[发明专利]一种复掺导电材料的导电混凝土及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，具体是一种复掺导电材料的导电混凝土及其制备方法。

背景技术

    我国寒冷地区冬季公路养护中冬季路面结冰积雪问题的处理一直是最大的困扰。我国东北西北地区，冬季降雪较早，持续时间长达几个月，恶劣的冰雪天气对道路、铁道、公路和机场畅通及行车安全极为不利，给人们的生活生产带来诸多不便。2008年冰雪覆盖全国19个省份，造成了交通大面积的拥堵瘫痪，损失巨大。

目前除冰化雪的方法主要是人工、机械清除冰雪和化学方法除雪，但人工除雪费时费力、效率低、费用高、不能及时恢复交通，具有明显的滞后性；使用融雪剂或除冰盐给基础设施及周围环境带来不利影响，采用物理方法融雪（热融雪法）逐步引起科技工作者的重视。

热融雪法有地热管法、红外加热灯法、电热丝法、流体加热法等。地热管法的安装和建造加热管道具有明显的复杂性；红外加热灯法，容易受到周围风向的影响，且升温缓慢，不利于快速融雪。因车流运动，电热丝会被拔出沥青混凝土铺装层；流体加热法需要建立一个融冰化雪系统，但系统本身施工麻烦，装置需要大量的资金投入，热水系统不易布置，又比较难控制，加热效果不理想，当自动控制系统失灵和PVC管渗漏时，热水控制系统必须停止工作；钢纤维导电混凝土中的钢纤维在混凝土中会发生锈蚀，电阻会随龄期的延长而增大。

    科学家从20世纪90年代开始实验制造导电混凝土，在混凝土里添加微量的导电钢纤维或碳纤维，尽管所占比例不到1%，可使混凝土具有导电效果；若压实该导电混凝土，混凝土中导电纤维会密实，改善混凝土的导电效果，碳纤维的价格较高，制备出的导电混凝土电阻率较大，不利用大规模使用。

发明内容

    本发明提供了一种复掺导电材料的导电混凝土及其制备方法，用碳纳米材料替代碳纤维，加入了纳米氧化锌，提高了导电率，降低了成本。

本发明所述的复掺导电材料的导电混凝土包含如下重量份数的组份：

水泥，20-40份；

硅灰，0-7份；

碳纤维，0.25-2份；

碳纳米材料，0-2份；

纳米氧化锌，0.1-0.5份；

减水剂，0.02-0.3份；

填充料，50-150份；

分散剂，1.5-3.7份；

消泡剂，0.1-0.3份；

水，8-21份。

进一步改进，所述的纳米氧化锌粒径为5-90nm。

进一步改进，所述的碳纳米材料为碳纳米管、炭黑和石墨，其质量比为碳纳米管: 炭黑: 石墨=1: 6: 3。

本发明还提供了一种复掺导电材料的导电混凝土的其制备方法，包括以下步骤：

1）采用物理和化学复合分散技术对碳纤维、碳纳米材料及纳米氧化锌进行分散，备用；

2）将水泥、硅灰、填充料均匀搅拌，加入分散好的碳纤维、碳纳米材料、纳米氧化锌以及减水剂、分散剂和消泡剂，再次搅拌，以确保碳纤维、碳纳米材料及纳米氧化锌在混凝土中分散均匀；

3）浇注混凝土，初步振捣、抹平；

4）根据混凝土中骨料粒径的大小，埋入用于连接外部电路的电极；

5）再次振捣，辅助压实，确保铜网与混凝土连接良好。

进一步改进，步骤4）所述的电极为铜丝网。

    本发明的有益效果在于：

（1）本发明在混凝土中加入了纳米氧化锌，使其电阻率远远低于普通混凝土，导电性能良好；

（2）制备工艺简便易行，用碳纳米材料替代碳纤维，降低了成本。

（3）本发明制备的混凝土在通电的情况下具有良好的电热性能，应用于机场道面、桥面和水泥混凝土路面，能融冰化雪、检测道路承重荷载、混凝土结构物裂缝及扩展情况；不通电的情况下具有良好的电磁性能，能有效屏蔽电磁波、减少电磁辐射、降低电磁干扰。

（4）可以根据使用和施工条件的要求选取适宜的导电材料，来控制导电混凝土的电阻率，导电性能稳定、电热性能可控，控制其融冰化雪的性能。 

具体实施方式

 下面结合具体实施例对本发明做进一步说明：

实施例1：

（1）各组分所占的重量份数为：

水泥，20份；

硅灰，0份；

碳纤维，0.25份；

碳纳米材料，0份；

纳米氧化锌，0.1份； 

减水剂，0.02份；

填充料，50份； 

分散剂，1.5份；