專(zhuān)利名稱(chēng)：納米炭黑導(dǎo)電混凝土的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及混凝土技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及納米炭黑導(dǎo)電混凝土。
背景技術(shù)：
在普通混凝土內(nèi)添加導(dǎo)電填料，如碳纖維、鋼纖維、鋼渣、石墨等，可大大提高其導(dǎo)電性。碳纖維細(xì)小、化學(xué)穩(wěn)定性好，在混凝土內(nèi)易形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，但材料成本高，成型工藝較復(fù)雜。鋼纖維在水泥堿性環(huán)境中，表面產(chǎn)生氧化鈍化層，使導(dǎo)電混凝土的電阻率穩(wěn)定性差。鋼渣導(dǎo)電混凝土中，鋼渣質(zhì)量百分比占干基材料的83.3％時(shí)，混凝土的電阻率僅為3000Ω.cm，因此導(dǎo)電性較差。石墨導(dǎo)電混凝土中，石墨摻量一般為水泥質(zhì)量的20％左右，摻量較高，并且這種混凝土的抗壓強(qiáng)度隨石墨摻量的增加呈急劇下降趨勢(shì)，高摻量石墨導(dǎo)電混凝土僅適用于對(duì)強(qiáng)度要求不高的場(chǎng)所。如果采用濕法高壓擠壓成型制作石墨導(dǎo)電混凝土，可使石墨摻量降低并具有較高抗壓強(qiáng)度，但在制造2cm厚的板時(shí)，用于擠水的壓力達(dá)到90～120kg/cm2，意味著大板成型則需要大噸位壓力設(shè)備，對(duì)模具和密封要求也較高，不利于現(xiàn)場(chǎng)大面積澆注施工。采用復(fù)摻石墨粉和碳纖維或鋼纖維制備的導(dǎo)電混凝土，可以提高導(dǎo)電混凝土的力學(xué)性能，但存在導(dǎo)電相復(fù)雜、成本高、電阻率穩(wěn)定性差等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種性能優(yōu)異和便于推廣應(yīng)用的納米炭黑導(dǎo)電混凝土，以克服現(xiàn)有導(dǎo)電混凝土存在的不足。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是含有以硅酸鹽水泥和砂組成的基本材料，加入納米炭黑作為導(dǎo)電材料后構(gòu)成納米炭黑導(dǎo)電混凝土。導(dǎo)電材料的各成分相對(duì)于水泥和砂總質(zhì)量的百分比為納米炭黑0.05～3，納米炭黑分散劑0～3，混凝土減水劑0～0.75。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下主要的突出效果其一，利用炭黑納米導(dǎo)電粒子間的隧道效應(yīng)形成混凝土基體內(nèi)無(wú)導(dǎo)線(xiàn)的連接，采用較少的摻量，就能得到導(dǎo)電性好、力學(xué)強(qiáng)度高、電阻率穩(wěn)定和電熱均勻性好的導(dǎo)電混凝土。
本發(fā)明采用的納米碳黑粒徑大約為33納米，比表面積為1056m2/g，電阻率約為0.2～10Ω·cm。碳黑能夠大大減低混凝土的電阻率，這是因?yàn)樘亢诘慕Y(jié)構(gòu)性是以碳黑粒子間聚成鏈狀或葡萄狀的程度來(lái)表示的，炭黑的這種結(jié)構(gòu)性容易形成空間導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)通道。一方面，炭黑滲入到混凝土基體的孔隙中，使材料更密實(shí)，從而取代原來(lái)水的位置，改善了材料的微結(jié)構(gòu)，能夠減弱含水量對(duì)導(dǎo)電混凝土電阻率的影響程度，可提高電阻率的穩(wěn)定性；另一方面，隨著炭黑摻量增加，處于分散狀態(tài)的炭黑粒子或炭黑粒子集合體的密度也越大，粒子間的平均距離越小，相互接觸的幾率越高，易形成鏈?zhǔn)綄?dǎo)電結(jié)構(gòu)。并且，平均距離減小有利于粒子間的隧道導(dǎo)電。
其二，價(jià)格較低所采用的納米導(dǎo)電炭黑市價(jià)與石墨粉價(jià)格相當(dāng)。
其三，便于制作采用普通混凝土制備工藝即可。
其四，應(yīng)用廣可廣泛用于電采暖地面、融雪化冰、電磁波屏蔽和接地工程等。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供的是一種含有以硅酸鹽水泥和砂組成的基本材料，并且加入納米炭黑作為導(dǎo)電材料后構(gòu)成的納米炭黑導(dǎo)電混凝土。導(dǎo)電材料的各成分相對(duì)于水泥和砂總質(zhì)量的百分比為納米炭黑0.05～3，納米炭黑分散劑0～3，混凝土減水劑0～0.75。
