下烘至粉末状态。
(5)将按照步骤(4)获得的石墨和磁铁矿混合物加入第三组样品中，并搅拌至混合均匀。(6)将第五组样品加入经过步骤(5)拌合而成的细骨料混合物中，然后缓慢加入由步骤(2)制成的溶液并开启混凝土搅拌机进行搅拌(先加入一半进行搅拌均匀，再加入另一半继续搅拌)。搅拌5分钟后倒入模具，充分振捣后制成导电混凝土。
进一步地，所述混凝土的力学性能采用立方体轴心抗压强度试验和抗折试验测定，导电性能需将新拌混凝土制成40mm*40mm*160mm的试块并等距插入4个电极，采用四分法进行测定。
实施例4
采用碱激发-超声震荡包裹联合制备的导电混凝土制备方法其特征在于：按重量份数计，混凝土的组成和含量分别为：
普通硅酸盐水泥：1份
一级粉煤灰：0.1份
河砂：0.77份
石子：2.14份
高效减水剂：0.03份
磁铁矿砂：0.52份
氢氧化钠：0.00176份
石墨：0.06份
水：0.44份
硅烷偶联剂KH-560：0.00018份。
该制备方法包括以下步骤：
(1)按照重量数计，将上述原料分成六组，第一组为磁铁矿砂：0.52份，第二组为石墨：0.06份。第三组为普通硅酸盐水泥：1份，一级粉煤灰：0.1份，河砂：0.77份。第四组为水：0.44份，氢氧化钠：0.00176份和高效减水剂：0.03份。第五组石子：2.14份。第六组为硅烷偶联剂KH-560：0.00018份。
(2)将第四组样品倒入容器中，用玻璃棒搅拌均匀配成溶液。
(3)将第二组加入到丙酮溶液中静置1小时，并在105℃的环境下烘干，进行表面活性处理。(4)将第一组样品与按步骤(3)处理后的石墨加入300毫升乙醇溶液中，制成悬浊液，并将悬浊装置放入超声震荡仪中，用40Khz的振动频率，120W功率进行震动处理，在震动至第10分钟，添加第六组样品(0.00018份硅烷偶联剂KH-560)，促进石墨与磁铁矿砂的结合，继续震荡至第20分钟时停止，并在80℃的环境下烘至粉末状态。
(5)将按照步骤(4)所述烘干的磁铁矿与石墨混合物加入第三组样品中，并搅拌均匀。
(6)将第五组样品加入经过步骤(5)拌合而成的细骨料混合物中，然后缓慢加入由步骤(2)制成的溶液并开启混凝土搅拌机进行搅拌(先加入一半进行搅拌均匀，再加入另一半继续搅拌)。搅拌5分钟后倒入模具，充分振捣后制成导电混凝土。
进一步地，所述混凝土的力学性能采用立方体轴心抗压强度试验和抗折试验测定，导电性能需将新拌混凝土制成40mm*40mm*160mm的试块并等距插入4个电极，采用四分法进行测定。
实施例5
在实施例1的基础上磁铁矿掺量变为0.77份，河砂掺量变为0.52份。
实施例6
在实施例2的基础上磁铁矿掺量变为0.77份，河砂掺量变为0.52份。
实施例7
在实施例3的基础上磁铁矿掺量变为0.77份，河砂掺量变为0.52份。
实施例8
在实施例4的基础上磁铁矿掺量变为0.77份，河砂掺量变为0.52份。
实施例9
在实施例1的基础上石墨掺量变为0.09份
实施例10
在实施例2的基础上石墨掺量变为0.09份
实施例11
在实施例3的基础上石墨掺量变为0.09份
实施例12
在实施例4的基础上石墨掺量变为0.09份
实施例13
在实施例5的基础上石墨掺量变为0.09份
实施例14
在实施例6的基础上石墨掺量变为0.09份
实施例15
在实施例7的基础上石墨掺量变为0.09份
实施例16
在实施例8的基础上石墨掺量变为0.09份
对比例1
