CN113698145B - 导电找平层组合物及其制备方法、导电找平层 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及防腐衬里技术领域，特别是涉及一种导电找平层组合物及其制备方法、导电找平层。本发明通过向28～35质量份的水泥中加入60～80质量份的石墨粉和0.1～0.3质量份的碳纤维，使制得的水泥组合物具备了导电性并维持较好的物理强度，可以作为混凝土基体与防腐涂层之间的找平层原料。由于组合物主要成分中包括较大含量的水泥，与混凝土基体和常用的无机材质的防腐涂层具备较好的结合力，不会形成明显的界面，导致长时间使用后的脱落。通过控制石墨粉中不同粒径的配比，使得固化后形成的找平层能更加致密，从而具备更好的物理强度；还限定了碳纤维的长度，使得组合物在具备良好导电性的同时，能尽可能少地加入碳纤维，有效降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及防腐衬里技术领域，特别是涉及一种导电找平层组合物及其制备方法、导电找平层。
背景技术
混凝土污水处理池包括沉淀池、MSBR池、接触池、厌氧池、浓缩池、沉砂池等。污水中含有大量的腐蚀性介质，如工业污水中含有酸、碱、盐、农业生产体系物和氧化性化学品等；生活污水、雨水及氧化沟中加入微生物和氯气等也会对钢筋混凝土产生一定的腐蚀作用；此外，水里氧气浓度经常处于变化之中，同一池中存在氧气浓度差异，会产生浓差电池腐蚀；而且，由于混凝土本身的组成及微观多孔结构，因此混凝土池还面临着浸析腐蚀、交换腐蚀和结晶腐蚀，引起混凝土开裂和钢筋的锈蚀等一系列腐蚀。因此，未经防腐蚀处理的混凝土结构处理池，一般情况下2～3个月以后就会出现混凝土表面的损坏，使混凝土结构强度明显下降，可见，防腐处理对于混凝土池的寿命维护起着至关重要的作用。
现行的混凝土池体防腐处理一般采用内衬玻璃钢或内衬玻璃钢+花岗岩，内衬耐蚀橡胶或内衬耐蚀橡胶+花岗岩的方案。由于混凝土基体导电性差，所以不能直接用电火花检测仪检测防腐层的缺陷，为了解决这一问题，通常在水泥基体表面施涂一层1mm～2mm的环氧导电胶泥；然而，由于该层导电胶泥是物理粘结在混凝土表面的，胶泥和混凝土是两种材料，因此粘结性不够，使用过程中易发生脱层，使防腐层失效；而且，环氧导电胶泥需要使用有机溶剂如苯、丙酮等，施工中会导致VOC的排放，因此，亟需在防腐层和混凝土基体之间搭建一个粘结性好、导电性佳、环境友好的桥梁。
发明内容
基于此，有必要提供一种导电的找平层组合物及其制备方法，其用于制作混凝土基体与防腐涂层之间的找平层时具备良好的粘结性，且对环境友好。
本发明的一个方面，提供了一种导电找平层组合物，按质量份计，其包括以下组分：
所述石墨粉中，粒径100～150目与粒径250～300目的质量比为1：(2～5)，所述碳纤维的平均长度为2mm～5mm。
本发明通过向28～35质量份的水泥中加入60～80质量份的石墨粉和0.1～0.3质量份的碳纤维，使制得的水泥组合物具备了导电性并维持较好的物理强度，可以作为混凝土基体与防腐涂层之间的找平层原料。由于组合物主要成分中包括较大含量的水泥，较传统的有机环氧导电胶泥而言，与混凝土基体和常用的无机材质的防腐涂层具备更好的结合力，不会形成明显的界面，导致长时间使用后的脱落；此外，采用水作为溶剂，比采用有机溶剂的环氧导电胶泥更加环境友好。通过控制石墨粉中不同粒径的配比，小颗粒的石墨粉能够填补在大颗粒的石墨粉的间隙中，使得固化后形成的找平层能更加致密，从而具备更好的物理强度；此外，限定了碳纤维的平均长度，使得组合物在具备良好导电性的同时，能尽可能少地加入碳纤维，有效降低了生产成本。
在一些实施方式中，还包括8～15质量份的丙烯酸酯乳液。
在一些实施方式中，所述助剂包括0.8～1.2质量份的表面活性剂。
在一些实施方式中，所述表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚、平平加O、椰子油脂肪酸二乙醇酰胺和椰子油脂肪醇二乙醇酰胺中的一种或多种。
在一些实施方式中，所述助剂包括0.1～0.3质量份的消泡剂。
在一些实施方式中，所述消泡剂为有机硅消泡剂、高碳醇消泡剂和聚醚改性消泡剂中的一种或多种。
在一些实施方式中，所述碳纤维的平均直径为8μm～12μm。
在一些实施方式中，所述水的用量为5～8质量份。
本发明的另一方面，还提供了一种前述导电找平层组合物的制备方法，其包括以下步骤：
a).将所述石墨粉、所述碳纤维和所述水泥混匀，得到组分A；
b).将所述助剂和水混匀，得到组分B；
