[发明专利]一种高强度导电混凝土配比、结构及制备方法

权利要求书

1.一种高强度导电混凝土配比，其特征在于，

所述高强度导电混凝土配比按照重量份的原料包括：水泥550～800份、砂子800～1000份、碎石800～1000份、水220～320份、石墨粉40～100份、导电炭黑40～100份、钢纤维150～200份、短切碳纤维10～15份、长切碳纤维10～15份。

2.一种高强度导电混凝土结构，其特征在于，

所述高强度导电混凝土结构整体纵截面为矩形，从下往上依次为第一混凝土层(1)、第一碳纤维复合材料板(2)、第二混凝土层(3)、第二碳纤维复合材料板(4)、第三混凝土层(5)。

3.根据权利要求2所述的一种高强度导电混凝土结构，其特征在于，

所述第一混凝土层(1)、第二混凝土层(3)以及第三混凝土层(5)是由所述水泥(101)、碎石(102)、砂子(103)、水(104)、石墨粉(201)、导电炭黑(202)、钢纤维(203)、短切碳纤维(204)以及长切碳纤维(205)按照一定的配比制作而成。

4.根据权利要求2所述的一种高强度导电混凝土结构，其特征在于，

所述石墨粉(201)，是粒径为10μm～30μm的导电石墨粉；

所述导电炭黑(202)，是粒径为10μm～20μm的导电炭黑粉；

所述钢纤维(203)是长度为4mm～50mm、长径比为40～80的冷轧钢纤维；

所述短切碳纤维(204)和所述长纤碳纤维(205)是一种高性能纤维材料，其密度为1.76g/cm3～1.80g/cm³，弹性模量为2300Mpa～3400Mpa，抗拉强度可达到3400Mpa，导电性能优良。

5.根据权利要求2所述的一种高强度导电混凝土结构，其特征在于，

所述第一碳纤维复合材料板(2)和第二碳纤维复合材料板(4)采用对预浸料热压成型方式制得，厚度为0.8mm～9mm；

所述碳纤维预浸料指单向碳纤维预浸料，在纤维轴向有最大的强度，所述碳纤维预浸布的单层厚度为0.1mm～0.5mm。

6.根据权利要求2所述的一种高强度导电混凝土结构，其特征在于，

所述第一碳纤维复合材料板(2)和第二碳纤维复合材料板(4)的内侧/外侧采用2～4层第一碳纤维铺层(601)和第二碳纤维铺层(602)交替对称的方式铺设，以增加材料内侧/外侧抗压缩和抗冲击性能；

其中，所述第一碳纤维铺层(601)为+45°铺层；

所述第二碳纤维铺层(602)为-45°铺层。

7.根据权利要求2所述的一种高强度导电混凝土结构，其特征在于，

所述第一碳纤维复合材料板(2)和第二碳纤维复合材料板(4)的中间层采用2～10层第三碳纤维铺层(603)和第四碳纤维铺层(604)交替对称的方式铺设，以避免拉-弯和弯-扭耦合作用而引起的材料板固化后的翘曲变形；

其中，所述第三碳纤维铺层(603)为0°铺层；

所述第四碳纤维铺层(604)为90°铺层。

8.根据权利要求2所述的一种高强度导电混凝土结构，其特征在于，

所述第一碳纤维铺层(601)和所述第二碳纤维铺层(602)可互相变化顺序；

所述第三碳纤维铺层(603)和所述第四碳纤维铺层(604)也可互相变化铺层顺序。

9.一种高强度导电混凝土制备方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤A：制备导电颗粒组分，分别称取对应质量的石墨粉(201)和导电炭黑(202)，分别加入行星搅拌机中，加入对应份数的水，先低速(400rpm～600rpm)搅拌15min～20min，然后高速(1000rpm～1500rpm)搅拌60min～120min，制备成均匀的导电颗粒组分；

步骤B：制备导电混凝土浆料，混凝土拌合过程中首先将水泥(101)、碎石(102)、砂子(103)以及水(104)一起倒入混合设备中，充分搅拌2小时，混合均匀，然后将步骤A中制备的石墨粉(201)和导电炭黑(202)浆料加入混合设备中搅拌30min～60min，制得导电混凝土浆料；

步骤C：形成第一混凝土层(1)，将步骤B搅拌好的混凝土浆料均匀注入模具中，过程中按照轴向方向均匀铺设钢纤维(203)、短切碳纤维(204)以及长纤碳纤维(205)，以互相搭接形成导电通路，同时在振动台上振捣20sec～25sec；

步骤D：铺设第一碳纤维复合材料板(2)，在步骤C形成的第一混凝土层(1)上铺设第一碳纤维复合材料板(2)；

步骤E：形成第二混凝土层(3)，重复步骤C，在模具中注入搅拌好的混凝土浆料，并按照轴向方向均匀铺设钢纤维(203)、短切碳纤维(204)、长纤碳纤维(205)，形成第二混凝土层(3)；

步骤F：铺设第二碳纤维复合材料板(4)，重复步骤D，在第二混凝土层(3)上铺设第二碳纤维复合材料板(4)；

步骤G：形成第三混凝土层(5)，重复步骤C，在第二碳纤维复合材料板(4)上浇筑第三混混凝土层(5)；

步骤H：拆模养护，振捣完毕后的混凝土在温度为20℃，湿度为95％条件下养护24h后脱模，在此环境条件下养护28d，最终获得高强度高导电性的混凝土构件。