CN117776634B - 一种基于固废导电相的导电混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于固废导电相的导电混凝土及其制备方法，该导电混凝土由水泥、中砂细骨料、碎石粗骨料、石墨尾矿、废弃碳纤维、羧甲基纤维素钠、磷酸二丁酯、减水剂和水；其制备方法：将中砂细骨料、碎石粗骨料和石墨尾矿搅拌混合成混合干料A；向混合干料A中倒入水泥搅拌混合得到混合干料B；将羧甲基纤维素钠用水分散得到羧甲基纤维素钠分散液，并加入废弃碳纤维和磷酸二丁酯搅拌得到废弃碳纤维分散液；将废弃碳纤维分散液、剩余用量水和减水剂倒入到混合干料B中搅拌得到导电混凝土料浆；将导电混凝土料浆浇筑到模具中养护即可。本发明可以解决在利用固废导电相制备导电混凝土时，导电混凝土导电性能不理想的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及导电混凝土技术领域。具体地说是一种基于固废导电相的导电混凝土及其制备方法。
背景技术
导电混凝土是由胶凝材料、导电材料、骨料和水等组成的多相复合材料，具有一定的力学性能和导电性能，在道路融雪化冰、电气设备接地、结构健康监测以及电磁屏蔽等领域具有广阔的应用前景。由于普通混凝土电阻率一般在106~109Ω•cm范围内，介于绝缘体和良导体之间，具有较高的电阻率，因此需要添加导电材料以降低混凝土电阻率，改善其导电性能。当前，常用于制备导电混凝土的导电相材料主要是分为两种，即碳纤维、钢纤维等纤维型和石墨、炭黑、石墨烯、碳纳米管等颗粒型，这些导电材料其造价较高、大量使用昂贵导电相材料使得导电混凝土生产成本增加，限制了导电混凝土在实际工程中的运用与推广。
从碳纤维废弃品中加以回收利用的废弃碳纤维，相比原生碳纤维，其成本价格约为原丝碳纤维价格的三分之一，且材料性能也基本满足要求，将其掺入到混凝土制品中，可减少碳纤维废弃品对环境的污染和碳纤维资源的浪费，具有潜在经济价值。但由于废弃碳纤维品质不一，仅将其作为导电混凝土的导电相会导致制备的导电混凝土其导电性不稳定，并且废弃碳纤维作为导电相在混凝土中还存在难以分散均匀的问题，这也会影响导电混凝土的导电性能。
石墨尾矿是工业提炼石墨过程中所排放的颗粒尾砂，大量堆积的尾砂污染着环境且占用了大量土地资源。石墨尾矿颗粒细度模数略小于中砂，且残留了少量石墨成分，可用作导电相材料。考虑到枯竭的天然河砂资源，将石墨尾矿替代部分细骨料用于混凝土生产具有重要的意义，可实现减少约30%天然河砂的消耗量。但石墨尾矿作为导电混凝土的导电相的导电效果远不如石墨，且如果石墨尾矿用量过多还会影响导电混凝土的力学性能。
因此，为了降低导电混凝土生产成本，有必要开发一种利用固废作为导电相的导电混凝土的制备方法。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于固废导电相的导电混凝土及其制备方法，以解决在利用固废导电相制备导电混凝土时，导电混凝土导电性能不理想的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种基于固废导电相的导电混凝土，由水泥、中砂细骨料、碎石粗骨料、石墨尾矿、废弃碳纤维、羧甲基纤维素钠、磷酸二丁酯、减水剂和水。相比其他种类的分散剂和消泡剂，本发明选择羧甲基纤维素钠作为分散剂，磷酸二丁酯作为消泡剂，能够显著提高废弃碳纤维和石墨尾矿在导电混凝土中的分散均匀性，尤其是废弃碳纤维的分散性，从而使得这两种固废导电相在导电混凝土中能够形成结构优良的导电通路，进而提高固废基导电混凝土的导电性能和力学性能。