c).将所述组分A和所述组分B混匀。
本发明的又一方面，还提供了一种导电找平层，其由前述的导电找平层组合物固化得到。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关实施例对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本发明的描述中，“若干”的含义是至少一个，例如一个，两个等，除非另有明确具体的限定。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明的一个方面，提供了一种导电找平层组合物，按质量份计，其包括以下组分：
石墨粉中，粒径100～150目与粒径250～300目的质量比为1：(2～5)，碳纤维的平均长度为2mm～5mm。
本发明通过向28～35质量份的水泥中加入60～80质量份的石墨粉和0.1～0.3质量份的碳纤维，使制得的水泥组合物具备了导电性并维持较好的物理强度，可以作为混凝土基体与防腐涂层之间的找平层原料。由于组合物主要成分中包括较大含量的水泥，较传统的有机环氧导电胶泥而言，与混凝土基体和常用的无机材质的防腐涂层具备更好的结合力，不会形成明显的界面，导致长时间使用后的脱落；此外，采用水作为溶剂，比采用有机溶剂的环氧导电胶泥更加环境友好。通过控制石墨粉中不同粒径的配比，小颗粒的石墨粉能够填补在大颗粒的石墨粉的间隙中，使得固化后形成的找平层能更加致密，从而具备更好的物理强度；此外，限定了碳纤维的平均长度，使得组合物在具备良好导电性的同时，能尽可能少地加入碳纤维，有效降低了生产成本。
在一些实施方式中，优选地，按质量份计，包括以下组分：
在一些实施方式中，优选地，水泥为普通硅酸盐水泥。
在一些实施方式中，优选地，普通硅酸盐水泥的强度为42.5。
在一些实施方式中，优选地，石墨粉中，粒径100～150目与粒径250～300目的质量比为1：(3～4)。
在一些实施方式中，优选地，石墨粉仅由粒径100～150目与粒径250～300目的石墨粉组成。
在一些实施方式中，优选地，石墨粉中的碳含量大于90％。
在一些实施方式中，优选地，碳纤维的平均长度为3mm～4mm。碳纤维的平均长度控制在合理范围内，能与石墨粉在固化后的找平层中搭建起导电网络，使得找平层具有良好的电导性，且不至于长度过长，导致容易团聚影响分散。
在一些实施方式中，还包括8～15质量份的丙烯酸酯乳液。优选地，丙烯酸酯乳液的用量为10～12质量份。进一步优选地，丙烯酸酯乳液为丙烯酸酯共聚乳液。向组合物中加入一定用量的丙烯酸酯乳液，制成丙烯酸酯乳液水泥砂浆，能够进一步增强固化后的找平层的物理强度，并具备防腐、抗氯离子渗透、耐老化和耐蚀等优越性能。而且成本低，施工方便，像普通砂浆一样可人工涂抹，也可机械喷涂，并适合潮湿面粘结，环保无毒，与基础混凝土温度适应性好，耐大气老化，使用寿命优于普通水泥砂浆3～5倍，克服了普通砂浆耐蚀性能差，长期遇水浸泡及氯碱性介质分解开裂、脱落的缺点。
在一些实施方式中，助剂包括0.8～1.2质量份的表面活性剂。优选地，表面活性剂的用量为0.9～1.0质量份。
在一些实施方式中，表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚、平平加O、椰子油脂肪酸二乙醇酰胺和椰子油脂肪醇二乙醇酰胺中的一种或多种。
在一些实施方式中，助剂包括0.1～0.3质量份的消泡剂。
在一些实施方式中，消泡剂为有机硅消泡剂、高碳醇消泡剂和聚醚改性消泡剂中的一种或多种。
在一些实施方式中，碳纤维的平均直径为8μm～12μm。优选地，碳纤维的平均直径为10μm～12μm。碳纤维的直径设定在合理范围内，能够使其在组合物中具备更好的分散性，且兼顾了组合物固化后形成的找平层的导电性能和物理强度，进一步提升了找平层的品质。
在一些实施方式中，水的用量为5～8质量份。
本发明的另一方面，还提供了一种前述导电找平层组合物的制备方法，其包括以下步骤：
a).将石墨粉、碳纤维和水泥混匀，得到组分A；
b).将助剂和水混匀，得到组分B；
c).将组分A和组分B混匀。
可以理解，本发明中步骤a)和步骤b)无先后顺序之分。
在一些实施方式中，导电找平层组合物的制备方法包括以下步骤：
a).将石墨粉、碳纤维和水泥混匀，得到组分A；
b).将丙烯酸酯乳液、助剂和水混匀，得到组分B；
c).将组分A和组分B混匀。
在一些实施方式中，导电找平层组合物的制备方法包括以下步骤：
a).将石墨粉、碳纤维和水泥混匀，得到组分A；
b).将丙烯酸酯乳液、表面活性剂、消泡剂和水混匀，得到组分B；
