一种轻质导电砂浆材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种轻质导电砂浆材料及其制备方法与应用。本发明专利技术的轻质导电砂浆材料，按重量份数计，包括如下组分：水泥100份，负载改性琼脂凝胶的导电多孔轻骨料25~60份，水30~45份。本发明专利技术的轻质导电砂浆材料能够满足抹面砂浆的力学性能要求，抗压性能以及抗折性能好，同时具备较高的导电均匀性且能维持砂浆内部的高碱度，在阴极保护过程中能有效抑制阳极酸化效应造成的阳极酸化侵蚀和主阳极与砂浆之间的局部劣化开裂，具有碱环境稳定能力，在提高阴极保护系统保护效率的同时延长阳极服役寿命。

A light conductive mortar material and its preparation and Application

The invention discloses a light conductive mortar material and a preparation method and application of the material. The lightweight conductive mortar material of the invention comprises the following components: the weight of the cement is 100 parts, the conductive porous light aggregate 25~60 parts of the modified agar gel, and the water 30~45 parts. Light conductive mortar material of the invention can meet the requirements of mechanical properties of mortar, compressive properties and flexural properties, and have high conductive uniformity and can maintain high basicity mortar inside the partial degradation of cracking between can effectively inhibit the anodic oxidation effect made in cathodic protection in the process of anodic oxidation and erosion the anode and the mortar, with alkali environment stability, improve the cathodic protection system protection efficiency and prolong the service life of the anode.