上述基于固废导电相的导电混凝土，石墨尾矿的质量为中砂细骨料与石墨尾矿质量之和的10～30wt%【若石墨尾矿掺量大于30wt%会降低导电混凝土28天的硬化强度，而若将其掺量控制在中砂细骨料与石墨尾矿质量之和的10～30wt%的范围内时则不仅不会影响导电混凝土的力学性能，而且还能有效提高导电混凝土的强度】；废弃碳纤维的质量为水泥质量的20～40wt%【试验中发现，若废弃碳纤维的掺量大于水泥质量的40wt%，导电混凝土的电阻率不降反增，并且废弃碳纤维掺量越多，分散均匀性差而易团聚，导致其力学性能降低】；减水剂的质量为废弃碳纤维的质量的20～25wt%。本发明控制石墨尾矿的用量在中砂细骨料与石墨尾矿质量之和的10～30wt%范围内、废弃碳纤维的用量在水泥质量的20～40wt%范围内，可使石墨尾矿与废弃碳纤维协同发挥导电相的作用，使得这两种固废导电相在导电混凝土中形成结构稳定的导电网络通路，同时还能够显著提升导电混凝土的力学性能，尤其是28天导电混凝土的硬化强度。另外，石墨尾矿和废弃碳纤维的掺量在上述范围内时还有利于降低中砂细骨料的用量，进一步提高导电混凝土的经济性。
上述基于固废导电相的导电混凝土，水泥为16～20重量份，中砂细骨料为20～22重量份，碎石粗骨料为40～45重量份，石墨尾矿为8～10重量份，废弃碳纤维为3～8重量份，羧甲基纤维素钠为0.05～0.06重量份，磷酸二丁酯为0.010～0.015重量份，减水剂为0.75～2重量份，水为8～10重量份。水泥用量过多会导致水泥难以水化不完全而降低导电混凝土性能降低，若用量过少则水胶比过道造成振捣成型困难；中砂细骨料用量过多时，其比表面积也增加，使得水泥粘接的面积减少而导致导电混凝土的力学性能下降，但若中砂细骨料用量过少又会导致导电混凝土基体孔隙结构填充降低，不仅造成其力学性能降低，还会导致形成的导电通路结构稳定性差而影响其导电性；相应地，若碎石粗骨料用量过多会导致导电混凝土基体孔隙增多而降低力学性能和导电性能，若碎石粗骨料用量过少，又会因为混凝土中强度骨架数量降低而导致其力学性能降低；由于石墨尾矿中石墨成分易吸水，因此若石墨尾矿用量过多会降低水泥水化反应进而导致其力学强度降低，若墨尾矿过少时，不仅固废资源回收力度小，且与废弃碳纤维的协同导电性提升不明显，综合作用不明显；另外，本发明选择聚羧酸高效减水剂作为导电混凝土的减水剂，该减水剂若用量过多会引起混凝土坍落度过大、离析、泌水等危害，若减水剂过少则会导致混凝土粘稠流动性较差。本发明通过控制水泥、中砂细骨料、碎石粗骨料、石墨尾矿、废弃碳纤维、羧甲基纤维素钠、磷酸二丁酯、减水剂和水的用量在上述范围内，能够使得废弃碳纤维和石墨尾矿两种固废导电相在导电混凝土中形成均匀稳定的网络导电通路，并且使得固废导电相的添加不仅不会降低导电混凝土的力学性能，而且会显著提升导电混凝土的力学性能，最终实现提高导电混凝土导电性能的同时显著提高导电混凝土的力学性能的目的。
上述基于固废导电相的导电混凝土，水泥为18.737重量份，中砂细骨料为20.111重量份，碎石粗骨料为43.096重量份，石墨尾矿为8.619重量份，废弃碳纤维为7.495重量份，羧甲基纤维素钠为0.056重量份，磷酸二丁酯为0.011重量份，减水剂为1.874重量份，水为9.369重量份。
上述基于固废导电相的导电混凝土，水泥为型号为P·O 42.5的普通硅酸盐水泥；减水剂为聚羧酸高效减水剂；水为工业用水。若采用其他型号的水泥或选择其他类型的聚羧酸高效减水剂，都会显著降低导电混凝土的性能。