在实施例1的基础上不加石墨，磁铁矿。
对比例2
在实施例1的基础上不加磁铁矿。
对比例3
在实施例9的基础上不加磁铁矿。
对比例4
在实施例1的基础上不加石墨，磁铁矿等质量替换为铁尾矿。
对比例5
在实施例5的基础上不加石墨，磁铁矿等质量替换为铁尾矿。
对比例6
在实施例1的基础上不加石墨。
对比例7
在实施例5的基础上不加石墨。
表1对比例配比设计表(按重量计)
Figure BDA0003300711690000091
注：对比例1、2、3没有采用铁尾矿或磁铁矿砂替代河砂，细骨料只有河砂，因此河砂的质量为1.28份。
本申请实例中设置的细骨料总量为1.28份。
对比例1-7中的物料均不进行超声震荡和碱激发工艺(仅正常工艺制备的混凝土)。对比例1为石墨、磁铁矿和铁尾矿都不加的基础对比例。对比例2与对比例3只加石墨不加矿粉，两者区别在于石墨的掺量不同。对比例4与对比例5仅掺铁尾矿砂，其作用是与对比例5，6进行对比，对磁铁矿混凝土与铁尾矿混凝土的力学，导电性能进行比较。对比例5与对比例6为只掺入磁铁矿砂不掺石墨或铁尾矿的混凝土实验组。(二者磁铁矿掺量与河砂掺量不同)
注：本方案采用两种不同比例的磁铁矿砂替代部分河砂作为混凝土细骨料，石墨仅按外添加剂掺入。
表2实施例配比(按重量计)
Figure BDA0003300711690000101
Figure BDA0003300711690000111
从表2可以看出，上述实施例分别从不同含量的磁铁矿砂、石墨、河砂以及四种不同制备工艺做了对比。偶联剂仅为超声震荡制备所需要的添加剂，因此不进行超声震荡的实验组就不需要加偶联剂。
按照以上方法制备混凝土按标准进行养护。并进行相应的混凝土的力学以及导电试验。抗压强度试验需将混凝土制成50mm*50mm*50mm的试块，抗折强度试验需将混凝土制成40mm*40mm*160mm的试块，导电试验需将混凝土制成40mm*40mm*160mm的试块。通过以上方法制得的混凝土的抗折抗压以及导电性能测试结果如表3所示。
表3混凝土抗折抗压以及导电性能测试数据表
Figure BDA0003300711690000112
Figure BDA0003300711690000121
从表3可以看出，将磁铁矿砂作为细骨料替换河砂，并采用石墨作为外添加剂掺入。以及采用碱激发、超声震荡包裹技术、碱激发-超声震荡联合制备技术这三种不同的工艺制备的混凝土的抗压强度、抗折强度、电阻率均发生了不同的变化。
1.电阻率：通过对比例1,2,3可发现混凝土的导电性随着石墨掺量的增大而增强。将对比例4,5与对比例6,7做对比，可发现磁铁矿的导电性能要优于铁尾矿，混凝土电阻随着磁铁矿与铁尾矿的掺量增大而减小。通过对比实施例可得出以下结论：(1)碱激发对混凝土的导电性影响较小，其导电性的提升主要是由于氢氧化钠与磁铁矿砂中的物质反应后，磁铁矿砂的粒径减小导致。(2)超声震荡包裹技术能大幅度提高混凝土导电性，其原因是超声震荡包裹技术将石墨与磁铁矿相结合，使得磁铁矿砂的内部孔隙被石墨填满，并且石墨与磁铁矿砂相结合后密度要比石墨大，导致其在混凝土中分布更均匀。(3)采取将超声震荡包裹技术与碱激发相结合的制备工艺使混凝土导电性得到大幅度提升，为最优制备方案。虽然碱激发对导电性提升较小但是与超声震荡包裹技术结合后还是要比只进行超声震荡包裹的导电性强。所有实施例与对比例的共性为混凝土的电阻随着时间的增加而增大。
