CN103193421A

CN103193421A - 一种具有融雪化冰功能的碳纤维导电混凝土的制备方法

Info

Publication number: CN103193421A
Application number: CN2013100786096A
Authority: CN
Inventors: 刘岩; 邓宗才; 付建斐
Original assignee: Beijing Zhongqi Zhuochuang Technology Development Co Ltd; Beijing University of Technology
Current assignee: CAAC Airport Construction Group Co.,Ltd.; Beijing University of Technology
Priority date: 2013-03-12
Filing date: 2013-03-12
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2033-03-12
Also published as: CN103193421B

Abstract

一种具有融雪化冰功能的碳纤维导电混凝土的制备方法，属于混凝土技术领域，可广泛应用于桥面、机场跑道的混凝土道面工程施工。其原料组份包括水泥、短切碳纤维、掺合料、砂、石、水，水灰比为0.55～0.58，水泥、砂、石子分别占混凝土总质量的18%～25%、20%～45%、20%～45%，碳纤维长度7～13mm，为整个混凝土体积的0.6%～2.0%。在制备过程中，将混合好的水、掺合料倒入水泥砂浆中，然后均匀加入短切碳纤维，最后倒入石子制备成碳纤维导电混凝土。碳纤维可以在混凝土中均匀分散，制备成的碳纤维导电混凝土可以利用其电热效应融雪化冰。

Description

一种具有融雪化冰功能的碳纤维导电混凝土的制备方法

技术领域

本发明涉及一种具有融雪化冰功能的碳纤维导电混凝土的制备方法，属于混凝土技术领域，适用于桥面、机场跑道的混凝土道面工程施工。

技术背景

在冬季，道路积雪结冰对交通运输产生了极为恶劣的影响。在清除道路积雪结冰的方法上，传统的方法是采用人工法和机械法。人工法费时费力，且不能及时的恢复交通；机械法虽然速度快，但是清除不彻底，且除冰机械的利用率低。此外，常用的方法还有化学融化法，如撒除冰盐法，但除冰盐会降低路面混凝土的耐久性。

在普通混凝土中加入导电相材料制备成导电混凝土，利用导电混凝土的电热效应来融雪化冰可以作为解决道路积雪结冰问题的方法。比如加入导电相材料石墨、钢纤维等。但是石墨长径比过小，必须掺加量较多时才能在混凝土内形成相互连通的导电通路，这将会导致制备出的混凝土强度大幅降低，因此不能满足路用要求；加入一定量的钢纤维也可以明显降低混凝土的电阻率，但是钢纤维在水泥的碱性环境中会在其表面形成氧化层导致电阻率明显增大。碳纤维是一种高性能纤维，具有高强度、高模量、低密度、耐腐蚀等优良性能，将其作为导电相材料加入到普通混凝土中制备成碳纤维导电混凝土，既解决了导电材料因掺量过大导致混凝土强度降低的问题，也避免了导电材料因表面氧化使混凝土随着时间的延长电阻率增大的缺点。

发明内容

碳纤维表面具有疏水性，不易在混凝土中分散，导致制备出的混凝土电阻率较大，导电性较低。目前关于碳纤维导电混凝土常用的制备方法为先形成碳纤维分散水溶液，再加入水泥形成碳纤维水泥浆，最后加入砂石搅拌成碳纤维混凝土，或者在碳纤维分散水溶液中直接加入混凝土湿料，然后搅拌制备成碳纤维混凝土。但经发明人实践，这两种方法不能使碳纤维很好的在混凝土中分散，制备出的碳纤维导电混凝土电阻率较大，导电性差。本发明的目的是提供一种具有融雪化冰功能的碳纤维导电混凝土的制备方法，使碳纤维可以在混凝土中均匀分散，使导电混凝土的电阻率减小，导电性增强，提高了碳纤维的利用率。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种具有融雪化冰功能的碳纤维导电混凝土的制备方法，其特征在于：其原料组份包括水泥、短切碳纤维、掺合料、砂、石、水，其中水灰比为0.55～0.58，水泥、砂、石子分别占混凝土总质量的18%～25%、20%～45%、20%～45%，短切碳纤维长度为7～13mm，掺量按占碳纤维导电混凝土总体积的百分比计算，为整个混凝土体积的0.6%～2.0%；

所述的掺合料的重量不超过水泥重量的10%。

所述的掺合料包括减水剂、分散剂、消泡剂，可以改善混凝土性能的材料。减水剂的掺量为胶凝材料质量的0.5%～2.0%，分散剂的掺量为胶凝材料质量的0.4%～0.8%，消泡剂的掺量约为整个混凝土体积的0.12%～0.15%。

所述的砂是天然砂或人工砂，砂的粒径不大于5mm，按干砂的用量计算，若采用的砂为湿砂，应将湿砂中水的重量计入水的用量中。

所述的减水剂重量不包括减水剂中水的重量，如果减水剂含有水，计算时把其中的水折算到水的用量中。

所述的水应符合《混凝土拌合用水标准》JGJ63-89的规定；

一种具有融雪化冰功能的碳纤维导电混凝土的制备方法，制作步骤包括如下：

在水中加入掺合料，搅拌均匀，使掺合料完全溶于水，得到掺合料的水溶液；按照配合比将水泥、砂混合，搅拌均匀后，并加入上述掺合料的水溶液，搅拌成水泥砂浆后加入短切碳纤维，搅拌制备成碳纤维水泥砂浆，利用水泥砂浆的作用帮助碳纤维在浆体中的均匀分散；在碳纤维水泥砂浆中加入石子，搅拌3～5分钟后成型养护。