上述基于固废导电相的导电混凝土，中砂细骨料为细度模数3～5的水洗中砂【若中砂细骨料粒径过大，则对碎石粗骨料间孔隙的填充效果较弱，若其粒径过小，则表面积增大，在包裹砂子表面后剩下起润滑作用的浆体减少，导致混凝土坍落度降低】，水洗中砂的堆积密度为1600～1700kg/m3；碎石粗骨料的粒径范围为5～20mm【若超出该范围，难以与中砂细骨料形成较理想的颗粒级配】；石墨尾矿的细度模数为2.0～2.5，石墨尾矿的堆积密度为1400～1500kg/m3；废弃碳纤维的长度为5～8mm，直径为5～10μm，拉伸模量为200～300GPa，电阻率为1.0～3.0Ω·cm【长度5～8mm且直径5～10μm的废弃碳纤维在导电混凝土中分散性相对较好，较容易在混凝土中桥接形成网络导电通路；若其长度小于5mm，则废弃碳纤维对混凝土基体的增韧和裂纹扩展抑制作用难以达到理想效果，若其长度大于8mm，则在混凝土基体中易发生变形，从而降低了其对混凝土基体的桥接作用；若废弃碳纤维直径过大，则分散性差易团聚，若直径过小，则柔韧性太大，强度和刚度较低，在混凝土基体中易变形且对其强度的提升作用较小】。
上述基于固废导电相的导电混凝土，水泥为型号为P·O 42.5的普通硅酸盐水泥；中砂细骨料为细度模数3.06的水洗中砂，水洗中砂的堆积密度为1662.0kg/m3；碎石粗骨料的粒径范围为5～20mm；石墨尾矿的细度模数为2.1，石墨尾矿的堆积密度为1467.2kg/m3；废弃碳纤维的长度为6mm，直径为7μm，拉伸模量为230GPa，电阻率为1.0～3.0Ω·cm；减水剂为聚羧酸高效减水剂。
本发明针对当前导电混凝土造价高昂的不足之处，以及工业固废的资源化再利用，选择使用普通硅酸盐水泥、细骨料选择水洗中砂、粗骨料选择碎石、导电相为废弃碳纤维和石墨尾矿（二者均为回收来的固废材料），来制备导电混凝土。此外，在制备导电混凝土过程中使用两种外加剂，即羧甲基纤维素钠和磷酸二丁酯；其中羧甲基纤维素钠作为分散剂，旨在提高废弃碳纤维导电相在混凝土基体内部的分散性，使得互相搭接并形成导电网络通路以提高混凝土的导电性能；而磷酸二丁酯作为消泡剂，可消除添加分散剂所造成的气泡，从而促进导电混凝土基体更加致密，提高其混凝土的力学性能。本发明基于固废导电相的导电混凝土具有成本低、性能好、绿色环保等优点。
上述基于固废导电相的导电混凝土的制备方法，包括如下步骤：
步骤（1）、将中砂细骨料、碎石粗骨料和石墨尾矿倒入混凝土搅拌机中搅拌混合均匀，得到混合干料A；
步骤（2）、向混合干料A中倒入水泥继续搅拌混合，得到混合干料B；与直接将上述四种干料一步混合相比，先将中砂细骨料、碎石粗骨料和石墨尾矿混合均匀后再加入水泥干混，混合效果更好，石墨尾矿在混合混凝土基体中分散的更均匀；
步骤（3）、先将羧甲基纤维素钠用总需要量80wt%的水分散溶解，得到羧甲基纤维素钠分散液；然后向羧甲基纤维素钠分散液中依次加入废弃碳纤维和磷酸二丁酯并进行搅拌混合至混合均匀且无明显气泡，得到废弃碳纤维分散液；本发明使用全部用量80wt%的水用于溶解羧甲基纤维素钠，可获得浓度适中、粘稠较好的羧甲基纤维素钠分散液，该浓度和粘稠度的分散液用于分散废弃碳纤维能够使得废弃碳纤维均匀稳定的悬浮在废弃碳纤维分散液中；若全部用量的水都用于配制羧甲基纤维素钠分散液，则得到的羧甲基纤维素钠分散液较稀，废弃碳纤维在该分散液中难以稳定悬浮分散；
步骤（4）、将废弃碳纤维分散液、总需要量20wt%的水和减水剂依次倒入到混合干料B中进行搅拌混合，得到导电混凝土料浆；
步骤（5）、将导电混凝土料浆浇筑到模具中进行充分震动，然后放入标准养护室中进行养护，养护完成即得到基于固废导电相的导电混凝土。
上述基于固废导电相的导电混凝土的制备方法，步骤（3）包括如下步骤：
步骤（3-1）、将羧甲基纤维素钠、总需要量80wt%的水、废弃碳纤维和磷酸二丁酯分别按质量分成n等份，n取整且大于或等于3；分成多等份分别对废弃碳纤维进行分散相比一次性分散能够获得更好的分散效果，且能够显著降低对分散设备和工艺的要求；