c).将组分A和组分B混匀。
其中，a)和b)没有先后顺序。
优选地，步骤a)中，先将粒径100～150目与粒径250～300目的石墨粉混合均匀，再与碳纤维和水泥混合均匀，制备组分A。
本发明的又一方面，还提供了一种导电找平层，其由前述的导电找平层组合物固化得到。
在一些实施方式中，导电找平层的厚度为1mm～2mm。
以下结合具体实施例和对比例对本发明做进一步详细的说明。可理解，以下实施例所用的仪器和原料较为具体，在其他具体实施例中，可不限于此。
实施例和对比例中所用丙烯酸酯共聚乳液采购自北京宏亚建材有限公司。
实施例1
a).将16.25份粒径为100～150目的石墨粉和48.75份粒径为250～300目的石墨粉混合均匀，然后与30份425号普通硅酸盐水泥和0.2份平均长度为3mm，平均直径为10μm的碳纤维混合均匀，得到组分A；
b).将12份丙烯酸酯共聚乳液、1份椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、0.2份有机硅消泡剂及6份水混合均匀，得到组分B；
c).一边搅拌乳液状的组分B，一边加入组分A，混合至无胶浆块，即得导电找平层组合物。
实施例2
a).将16.25份粒径为100～150目的石墨粉和48.75份粒径为250～300目的石墨粉混合均匀，然后与35份425号普通硅酸盐水泥和0.2份平均长度为3mm，平均直径为10μm的碳纤维混合均匀，得到组分A；
b).将12份丙烯酸酯共聚乳液、1份椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、0.2份有机硅消泡剂及6份水混合均匀，得到组分B；
c).一边搅拌乳液状的组分B，一边加入组分A，混合至无胶浆块，即得导电找平层组合物。
实施例3
a).将18.75份粒径为100～150目的石墨粉和56.25份粒径为250～300目的石墨粉混合均匀，然后与30份425号普通硅酸盐水泥和0.2份平均长度为3mm，平均直径为10μm的碳纤维混合均匀，得到组分A；
b).将12份丙烯酸酯共聚乳液、1份椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、0.2份有机硅消泡剂及6份水混合均匀，得到组分B；
c).一边搅拌乳液状的组分B，一边加入组分A，混合至无胶浆块，即得导电找平层组合物。
实施例4
a).将21.67份粒径为100～150目的石墨粉和43.33份粒径为250～300目的石墨粉混合均匀，然后与30份425号普通硅酸盐水泥和0.2份平均长度为3mm，平均直径为10μm的碳纤维混合均匀，得到组分A；
b).将12份丙烯酸酯共聚乳液、1份椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、0.2份有机硅消泡剂及6份水混合均匀，得到组分B；
c).一边搅拌乳液状的组分B，一边加入组分A，混合至无胶浆块，即得导电找平层组合物。
实施例5
a).将16.25份粒径为100～150目的石墨粉和48.75份粒径为250～300目的石墨粉混合均匀，然后与30份425号普通硅酸盐水泥和0.2份平均长度为5mm，平均直径为10μm的碳纤维混合均匀，得到组分A；
b).将12份丙烯酸酯共聚乳液、1份椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、0.2份有机硅消泡剂及6份水混合均匀，得到组分B；
c).一边搅拌乳液状的组分B，一边加入组分A，混合至无胶浆块，即得导电找平层组合物。
实施例6
a).将16.25份粒径为100～150目的石墨粉和48.75份粒径为250～300目的石墨粉混合均匀，然后与30份425号普通硅酸盐水泥和0.2份平均长度为3mm，平均直径为10μm的碳纤维混合均匀，得到组分A；
b).将15份丙烯酸酯共聚乳液、1份椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、0.2份有机硅消泡剂及6份水混合均匀，得到组分B；
c).一边搅拌乳液状的组分B，一边加入组分A，混合至无胶浆块，即得导电找平层组合物。
实施例7
a).将16.25份粒径为100～150目的石墨粉和48.75份粒径为250～300目的石墨粉混合均匀，然后与30份425号普通硅酸盐水泥和0.2份平均长度为3mm，平均直径为10μm的碳纤维混合均匀，得到组分A；