本发明的有益效果如下：

该导电混凝土采用短切碳纤维作为导电相组分，与掺入石墨的混凝土相比，由于长径比大，避免了掺入过多导致强度下降；与掺入钢纤维的混凝土相比，由于碳纤维耐腐蚀，避免了后期混凝土由于导电相材料氧化导致混凝土电阻率增大的问题。

通过改善碳纤维导电混凝土的制备过程，提高了碳纤维在混凝土中的分散性，使导电混凝土的电阻率减小，导电性增强，提高了碳纤维的利用率。

在使用过程中通过对掺合料的添加量合理使用和优化，可提高碳纤维导电混凝土搅拌后的和易性，也有助于提高碳纤维导电混凝土的强度，并提高材料的经济性。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。

技术方案

实施例采用的以下典型的材料配合比如下（对比例1、2采用与实施例1相同的材料配合比）：

对于表格中所用的材料：

所用的水泥为普通硅酸盐水泥，等级为42.5；

所用的砂为天然中砂，表格中砂的质量为湿砂的质量，砂的含水率为2.5%；

所用的石子为碎石，平均粒径为10mm；

所用的水符合《混凝土拌合用水标准》JGJ63-89的规定，上表格中水的质量为去除湿砂中所含水后的水的质量；

所用的碳纤维直径7μm，长度12mm，密度1.78×10³kg/m³；

所用的减水剂为聚羧酸减水剂；

所用的分散剂为羟丙基甲基纤维素；

所用的消泡剂为PRS-6复合消泡剂（液体）。

其制作过程如下：

对比例1：

将水、减水剂、分散剂和消泡剂倒入搅拌桶内并用搅拌棒搅拌均匀，将碳纤维均匀加入搅拌桶中，用搅拌棒搅拌5分钟形成碳纤维分散水溶液，将其倒入搅拌机中，然后加入水泥搅拌1分钟，最后将砂和石子倒入搅拌机内搅拌3分钟后停机。

对比例2：

将部分水、部分减水剂、分散剂和消泡剂倒入搅拌桶并用搅拌棒搅拌均匀，将碳纤维均匀加入搅拌桶中搅拌5分钟形成碳纤维分散水溶液；将砂和石子倒入搅拌机中形成混凝土干料，加入剩余的水（已加入了剩余的减水剂），搅拌1分钟，形成混凝土湿料，此时加入先前搅拌桶中的碳纤维分散水溶液，继续搅拌3分钟后停机。

实施例1～4：

将称量好的水泥和砂倒入搅拌机中搅拌1分钟，然后将搅拌均匀的水、减水剂、分散剂和消泡剂的混合溶液倒入搅拌机中，搅拌1分钟后将碳纤维均匀地撒入搅拌机内搅拌1分钟，然后将石子倒入搅拌机，搅拌3分钟后停机。

将对比例1、2和实施例1～4搅拌好的混合料倒入160mm×130mm×40mm的钢模，同时试件两端埋入不锈钢电极，引出导线，在振动台上振动密实后移入标准养护室内养护，养护1～2天后脱模。7天后测量试件的电阻。

用对比例1、对比例2和实施例1各制备了3个试件。测量结果如下：

	对比例1	对比例2	实施例1
				平均电阻（Ω）	34.9	23.6	9.7
平均电阻率（Ω·cm）	113.4	76.7	31.5

经过试验测试，实施例1所用的制作方案提高了碳纤维在混凝土中的分散性，其电阻率与对比例1和对比例2的平均电阻率相比，分别降低了58.9%和72.2%，说明了实施例1所用的制作方案使导电混凝土的电阻率明显减小，导电性显著增强，提高了碳纤维的利用率。

用实施例2～4各制备了3个试件。测量结果如下：

	实施例2	实施例3	实施例4
				平均电阻（Ω）	12.1	17.8	18.2
平均电阻率（Ω·cm）	39.3	57.9	59.2

由实施例1～3的测量结果可知：试件的电阻率随着碳纤维体积含量的增加而减小，即导电性随着碳纤维体积含量的增加而增大，这主要是因为碳纤维体积含量增大，使碳纤维能彼此良好搭接形成导电通路；由实施例1、4的测量结果可知：在一定范围内，砂率越大，则试件的电阻率越小，导电性越差，这主要是因为砂子的比例越大，影响了碳纤维之间的相互搭接，进而影响了混凝土中良好导电通路的形成。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种具有融雪化冰功能的碳纤维导电混凝土的制备方法，其特征在于：其原料组份包括水泥、短切碳纤维、掺合料、砂、石、水，其中水灰比为0.55～0.58，水泥、砂、石子分别占混凝土总质量的18%～25%、20%～45%、20%～45%，短切碳纤维长度为7～13mm，掺量按占碳纤维导电混凝土总体积的百分比计算，为整个混凝土体积的0.6%～2.0%；

制作步骤包括如下：

2.按照权利要求1的方法，其特征在于，所述的掺合料的重量不超过水泥重量的10%。

3.按照权利要求1的方法，其特征在于，所述的掺合料包括减水剂、分散剂、消泡剂，减水剂的掺量为胶凝材料质量的0.5%～2.0%，分散剂的掺量为胶凝材料质量的0.4%～0.8%，消泡剂的掺量约为整个混凝土体积的0.12%～0.15%。

4.按照权利要求1的方法，其特征在于，所述的砂是天然砂或人工砂，砂的粒径不大于5mm，按干砂的用量计算，若采用的砂为湿砂，应将湿砂中水的重量计入水的用量中。

5.按照权利要求1的方法，其特征在于，所述的减水剂重量不包括减水剂中水的重量，如果减水剂含有水，计算时把其中的水折算到水的用量中。