步骤（3-2）、将每等份的羧甲基纤维素钠分别分次加入到每等份的水中，边加边按照100 r/min的速率进行搅拌，待每等份的羧甲基纤维素钠全部加入后，按照600 r/min的速率继续搅拌6min；按照同样的方法共配制得到n等份均匀粘稠状的羧甲基纤维素钠分散液；在分散羧甲基纤维素钠时，先100 r/min的速率低速搅拌，待全部加入水中后再以600r/min的速率高速搅拌是因为在粉末状的羧甲基纤维素钠需要小量逐次倒入，防止瞬间加过量羧甲基纤维素钠遇水时，由于内部的极性键会易相互吸引而发生团聚，不易在水中搅拌分散开；当羧甲基纤维素钠全部加入水中后，若搅拌速度过快或过慢均不利于充分分散羧甲基纤维素钠以制备均匀的分散液。
步骤（3-3）、将每等份的废弃碳纤维分次加入到每等份的羧甲基纤维素钠分散液中，边加边以300r/min的速率进行搅拌，待废弃碳纤维加入完毕后再加入每等份的磷酸二丁酯，继续以300r/min的速率搅拌至废弃碳纤维分散均匀且粘稠浆体内部无明显气泡；按照同样的方法共配制得到n等份废弃碳纤维分散液。废弃碳纤维加入时控制其搅拌速度为300r/min是因为搅拌速度过高或过低对废弃碳纤维的分散效果均会产生不利的影响：若搅拌速度过高，分散液无法紧密包裹废弃碳纤维周边，使得废弃碳纤维之间无法充分分散，若搅拌速度过低，搅拌所产生的力不足以机械分散开废弃碳纤维。
上述基于固废导电相的导电混凝土的制备方法，步骤（1）中的搅拌速率为45r/min，搅拌时间为3min；步骤（2）中的搅拌速率为45r/min，搅拌时间为3min；步骤（4）中的搅拌速率为45r/min，搅拌时间为5min。
上述基于固废导电相的导电混凝土的制备方法，步骤（5）中，导电混凝土料浆分至少三次浇筑到模具中，每次浇筑后都进行震动，总震动时间为2～3min；标准养护室的养护条件为：温度控制在20±2℃，湿度大于或等于95%。
本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：
1、本发明首次提出利用废弃碳纤维和石墨尾矿两种固废作为导电相制备导电混凝土，添加裁剪成短切碳纤维的废弃碳纤维可改善石墨尾矿导电相在混凝土导电性能和力学性能方面的不足，而石墨尾矿的添加则有利于废弃碳纤维网络导电通路的形成，显著提高废弃碳纤维网络导电通路的稳定性，两种导电相材料具有协同作用，共同提高导电纤维的导电性能和力学性能。本发明不仅可实现环境保护和废弃物资源化再利用目的，还有效地降低导电混凝土生产制备成本，推动导电混凝土在实际工程中的应用。
2、本发明基于固废导电相的导电混凝土中，通过控制石墨尾矿、废弃碳纤维两种固废导电相的掺量，选择羧甲基纤维素钠作为分散剂、磷酸二丁酯作为消泡剂、聚羧酸高效减水剂作为减水剂，并调控水泥、分散剂、消泡剂、减水剂、骨料和水的用量，使得废弃碳纤维在混凝土基体中均匀分散并能与石墨尾矿协同形成具有稳定结构的网络导电通路，使得废弃碳纤维和石墨尾矿的加入在显著提高导电混凝土导电性能的同时也能有效提升导电混凝土的力学性能。
3、本发明在制备基于固废导电相的导电混凝土时，先将中砂细骨料、碎石粗骨料和石墨尾矿混合均匀后再加入水泥干混获得混合干料，然后将废弃碳纤维分批次分散到羧甲基纤维素钠分散液中，并加入磷酸二丁酯进行消泡，使得废弃碳纤维先稳定分散到羧甲基纤维素钠分散液中；最后再将废弃碳纤维分散液、总需要量20wt%的水和减水剂倒入混合干料中混合制备导电混凝土料浆。这种制备工艺能够使得废弃碳纤维在混凝土料浆中均匀稳定的分散并在混凝土基体中与石墨尾矿桥接形成结构优良的网络导电通路，这种稳定分散的固废导电相结构不仅能显著提高导电混凝土的导电性能，而且可以起到骨料的作用提高导电混凝土的力学强度。
附图说明
图1 本发明实施例1中基于固废导电相的导电混凝土的制备流程图；
