專利名稱：水泥基石墨鋼纖維復(fù)合導(dǎo)電材料制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于新材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及到使用石墨及高摻量鋼纖維作為導(dǎo)電相制造一種高強(qiáng)度低電阻率新型建筑材料的方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著建筑向著智能化方向的發(fā)展，對普通建筑材料的多功能性和智能化的要求日益迫切。建筑橋面材料、路面材料具有穩(wěn)定的低電阻率冬季進(jìn)行通電融雪除冰；用高強(qiáng)度低電阻率材料制造結(jié)構(gòu)構(gòu)件，通過監(jiān)控電阻率的微小變化來監(jiān)控結(jié)構(gòu)損傷情況，這些均是建筑智能化的重要方面。要想實(shí)現(xiàn)這一目的，必須通過使用穩(wěn)定可靠的高強(qiáng)度低電阻率的建筑材料。水泥基復(fù)合材料作為最大宗的建筑材料，目前國內(nèi)外對其進(jìn)行導(dǎo)電性方面的改性方法主要有以下三種方法，即以石墨作為導(dǎo)電相實(shí)現(xiàn)材料導(dǎo)電性能；以低摻量鋼纖維和鋼屑為導(dǎo)電相實(shí)現(xiàn)材料導(dǎo)電性能；以碳纖維為導(dǎo)電相實(shí)現(xiàn)材料導(dǎo)電性能。這三種方法均可以使復(fù)合材料的電阻率降低到10Ω.m以下，一般可以滿足導(dǎo)電性能的要求，但也均存在一定的缺點(diǎn)以石墨作為導(dǎo)電相實(shí)現(xiàn)材料導(dǎo)電性能，這種方法由于石墨的摻入，材料的強(qiáng)度明顯下降，一般在石墨摻量達(dá)到水泥重量的10％左右時，抗壓強(qiáng)度損失會達(dá)90％以上，強(qiáng)度降低到10MPa以下，已不能滿足結(jié)構(gòu)受力要求。以低摻量鋼纖維和鋼屑為導(dǎo)電相實(shí)現(xiàn)材料導(dǎo)電性能，這種方法是以傳統(tǒng)的攪拌工藝成型復(fù)合材料，受攪拌工藝的限制鋼纖維摻量很難超過1％。其最大的缺點(diǎn)是材料導(dǎo)電性能(電阻率)的穩(wěn)定性差，一般在一年后由于鋼纖維和鋼屑的銹蝕和氧化鈍化，其電阻率增大可達(dá)初始值得100倍以上，基本上失去了導(dǎo)電性能而不能繼續(xù)使用。以碳纖維為導(dǎo)電相實(shí)現(xiàn)材料導(dǎo)電性能，這種方法由于碳纖維的價格昂貴，使得這種方法的應(yīng)用十分不經(jīng)濟(jì)，因而影響了其大范圍的使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于為橋面、路面提供一種既具有良好力學(xué)性能又能導(dǎo)電發(fā)熱，解決冬季橋、路面融雪除冰問題的新型建筑材料；該材料也可用于建筑結(jié)構(gòu)中，通過對結(jié)構(gòu)受力過程材料電阻率的微小變化來實(shí)現(xiàn)對結(jié)構(gòu)損傷進(jìn)行自監(jiān)控的目的。
本發(fā)明基本原理是高體積率鋼纖維和石墨粒子在復(fù)合材料基體中共同形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，由于兩種導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的共同作用，以及石墨離子導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)良好的長期穩(wěn)定性，因此該新型復(fù)合材料的電阻率很低且抗壓強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度有大幅度提高，避免了其它方法在追求電阻率的降低而嚴(yán)重?fù)p失強(qiáng)度的缺點(diǎn)。