2.抗压强度：通过对比例1,2,3可发现，适量地掺入石墨能使混凝土抗压强度增大，但是随着石墨掺量继续增加，抗压强度会降低。将对比例4,5与对比例6，7做对比，可发现磁铁矿砂与铁尾矿对混凝土抗压强度影响差别不大。通过对比实施例可得出以下结论：(1)碱激发对混凝土强度的提升大于超声震荡包裹技术。(2)采取将超声震荡包裹技术与碱激发相结合的制备工艺使混凝土抗压强度得到大幅度提升，为最优制备方案。(3)磁铁矿砂掺量增加能够在一定范围内改善混凝土抗压强度。其原因是磁铁矿砂本身强度不低，并且磁铁矿砂粒度较小能一定程度上填补混凝土微观孔隙导致混凝土强度提高，但是随着石墨与磁铁矿掺量的增加，混凝土中的微观孔隙被填满，其对混凝土强度的增幅降低。
3.抗折强度：混凝土抗折强度与抗压强度类似。通过对比例1,2,3可发现，适量地掺入石墨能使混凝土抗折强度增大，但是随着石墨掺量继续增加，抗折强度会降低。将对比例4,5与对比例6，7做对比，可发现磁铁矿砂与铁尾矿对混凝土抗折强度影响差别不大。通过对比实施例可得出以下结论：(1)碱激发对混凝土抗折强度的提升大于超声震荡包裹技术。(2)采取将超声震荡包裹技术与碱激发相结合的制备工艺使混凝土抗折强度得到大幅度提升，为最优制备方案。(3)磁铁矿砂掺量增加能够在一定范围内改善混凝土抗折强度。随着石墨与磁铁矿掺量的增加，混凝土微观孔隙被填满，其对混凝土强度的增幅降低。
4.微观分析(SEM图对比)
附图7与附图8分别为未经过碱激发-超声震荡联合改性处理和经过碱激发-超声震荡联合改性处理后的磁铁矿砂-石墨混合物SEM图。通对比可以发现，未经过超声震荡处理的磁铁矿-石墨混合物彼此分散并没有出现结合的现象，磁铁矿砂中仅有少量附着的石墨粉，相当于两种小尺度物质的充分混合混合，磁铁矿的大部分孔隙并未被超细石墨粉填充，相同反应条件下，两种物质的引入也能增强其导电性和力学性能。经过超声震荡包裹技术处理后，石墨在超声震荡作用下被分散成更加细小的超细石墨微粒。部分石墨通过超声震荡装置产生的高频率震荡填入磁铁矿砂的表面孔隙中。
使用物理方法使石墨能够覆于磁铁矿砂的表面孔隙。同时在超声震荡制备工艺中，采用了丙酮(丙酮对石墨起到一定分散作用，防止石墨粉聚团)对石墨进行了表面活性处理，其通过搅拌使材料在混凝土构件中均匀分布，从而导致使用该方法制备的导电混凝土构件所测得电阻较为稳定误差不大。相比于没有经过碱激发-超声震荡联合改性的实施例1制备的混凝土，其导电性有着明显提高。对磁铁矿砂导电性起主要作用的Fe3O4以及石墨不会参与在碱激发过程中的化学反应。意味着在通过超声震荡制备导电细骨料的同时，也能在制备过程中加入氢氧化钠作为激发剂，从而提高混凝土的抗压抗折强度。
实施例17
本实施例磁铁矿-智能石墨复相导电混凝土，该导电混凝土中包括磷酸盐水泥、磁铁矿砂和石墨，所述磁铁矿砂的粒径为60μm，所述石墨的粒径为纳米级别。所述磁铁矿砂的加入质量为水泥质量的60％，所述石墨的加入质量为水泥质量的8％。
实施例18
本实施例磁铁矿-智能石墨复相导电混凝土，该导电混凝土中包括硫酸盐水泥、磁铁矿砂和石墨，所述磁铁矿砂的粒径为55μm，所述石墨的粒径为纳米级别。所述磁铁矿砂的加入质量为水泥质量的55％，所述石墨的加入质量为水泥质量的7％。
在同等条件下，引入磁铁矿砂和石墨能够增强混凝土的导电性和力学性能。
本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (9)