图2 本发明实施例1中四电极法直流电源测混凝土电阻率（图中标注单位均为毫米）；
图3 本发明实施例1中不锈钢电极网格示意图（图中标注单位均为毫米）。
具体实施方式
实施例1
本实施例基于固废导电相的导电混凝土由如下重量份的各组分组成：水泥为18.737重量份，中砂细骨料为20.111重量份，碎石粗骨料为43.096重量份，石墨尾矿为8.619重量份，废弃碳纤维为3.747重量份（为水泥质量的20wt%），羧甲基纤维素钠为0.056重量份，磷酸二丁酯为0.011重量份，减水剂为0.937重量份（为废弃碳纤维质量的25wt%），水为9.369重量份；其中水泥为型号为P·O 42.5的普通硅酸盐水泥；减水剂为山西飞科新材料科技有限公司生产的FK-A型聚羧酸高效减水剂；中砂细骨料为细度模数3.06的水洗中砂，水洗中砂的堆积密度为1662.0kg/m3；碎石粗骨料的粒径范围为5～20mm；石墨尾矿的细度模数为2.1，石墨尾矿的堆积密度为1467.2kg/m3；废弃碳纤维的长度为6mm，直径为7μm，拉伸模量为230GPa，电阻率为1.0～3.0Ω·cm；水为工业用水。
如图1所示，本实施例基于固废导电相的导电混凝土的制备方法包括如下步骤：
步骤（1）、将20.111重量份的中砂细骨料、43.096重量份的碎石粗骨料和8.619重量份的石墨尾矿倒入混凝土搅拌机中以45r/min的搅拌速率搅拌混合3min，得到混合干料A；
步骤（2）、向混合干料A中倒入18.737重量份的水泥继续以45r/min的搅拌速率搅拌混合3min，得到混合干料B；
步骤（3）、先将羧甲基纤维素钠用总需要量80wt%的水分散溶解，得到羧甲基纤维素钠分散液；然后向羧甲基纤维素钠分散液中依次加入废弃碳纤维和磷酸二丁酯并进行搅拌混合至混合均匀且无明显气泡，得到废弃碳纤维分散液；具体包括如下步骤：
步骤（3-1）、将羧甲基纤维素钠0.056重量份、总需要量80wt%的水7.495重量份、废弃碳纤维3.747重量份和磷酸二丁酯0.011重量份分别按质量分成三等份；
步骤（3-2）、将每等份约0.019重量份的羧甲基纤维素钠分别分多次加入到每等份的水2.498重量份中，边加边按照100 r/min的速率进行搅拌，待每等份的羧甲基纤维素钠全部加入后，按照600 r/min的速率继续搅拌6min；按照同样的方法共配制得到三等份均匀粘稠状的羧甲基纤维素钠分散液；
步骤（3-3）、将每等份的废弃碳纤维1.249重量份分多次加入到每等份的羧甲基纤维素钠分散液中，边加边以300r/min的速率进行搅拌，待废弃碳纤维加入完毕后再加入每等份的磷酸二丁酯约0.004重量份，继续以300r/min的速率搅拌至废弃碳纤维分散均匀且粘稠浆体内部无明显气泡；按照同样的方法共配制得到三等份废弃碳纤维分散液；
步骤（4）、将废弃碳纤维分散液、总需要量20wt%的水1.874重量份和减水剂0.937重量份依次倒入到混合干料B中以45r/min的搅拌速率搅拌混合5min，得到导电混凝土料浆；
步骤（5）、将导电混凝土料浆分多次浇筑到模具中，每次浇筑后都要进行充分震动，将混凝土中的气泡排出，混凝土的震动总时间控制在 2-3min，浇筑完成后放入标准养护室中，设置养护温度为20±2℃，湿度大于 95%，养护至规定的龄期后取出，即得到基于固废导电相的导电混凝土。
为了对本实施例制备得到的基于固废导电相的导电混凝土的性能进行测试，本实施例所用浇筑模具为三联100mm×100mm×100mm和100mm×100mm×400mm两种模具，其中，前者模具浇筑得到的立方体试块用来测试混凝土抗压强度，而后者模具浇筑得到的棱柱体试块用来测试混凝土电阻率。如图2所示，在棱柱体混凝土试块内嵌入4个不锈钢电阻网，尺寸为130mm×95mm且网格孔为长对角12mm，短对角7mm的菱形网格；此外，不锈钢网间隔设置为100mm，最外端不锈钢网距离试块的侧端面均为50mm，试验采用“四电极法”直流电源测导电混凝土电阻率，计算公式如（1）所示。