b).将1份椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、0.2份有机硅消泡剂及6份水混合均匀，得到组分B；
c).一边搅拌乳液状的组分B，一边加入组分A，混合至无胶浆块，即得导电找平层组合物。
实施例8
a).将25份粒径为100～150目的石墨粉和50份粒径为250～300目的石墨粉混合均匀，然后与28份425号普通硅酸盐水泥和0.1份平均长度为2mm，平均直径为8μm的碳纤维混合均匀，得到组分A；
b).将8份丙烯酸酯共聚乳液、0.8份烷基酚聚氧乙烯醚、0.3份聚醚改性消泡剂及7份水混合均匀，得到组分B；
c).一边搅拌乳液状的组分B，一边加入组分A，混合至无胶浆块，即得导电找平层组合物。
对比例1
a).将16.25份粒径为100～150目的粗砂和48.75份粒径为250～300目的细砂混合均匀，然后与30份425号普通硅酸盐水泥和0.2份平均长度为3mm，平均直径为10μm的碳纤维混合均匀，得到组分A；
b).将12份丙烯酸酯共聚乳液、1份椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、0.2份有机硅消泡剂及6份水混合均匀，得到组分B；
c).一边搅拌乳液状的组分B，一边加入组分A，混合至无胶浆块，即得导电找平层组合物。
对比例2
a).将16.25份粒径为100～150目的石墨粉和48.75份粒径为250～300目的石墨粉混合均匀，然后与30份425号普通硅酸盐水泥混合均匀，得到组分A；
b).将12份丙烯酸酯共聚乳液、1份椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、0.2份有机硅消泡剂及6份水混合均匀，得到组分B；
c).一边搅拌乳液状的组分B，一边加入组分A，混合至无胶浆块，即得导电找平层组合物。
对比例3
a).将13.5份粒径为100～150目的石墨粉和40.5份粒径为250～300目的石墨粉混合均匀，然后与30份425号普通硅酸盐水泥和11.2份平均长度为3mm，平均直径为10μm的碳纤维混合均匀，得到组分A；
b).将12份丙烯酸酯共聚乳液、1份椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、0.2份有机硅消泡剂及6份水混合均匀，得到组分B；
c).一边搅拌乳液状的组分B，一边加入组分A，混合至无胶浆块，即得导电找平层组合物。
对比例4
a).将16.25份粒径为100～150目的石墨粉和48.75份粒径为250～300目的石墨粉混合均匀，然后与30份425号普通硅酸盐水泥和0.2份平均长度为8mm，平均直径为10μm的碳纤维混合均匀，得到组分A；
b).将12份丙烯酸酯共聚乳液、1份椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、0.2份有机硅消泡剂及6份水混合均匀，得到组分B；
c).一边搅拌乳液状的组分B，一边加入组分A，混合至无胶浆块，即得导电找平层组合物。
对比例5
a).将32.5份粒径为100～150目的石墨粉和32.5份粒径为250～300目的石墨粉混合均匀，然后与30份425号普通硅酸盐水泥和0.2份平均长度为3mm，平均直径为10μm的碳纤维混合均匀，得到组分A；
b).将12份丙烯酸酯共聚乳液、1份椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、0.2份有机硅消泡剂及6份水混合均匀，得到组分B；
c).一边搅拌乳液状的组分B，一边加入组分A，混合至无胶浆块，即得导电找平层组合物。
对比例6
a).将9.29份粒径为100～150目的石墨粉和55.71份粒径为250～300目的石墨粉混合均匀，然后与30份425号普通硅酸盐水泥和0.2份平均长度为3mm，平均直径为10μm的碳纤维混合均匀，得到组分A；
b).将12份丙烯酸酯共聚乳液、1份椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、0.2份有机硅消泡剂及6份水混合均匀，得到组分B；
c).一边搅拌乳液状的组分B，一边加入组分A，混合至无胶浆块，即得导电找平层组合物。
对比例7
a).将65份粒径为200目的石墨粉与30份425号普通硅酸盐水泥和0.2份平均长度为3mm，平均直径为10μm的碳纤维混合均匀，得到组分A；
b).将12份丙烯酸酯共聚乳液、1份椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、0.2份有机硅消泡剂及6份水混合均匀，得到组分B；