1.一种磁铁矿-智能石墨复相导电混凝土，其特征在于，该导电混凝土中包括水泥、磁铁矿砂和石墨，所述磁铁矿砂的粒径不大于75μm，所述石墨的粒径为纳米或亚微米级别。
2.根据权利要求1所述的导电混凝土，其特征在于，所述磁铁矿砂和石墨在机械搅拌作用下混合。
3.根据权利要求1所述的导电混凝土，其特征在于，所述石墨为经过表面活化和分散处理的纳米级别石墨粉；所述磁铁矿砂的加入质量为水泥质量的52～77％，所述石墨的加入质量为水泥质量的6～9％。
4.根据权利要求1所述的导电混凝土，其特征在于，上述导电混凝土中，磁铁矿砂和石墨混合过程中使用超声震荡操作，利用超声震荡将石墨覆于磁铁矿砂的孔隙中，从而使磁铁矿砂的内部孔隙被石墨填充，使材料内部形成稳定的导电网络。
5.根据权利要求1所述的导电混凝土，其特征在于，所述超声震荡的振动频率为30-50Khz的振动频率，功率为100-150W。
6.一种磁铁矿-智能石墨复相导电混凝土，按重量份数计，混凝土的组成和含量分别为：
普通硅酸盐水泥：1份
一级粉煤灰：0.1份
河砂：0.52-0.77份
石子：2.14份
高效减水剂：0.03份
磁铁矿砂：0.52-0.77份
氢氧化钠：0.00176份
石墨：0.06-0.09份
水：0.44份
硅烷偶联剂KH-560：0.00018份。
7.根据权利要求6所述的导电混凝土，其特征在于，该导电混凝土的制备方法包括以下步骤：
(1)按照重量数计，将上述原料分成六组，第一组为磁铁矿砂：0.52-0.77份；第二组为石墨：0.06-0.09份；第三组为普通硅酸盐水泥：1份，一级粉煤灰：0.1份，河砂：0.52-0.77份；第四组为水：0.44份，氢氧化钠：0.00176份和高效减水剂：0.03份，氢氧化钠的摩尔浓度0.1mol/L；第五组石子：2.14份；第六组为硅烷偶联剂KH-560：0.00018份；
(2)将第四组样品倒入容器中，用玻璃棒搅拌均匀配成溶液；
(3)将第二组加入到丙酮溶液中静置1小时，并在105℃的环境下烘干，进行表面活性处理；
(4)将第一组样品与按步骤(3)处理后的石墨加入300毫升乙醇溶液中，制成悬浊液，并将悬浊装置放入超声震荡仪中，用40Khz的振动频率，120W功率进行震动处理，在震动至第10分钟，添加第六组样品，促进石墨与磁铁矿砂的结合，继续超声震荡至第20分钟时停止，通过超声震荡使被分散的石墨填入磁铁矿的孔隙中，并在80℃的环境下烘至粉末状态；
(5)将按照步骤(4)获得的石墨和磁铁矿砂混合物加入第三组样品中，并搅拌至混合均匀；
(6)将第五组样品加入经过步骤(5)拌合而成的细骨料混合物中，然后缓慢加入由步骤(2)制成的溶液并开启混凝土搅拌机进行搅拌，先加入一半进行搅拌均匀，再加入另一半继续搅拌，搅拌5分钟后倒入模具，充分振捣后制成导电混凝土。
8.根据权利要求1-7任一所述的导电混凝土，其特征在于，所述混凝土的力学性能采用立方体轴心抗压强度试验和抗折试验测定，导电性能需将新拌混凝土制成40mm*40mm*160mm的试块并等距插入4个电极，采用四分法进行测定。
9.根据权利要求1所述的导电混凝土，其特征在于，该导电混凝土的7d电阻率不大于3000/Ω·cm,7d抗压强度大于29MPa，7d抗弯强度大于4.2MPa，28d抗压强度大于39MPa，28d抗弯强度大于5.5MPa。
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