（1）
式（1）中，ρ为导电混凝土电阻率，单位为Ω•m；R为混凝土电阻，单位为Ω；U为测得的直流电压，单位为V；I为测得的电流，单位为A；A为内嵌入混凝土的电极网面积，单位m2；L为中间两电极网的间距，单位为m。
实施例2
本实施例基于固废导电相的导电混凝土的组分与实施例1的区别仅在于：废弃碳纤维的用量为水泥质量的30wt%，即5.621重量份；减水剂的用量为废弃碳纤维用量的25wt%，即1.405重量份。
本实施例基于固废导电相的导电混凝土的制备方法与实施例相同，区别仅在于相应步骤中加入的废弃碳纤维和减水剂用量不同。
本实施例基于固废导电相的导电混凝土抗压强度和电阻率测试方法同实施例1。
实施例3
本实施例基于固废导电相的导电混凝土的组分与实施例1的区别仅在于：废弃碳纤维的用量为水泥质量的40wt%，即7.495重量份；减水剂的用量为废弃碳纤维用量的25wt%，即1.874重量份。
本实施例基于固废导电相的导电混凝土的制备方法与实施例相同，区别仅在于相应步骤中加入的废弃碳纤维和减水剂用量不同。
本实施例基于固废导电相的导电混凝土抗压强度和电阻率测试方法同实施例1。
实施例1至实施例3的步骤（3-1）中废弃碳纤维、外加剂（羧甲基纤维素钠和磷酸二丁酯）及工业用水量见表1（此处的工业用水量为总工业用水量的80%）；减水剂的用量见表2。
表1 废弃碳纤维、外加剂及工业用水量
表2 减水剂用量
经测试，实施例1至实施例3的基于固废导电相的导电混凝土的抗压强度和电阻率分别如表3和表 4所示。
表3 基于固废导电相的导电混凝土的抗压强度
表4 基于固废导电相的导电混凝土的电阻率
从表3和表4中可以看出：三种不同废弃碳纤维掺量下，其28d导电混凝土抗压强度远大于C30混凝土设计强度（30 MPa）；随着废弃碳纤维掺量增大，其导电混凝土抗压强度呈上升趋势。此外，废弃碳纤维掺量增大，其导电混凝土电阻率逐渐降低，表明废弃碳纤维逐渐搭接成导电网络，可为电子转移提供传导通路，有效降低导电混凝土电阻率。因此，本发明基于固废导电相的导电混凝土在力学性能和导电性能两方面，均表现出优异的工作性能，适用于公路、桥梁、停车场、建筑等土木工程领域，具有较好的运用前景。
本发明基于固废导电相的导电混凝土可实现利用工业固废材料作为导电相，并替代部分细骨料以制备导电混凝土，实现工业固废资源化再利用，也减少混凝土生产过程中天然细骨料资源的消耗，有效地降低导电混凝土的生产制备成本，突显其固废型导电混凝土的经济性优势；有望替代现有利用昂贵导电材料所制备的导电混凝土，从而实现绿色环保、低成本、性能好的目标。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。
Claims (6)
1.一种基于固废导电相的导电混凝土，其特征在于，由水泥、中砂细骨料、碎石粗骨料、石墨尾矿、废弃碳纤维、羧甲基纤维素钠、磷酸二丁酯、减水剂和水组成；
石墨尾矿的质量为中砂细骨料与石墨尾矿质量之和的10～30wt%；废弃碳纤维的质量为水泥质量的20～40wt%；减水剂的质量为废弃碳纤维的质量的20～25wt%；
水泥为16～20重量份，中砂细骨料为20～22重量份，碎石粗骨料为40～45重量份，石墨尾矿为8～10重量份，废弃碳纤维为3～8重量份，羧甲基纤维素钠为0.05～0.06重量份，磷酸二丁酯为0.010～0.015重量份，减水剂为0.75～2重量份，水为8～10重量份；