上述納米炭黑可采用表面處理或表面未處理的產(chǎn)品，其技術(shù)參數(shù)為粒徑為28～35納米，比表面積約為1056m2/g，電阻率為0.2～10Ω·cm；或根據(jù)實(shí)際需要而定。為了便于制備，可采用親水性納米導(dǎo)電炭黑，或水性納米炭黑分散劑。
本發(fā)明提供的納米炭黑導(dǎo)電混凝土應(yīng)用廣泛，其能夠在電采暖地面、融雪化冰、電磁波屏蔽或接地工程等領(lǐng)域的應(yīng)用。
本發(fā)明提供的納米炭黑導(dǎo)電混凝土制備工藝簡(jiǎn)單，采用普通混凝土制備工藝即可。例如首先將碳黑與分散劑混合好，再加入水泥、砂、減水劑和水?dāng)嚢?。配合料拌合均勻后加入模具成型，同時(shí)埋入不銹鋼絲網(wǎng)電極，并進(jìn)行正常脫模、養(yǎng)護(hù)。
下面結(jié)合具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
實(shí)施例采用42.5普通硅酸鹽水泥，原材料及其配比以及養(yǎng)護(hù)28天之后相應(yīng)的電阻率和抗壓強(qiáng)度如表1所示，納米炭黑(簡(jiǎn)稱(chēng)炭黑)、納米炭黑分散劑(簡(jiǎn)稱(chēng)分散劑)和混凝土減水劑(簡(jiǎn)稱(chēng)減水劑)的配合比以其占水泥與砂總重量的百分比表示。
由表1可知隨著炭黑摻量的增加，其導(dǎo)電性能越好。在摻量達(dá)到2.5％左右時(shí)，再增加炭黑對(duì)電阻率影響不大。摻入炭黑后混凝土的抗壓強(qiáng)度減小，但仍保持較高強(qiáng)度。
表1

在外加恒定電壓作用下，納米炭黑導(dǎo)電混凝土板(炭黑摻量1.65％)絕對(duì)溫升、電流和電阻的變化情況如表2所示。
由表2可知外加電壓越大，則單位面積電熱功率越大，板面溫升越高。電阻在升溫過(guò)程中略有減小，電熱功率較穩(wěn)定。
表2

權(quán)利要求
1.一種導(dǎo)電混凝土，含有以硅酸鹽水泥和砂組成的基本材料，其特征是加入納米炭黑作為導(dǎo)電相構(gòu)成納米炭黑導(dǎo)電混凝土，導(dǎo)電材料的各成分相對(duì)于水泥和砂總質(zhì)量的百分比為納米炭黑0.05～3，納米炭黑分散劑0～3，混凝土減水劑0～0.75。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電混凝土，其特征是采用表面處理或表面未處理的納米炭黑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的導(dǎo)電混凝土，其特征是采用親水性納米導(dǎo)電炭黑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電混凝土，其特征是納米炭黑分散劑為水性分散劑。
5.納米炭黑導(dǎo)電混凝土在電采暖地面或融雪化冰或電磁波屏蔽或接地工程的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及納米炭黑導(dǎo)電混凝土，具體是含有以硅酸鹽水泥和砂組成的基本材料，加入納米炭黑作為導(dǎo)電相構(gòu)成納米炭黑導(dǎo)電混凝土。導(dǎo)電材料的各成分相對(duì)于水泥和砂總質(zhì)量的百分比為納米炭黑0.05～3，納米炭黑分散劑0～3，混凝土減水劑0～0.75。本發(fā)明利用炭黑納米導(dǎo)電粒子間的隧道效應(yīng)形成混凝土基體內(nèi)無(wú)導(dǎo)線(xiàn)的連接，采用較少的摻量，就能得到導(dǎo)電性好、力學(xué)強(qiáng)度高、電阻率穩(wěn)定和電熱均勻性好的導(dǎo)電混凝土；價(jià)格較低；便于制作；可廣泛用于電采暖地面、融雪化冰、電磁波屏蔽和接地工程等。
文檔編號(hào)C04B14/02GK1844025SQ20061001884
公開(kāi)日2006年10月11日 申請(qǐng)日期2006年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月20日
發(fā)明者孫明清, 李卓球, 王小英, 龍曦 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)