c).一边搅拌乳液状的组分B，一边加入组分A，混合至无胶浆块，即得导电找平层组合物。
性能测试：
(1)本发明的导电性能测试。
通过采用四电极法对本发明的导电性能进行测定。具体步骤如下：
在各实施例和对比例制备的找平层组合物制备的找平层内部预先埋设四根等间距的平行电极，通过直流电压电源在外侧两电极间注入电流，并测其准确的电流值I，测量内电阻间的电压值U，根据欧姆定律，内侧两电极间试块的电阻值为：R＝U/I。测量和计算内侧两电极的距离L和试块的横截面积S，则电阻率ρ＝R·S/L，电导率为电阻率的倒数。结果见表1。
(2)本发明的粘合力测定。
用钢模浇筑成型的100mm×100mm×500mm的棱柱体试件通过预埋在各实施例和对比例制备的找平层组合制备的找平层轴线两端的钢筋，对其施加均匀拉力，找平层破坏时的平均拉应力即为找平层的轴心抗拉强度，其可以反应找平层组合物用作找平层时的粘合力性能。结果见表1。
表1
从表1可知，本发明实施例制得的导电找平层组合物形成找平层后，具有优良的导电性和粘结性，电阻率维持在25Ω·m～28Ω·m，抗拉强度维持在2.8MPa～3.4MPa。实施例1中，各组分的配比、以及碳纤维的长度均位于优选范围，因此导电性能和粘结性达到了最佳平衡，同时具备较低的电阻率和较高的抗拉强度；实施例2中，水泥的用量稍多，抗拉强度有一定程度的上升，电阻率稍大；实施例3中，石墨的用量稍多，导电性稍强但抗拉强度稍有下降；实施例4中，250～300目的石墨粉稍多，抗拉强度下降了0.1MPa；实施例5中，采用5mm长度的碳纤维，较实施例1中的碳纤维稍长，分散性能有一定程度的下降，因此导致最终制备的找平层导电性和物理强度都稍有下降；实施例6中，丙烯酸酯共聚乳液的用量稍多，虽然抗拉强度变强，但电阻率也有所上升；实施例7中未添加丙烯酸酯共聚乳液，抗拉强度下降至2.8MPa；不过，虽然优选范围外的实施例性能较各项参数都位于优选范围的实施例1有所下降，但总体而言导电性和粘结性都较好，能满足施工需求。
对比例1中以相同比例和用量的混合砂取代了石墨粉，抗拉强度明显上升，但电阻率飙升至1.2x104Ω·m；对比例2中，未添加碳纤维，电阻率明显上升；对比例3中，降低石墨粉的用量至54质量份，并相应增加了碳纤维的用量至11.2质量份，但导电性和抗拉强度都明显下降；对比例4中，碳纤维的长度为8mm，电阻率上升至48Ω·m；对比例5和6中，不同粒径的石墨粉配比不合理，导致抗拉强度明显下降，电阻率也有所升高；对比例7中，全部采用200目的石墨粉代替粒径不同的混合石墨粉，导致抗拉强度明显下降，且电阻率也有所升高。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准，说明书可以用于解释权利要求的内容。
Claims (5)
1.一种导电找平层组合物，其特征在于，按质量份计，由以下组分组成：
以及水；
所述石墨粉中，粒径100～150目与粒径250～300目的质量比为1：(2～5)，所述碳纤维的平均长度为2mm～5mm；所述表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚、平平加O、椰子油脂肪酸二乙醇酰胺和椰子油脂肪醇二乙醇酰胺中的一种或多种；所述消泡剂为有机硅消泡剂、高碳醇消泡剂和聚醚改性消泡剂中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的导电找平层组合物，其特征在于，所述碳纤维的平均直径为8μm～12μm。
3.根据权利要求1所述的导电找平层组合物，其特征在于，所述水的用量为5～8质量份。
4.根据权利要求1～3任一项所述的导电找平层组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a).将所述石墨粉、所述碳纤维和所述水泥混匀，得到组分A；
b).将所述丙烯酸酯乳液、所述表面活性剂、所述消泡剂和水混匀，得到组分B；
c).将所述组分A和所述组分B混匀。
5.一种导电找平层，其特征在于，由权利要求1～3任一项所述的导电找平层组合物固化得到。
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|---|
| 导电混凝土的配制及力学和导电性能研究;李红英;《防护工程》;20200628(第03期);第30-35页 * |
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