中砂细骨料为细度模数3～5的水洗中砂，水洗中砂的堆积密度为1600～1700kg/m3；碎石粗骨料的粒径范围为5～20mm；石墨尾矿的细度模数为2.0～2.5，石墨尾矿的堆积密度为1400～1500kg/m3；废弃碳纤维的长度为5～8mm，直径为5～10μm，拉伸模量为200～300GPa，电阻率为1.0～3.0Ω·cm。
2.根据权利要求1所述的基于固废导电相的导电混凝土，其特征在于，水泥为18.737重量份，中砂细骨料为20.111重量份，碎石粗骨料为43.096重量份，石墨尾矿为8.619重量份，废弃碳纤维为7.495重量份，羧甲基纤维素钠为0.056重量份，磷酸二丁酯为0.011重量份，减水剂为1.874重量份，水为9.369重量份。
3.根据权利要求2所述的基于固废导电相的导电混凝土，其特征在于，水泥为型号为P·O 42.5的普通硅酸盐水泥；减水剂为聚羧酸高效减水剂；水为工业用水。
4.如权利要求1-3任一所述的一种基于固废导电相的导电混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤（1）、将中砂细骨料、碎石粗骨料和石墨尾矿倒入混凝土搅拌机中搅拌混合均匀，得到混合干料A；
步骤（2）、向混合干料A中倒入水泥继续搅拌混合，得到混合干料B；
步骤（3）、先将羧甲基纤维素钠用总需要量80wt%的水分散溶解，得到羧甲基纤维素钠分散液；然后向羧甲基纤维素钠分散液中依次加入废弃碳纤维和磷酸二丁酯并进行搅拌混合至混合均匀且无明显气泡，得到废弃碳纤维分散液；
步骤（4）、将废弃碳纤维分散液、总需要量20wt%的水和减水剂依次倒入到混合干料B中进行搅拌混合，得到导电混凝土料浆；
步骤（5）、将导电混凝土料浆浇筑到模具中进行充分震动，然后放入标准养护室中进行养护，养护完成即得到如权利要求1-3任一所述的基于固废导电相的导电混凝土；
步骤（3）包括如下步骤：
步骤（3-1）、将羧甲基纤维素钠、总需要量80wt%的水、废弃碳纤维和磷酸二丁酯分别按质量分成n等份，n取整且大于或等于3；
步骤（3-2）、将每等份的羧甲基纤维素钠分别分次加入到每等份的水中，边加边按照100 r/min的速率进行搅拌，待每等份的羧甲基纤维素钠全部加入后，按照600 r/min的速率继续搅拌6min；按照同样的方法共配制得到n等份均匀粘稠状的羧甲基纤维素钠分散液；
步骤（3-3）、将每等份的废弃碳纤维分次加入到每等份的羧甲基纤维素钠分散液中，边加边以300r/min的速率进行搅拌，待废弃碳纤维加入完毕后再加入每等份的磷酸二丁酯，继续以300r/min的速率搅拌至废弃碳纤维分散均匀且粘稠浆体内部无明显气泡；按照同样的方法共配制得到n等份废弃碳纤维分散液。
5.根据权利要求4所述的基于固废导电相的导电混凝土的制备方法，其特征在于，步骤（1）中的搅拌速率为45r/min，搅拌时间为3min；步骤（2）中的搅拌速率为45r/min，搅拌时间为3min；步骤（4）中的搅拌速率为45r/min，搅拌时间为5min。
6.根据权利要求4所述的基于固废导电相的导电混凝土的制备方法，其特征在于，步骤（5）中，导电混凝土料浆分至少三次浇筑到模具中，每次浇筑后都进行震动，总震动时间为2～3min；标准养护室的养护条件为：温度控制在20±2℃，湿度大于或等于95%。
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101306936A (zh) * | 2008-07-04 | 2008-11-19 | 同济大学 | 可用于钢筋混凝土结构中的导电砂浆材料及其制备方法 |
| CN102432239A (zh) * | 2011-09-19 | 2012-05-02 | 重庆大学 | 耐腐蚀高强度导电混凝土及其制备方法 |