本發(fā)明的技術(shù)方案是以鋼纖維和石墨作為復(fù)合材料的導(dǎo)電相，采用高流動性水泥石墨砂漿注漿成型工藝，該工藝可使鋼纖維體積率高達(dá)15％以上，石墨摻量為水泥重量的10％以上。高摻量的鋼纖維和石墨在材料基體中共同形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，材料電阻率在5？Ω.m之間，抗壓強(qiáng)度可達(dá)80MPa以上，抗折強(qiáng)度可達(dá)30MPa以上；本發(fā)明的效果和益處是，這種水泥基復(fù)合材料，具有較低的電阻率和優(yōu)良的力學(xué)性能(抗壓強(qiáng)度在80MPa以上抗彎強(qiáng)度在30MPa以上)和良好的電阻率長期穩(wěn)定性，2年以上電阻率無明顯變化。該材料生產(chǎn)簡單，造價低廉，廣泛適用于橋面路面冬季融雪除冰，室內(nèi)地面采暖，以及結(jié)構(gòu)損傷自監(jiān)控等工程中，能夠產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合技術(shù)方案詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施例。
實(shí)施例一步驟1.將長度30-40mm，長徑比50-60的平直形鋼纖維均勻撒布于一定形狀的模具內(nèi)，鋼纖維體積率在16％-8％范圍內(nèi)。
步驟2.水泥柺珫硅灰砂漿制作水泥采用42.5MPa硅酸鹽水泥，石墨采用粉末石墨，細(xì)度200-250目，含碳量96％-98％，含硫量小于0.05％，含水率小于1％。砂子采用細(xì)砂，粒徑125-150μm。膠砂比(水泥+石墨+硅灰與砂子得重量比)為1∶1.25，水泥與硅灰的重量比為10∶1，水泥與石墨重量比為10∶1。高效減水劑摻量為水泥+石墨+硅灰重量之和的1％。水膠比(拌合用水與水泥+石墨+硅灰重量比)為0.38。將水泥石墨倒入砂漿攪拌機(jī)內(nèi)攪拌30-60秒，然后將砂子倒入攪拌機(jī)內(nèi)攪拌30-60秒，將高效減水劑溶解于拌合水中徐徐倒入攪拌機(jī)內(nèi)攪拌60秒。
步驟3.將步驟2制成的料漿注入步驟1已均勻撒布鋼纖維的模具中，為使料漿能均勻地填埋鋼纖維層中，可使模具經(jīng)適度振動。如制作的是構(gòu)件，可置于溫度20±2℃，相對濕度大于90％的養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù)28天，拆模即可。如果現(xiàn)場制作，注漿成型后在表面覆蓋一層塑料薄膜進(jìn)行養(yǎng)護(hù)至一定齡期即可。
實(shí)施例二步驟1.將長度30-35mm，長徑比40-50的異形鋼纖維均勻撒布于一定形狀的模具內(nèi)，鋼纖維體積率在15％-16％范圍內(nèi)。
步驟2與步驟3同上。
權(quán)利要求
1.一種水泥基石墨鋼纖維復(fù)合導(dǎo)電材料制備方法，是在模具中撒布鋼纖維，再將水泥石墨砂漿和減水劑配制成的性料漿注入模具中，經(jīng)養(yǎng)護(hù)而成的一種導(dǎo)電復(fù)合材料，其特征是利用石墨和鋼纖維作為導(dǎo)電相，采用細(xì)度200？50目，含碳量96％？8％的粉末石墨，砂子采用細(xì)砂，粒徑125？50μm；膠砂比(水泥+石墨+硅灰與砂子的重量比)為1∶1.25，水泥與硅灰的重量比為10∶1，水泥與石墨重量比為10∶1，高效減水劑摻量為水泥+石墨+硅灰重量之和的1％，水膠比(拌合用水與水泥+石墨+硅灰重量比)為0.38，經(jīng)攪拌制成水泥石墨砂漿，采用注漿成型制備成水泥基石墨鋼纖維復(fù)合導(dǎo)電材料。
全文摘要
水泥基石墨鋼纖維復(fù)合導(dǎo)電材料制備方法，屬于新材料技術(shù)領(lǐng)域。目的是為橋面、路面提供一種導(dǎo)電發(fā)熱進(jìn)行融雪除冰的新型水泥基復(fù)合材料，這種新型復(fù)合材料也可使用于結(jié)構(gòu)構(gòu)件上進(jìn)行結(jié)構(gòu)損傷自監(jiān)控。本發(fā)明特征是在模具中撒布鋼纖維，再將水泥石墨砂漿和高效減水劑按比例配制成的高流動性料漿注入模具中，經(jīng)養(yǎng)護(hù)而成的一種新型導(dǎo)電建筑材料。本發(fā)明的效果和益處是，這種新型水泥基復(fù)合材料，具有較低的電阻率和優(yōu)良的力學(xué)性能和良好的電阻率長期穩(wěn)定性，2年以上電阻率無明顯變化。該材料生產(chǎn)簡單，造價低廉，廣泛適用于橋面路面冬季融雪除冰，室內(nèi)地面采暖，以及結(jié)構(gòu)損傷自監(jiān)控等工程中，能夠產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
文檔編號C04B111/94GK1821152SQ20051020075
公開日2006年8月23日 申請日期2005年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月2日
發(fā)明者洪雷 申請人:大連理工大學(xué)