| CN103193421A (zh) * | 2013-03-12 | 2013-07-10 | 北京中企卓创科技发展有限公司 | 一种具有融雪化冰功能的碳纤维导电混凝土的制备方法 |
| CN103833279A (zh) * | 2014-02-14 | 2014-06-04 | 浙江建设职业技术学院 | 一种用于钢筋混凝土结构阴极保护的导电砂浆及其应用 |
| CN106116362A (zh) * | 2016-06-28 | 2016-11-16 | 西京学院 | 一种碳纤维复合石墨烯增强再生混凝土的制备方法 |
| CN107540287A (zh) * | 2017-09-11 | 2018-01-05 | 上海鸣与信息科技发展有限公司 | 一种采用石墨尾矿的导电混凝土及其制备方法和应用 |
| CN107814536A (zh) * | 2017-11-24 | 2018-03-20 | 北京煜煌科技有限公司 | 一种市政建筑工程用路面混凝土 |
| CN112521076A (zh) * | 2020-12-15 | 2021-03-19 | 中国十七冶集团有限公司 | 一种铁尾矿大坍落度高强导电混凝土及其制备方法 |
-
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Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101306936A (zh) * | 2008-07-04 | 2008-11-19 | 同济大学 | 可用于钢筋混凝土结构中的导电砂浆材料及其制备方法 |
| CN102432239A (zh) * | 2011-09-19 | 2012-05-02 | 重庆大学 | 耐腐蚀高强度导电混凝土及其制备方法 |
| CN103193421A (zh) * | 2013-03-12 | 2013-07-10 | 北京中企卓创科技发展有限公司 | 一种具有融雪化冰功能的碳纤维导电混凝土的制备方法 |
| CN103833279A (zh) * | 2014-02-14 | 2014-06-04 | 浙江建设职业技术学院 | 一种用于钢筋混凝土结构阴极保护的导电砂浆及其应用 |
| CN106116362A (zh) * | 2016-06-28 | 2016-11-16 | 西京学院 | 一种碳纤维复合石墨烯增强再生混凝土的制备方法 |
| CN107540287A (zh) * | 2017-09-11 | 2018-01-05 | 上海鸣与信息科技发展有限公司 | 一种采用石墨尾矿的导电混凝土及其制备方法和应用 |
| CN107814536A (zh) * | 2017-11-24 | 2018-03-20 | 北京煜煌科技有限公司 | 一种市政建筑工程用路面混凝土 |
| CN112521076A (zh) * | 2020-12-15 | 2021-03-19 | 中国十七冶集团有限公司 | 一种铁尾矿大坍落度高强导电混凝土及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 废弃碳纤维混凝土机敏特性研究;高腾翔;万方数据中国学位论文全文数据库;20240111;第9-32页 * |
| 石墨尾矿水泥砂浆的导电性能分析;王亮量;中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑;20210415(第4期);第9-19、37-52页 * |
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