【技术实现步骤摘要】
一种轻质导电砂浆材料及其制备方法与应用
本专利技术涉及钢筋混凝土结构防护领域，具体涉及一种轻质导电砂浆材料及其制备方法与应用。
技术介绍
钢筋混凝土因其优良的力学性能在土木工程领域应用广泛，然而在滨海构筑物中，由钢筋腐蚀造成的钢筋混凝土结构劣化会严重影响其结构安全性，缩短构筑物服役寿命。钢筋混凝土腐蚀破坏的主要诱因为混凝土中钢筋钝化膜层在氯离子侵蚀或者混凝土层碳化作用下遭到破坏，进而在含氧条件下发生腐蚀反应。针对钢筋混凝土结构的腐蚀防治，业内已经开发出了诸多腐蚀手段，包括钢筋涂层、混凝土涂层、阴极保护或阻锈剂等等。在上述这些方法中，阴极保护技术被众多权威机构鉴定认为是在氯盐侵蚀环境下唯一有效的腐蚀控制技术。阴极保护技术是结合外部阳极以及电源与钢筋构成电回路系统，使得钢筋得到充分保护。在该技术中，外加阳极材料通常采用含有惰性金属氧化物涂层的惰性金属条或者丝网作为主阳极电极，并采用砂浆或者导电砂浆将主阳极掩埋固定于所保护结构中。但是，在阴极保护技术运行过程中，保护系统中的阳极在极化条件下将发生4OH-→O2+2H2O+4e-或2H2O→O2+4H++4e-为主的阳极反应，使得导电砂浆中水泥基材料发生酸化溶解，提高了主阳极金属与导电水泥砂浆的接触电阻，导致主阳极金属的腐蚀破坏以及二次阳极砂浆的结构破坏，并最终造成系统保护效率的降低；该阳极酸化效应严重局限了阴极保护系统在钢筋混凝土结构中的应用。目前阳极导电砂浆材料大多采用外掺碳纤维、石墨粉、金属或金属氧化物(牺牲阳极)以及焦炭颗粒等与水泥浆体拌和制备，所制得砂浆的电阻率范围为1.0～0.05Ω·m。但此类阳极导电砂浆材料存在诸如成本高昂、制备过程繁琐等局限性。此外，该阳极导电砂浆虽然能够对阳极金属电极起到固定埋覆的作用，但是对于阳极酸化电极反应产生的酸化溶解效应没有抑制效果，所添加的导电增强组分也并不能够起到补充阳极反应所消耗的碱性电解质。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有阴极保护技术的不足，提供了一种轻质导电砂浆材料。该轻质导电砂浆材料以低电阻率且负载有功能性改性琼脂的导电多孔轻质骨料为原料，替代传统石英质骨料作为砂浆的导电增强相。本专利技术的目的还在于提供制备所述的一种轻质导电砂浆材料的方法。本专利技术的目的还在于提供所述的一种轻质导电砂浆材料在钢筋混凝土结构阴极保护技术中的应用。将轻质导电砂浆材料作为固定主阳极金属的二次阳极材料涂覆在钢筋混凝土结构的表面，或用于填充包含有主阳极金属电极的混凝土凿除凹槽，与主阳极金属作为复合阳极并通过外加电流对钢筋混凝土结构进行阴极保护。本专利技术的目的通过如下技术方案实现。一种轻质导电砂浆材料，按重量份数计，包括如下组分：水泥100份，负载改性琼脂凝胶的导电多孔轻骨料25～60份，水30～45份。进一步地，所述水泥为强度等级42.5(PII42.5R)以上的普通硅酸盐水泥或复合型硅酸盐水泥。进一步地，所述负载改性琼脂凝胶的导电多孔轻骨料通过如下方法制备得到：(1)将琼脂粉加入水中，并加热直至琼脂粉完全溶解后，加入无机盐类电解质，保持溶液的温度在90℃以上并持续搅拌30s以上，补充蒸发损失相应质量沸水，制备得到改性琼脂水溶液；再将石墨粉加入改性琼脂水溶液中，以60r/min以上转速强制搅拌，使石墨粉均匀分散于改性琼脂水溶液中；(2)将多孔陶粒浸没于分散有石墨粉的改性琼脂水溶液中，保持温度在80℃以上并持续搅拌2min以上，取出多孔陶粒，风冷至多孔陶粒表面的琼脂凝固为凝胶状，剥离多余的琼脂凝胶，得到所述负载改性琼脂凝胶的导电多孔轻骨料。更进一步地，步骤(1)中，所述无机盐类电解质包括氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化钙。无机盐氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化钙是水泥基复合材料浆体中的主要电解质，通过控制掺量，实现改性琼脂材料与浆体的离子交换或平衡，达到通过调整改性琼脂材料配比与导电多孔轻骨料添加量实现对于浆体以及水化相的调控。更进一步地，步骤(1)中，按重量份数计，水100份，琼脂粉4-10份，石墨粉2-10份，氢氧化钠1.8-0.1份，氢氧化钾2.8-1.0份，氢氧化钙8.9-1.0份。更进一步地，步骤(2)中，所述多孔陶粒为表观密度不高于1.19g/cm3，吸水率达6.48％以上，平均粒径不低于3.26mm且筒压强度不低于2MPa的粘土质多孔陶粒。制备得到的负载改性琼脂凝胶的导电多孔轻骨料在使用前采用密封储存。进一步地，所述负载改性琼脂凝胶的导电多孔轻骨料的粒径在3.5～4.0mm之间。进一步地，所述负载改性琼脂凝胶的导电多孔轻骨料的导电多孔轻骨料电阻率ρ(Ω·m)为0.5±0.2Ω·m，电阻率ρ(Ω·m)通过测量骨料含气量A(％)并使用方程：ρ＝exp1.36×10-7×A2+0.037×A-3.29进行定量表征计算。采用负载改性琼脂凝胶的导电多孔轻骨料作为导电砂浆材料的导电增强相，使得导电砂浆材料内部电流分布较纤维类增强组分更均匀；同时，通过负载改性琼脂凝胶的导电多孔轻骨料内部改性琼脂凝胶中过载的电解质及碱性离子，对主阳极金属电极反应所述消耗的氢氧根离子进行补充，进而抑制阳极反应的酸化侵蚀作用，提高阳极系统工作效率的同时延长阳极服役寿命。制备所述的一种轻质导电砂浆材料的方法，包括如下步骤：按所述重量份，将水泥与水加入搅拌机中预搅拌，再加入负载改性琼脂凝胶的导电多孔轻骨料充分搅拌混合均匀，得到所述轻质导电砂浆材料。所述的一种轻质导电砂浆材料在钢筋混凝土结构阴极保护技术中的应用，将所述轻质导电砂浆材料覆盖在钢筋混凝土结构的表面，或将所述轻质导电砂浆材料用于填充包含有主阳极惰性金属电极的混凝土凿除凹槽。进一步地，所述覆盖的施工方法包括人工涂抹或机械喷涂，覆盖形成20～40mm厚的导电砂浆层。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和有益效果：(1)本专利技术的轻质导电砂浆材料能够满足抹面砂浆的基本力学性能要求，抗压性能以及抗折性能好，且采用负载改性琼脂凝胶的导电多孔轻骨料作为导电增强相，有利于降低砂浆材料的容重；(2)本专利技术的轻质导电砂浆材料通过添加负载改性琼脂凝胶的导电多孔轻骨料作为导电增强相，有效降低了导电砂浆材料的电阻率，同时导电砂浆材料的电阻率随龄期以及负载改性琼脂凝胶的导电多孔轻骨料的添加量的变化而变化，各配比各龄期电阻率变化规律符合有效介质模型的球形填料复合导电材料电学性质规律；(3)本专利技术的轻质导电砂浆材料具备较高的导电均匀性且能维持砂浆内部的高碱度，在阴极保护过程中能有效抑制阳极酸化效应造成的阳极酸化侵蚀和主阳极与砂浆之间的局部劣化开裂，具有碱环境稳定能力，在提高阴极保护系统保护效率的同时延长阳极服役寿命；(4)本专利技术的轻质导电砂浆材料的制备方法简单，原材料价格相对低廉，应用方便。附图说明图1为实施例1中混凝土孔溶液模拟阴极保护实验测试装置的结构示意图；图2为实施例1中含有导电多孔轻骨料的模拟阴极保护实验测试结果图；图3为实施例1中插入电极片的轻质导电砂浆材料成型试样尺寸图；图4为实施例1中轻质导电砂浆材料各配比的电阻率与龄期的关系图；图5为实施例2中普通骨料砂浆样品通电后主阳极-砂浆界面扫描电镜图；图6为实施例2中轻质导电砂浆材料通电后主阳极-砂浆界面扫描电镜图。具体实施方式以下结合具体实施例及附图对本专利技术技术方案作进一步详细本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轻质导电砂浆材料，其特征在于，按重量份数计，包括如下组分：水泥100份，负载改性琼脂凝胶的导电多孔轻骨料25~60份，水30~45份。

【技术特征摘要】
1.一种轻质导电砂浆材料，其特征在于，按重量份数计，包括如下组分：水泥100份，负载改性琼脂凝胶的导电多孔轻骨料25~60份，水30~45份。2.根据权利要求1所述的一种轻质导电砂浆材料，其特征在于，所述水泥为强度等级42.5以上的普通硅酸盐水泥或复合型硅酸盐水泥。3.根据权利要求1所述的一种轻质导电砂浆材料，其特征在于，所述负载改性琼脂凝胶的导电多孔轻骨料通过如下方法制备得到：（1）将琼脂粉加入水中，并加热直至琼脂粉完全溶解后，加入无机盐类电解质，保持溶液的温度在90℃以上并持续搅拌30s以上，补充蒸发损失相应质量沸水，制备得改性琼脂水溶液；再将石墨粉加入改性琼脂水溶液中，以60r/min以上转速强制搅拌，使石墨粉均匀分散于改性琼脂水溶液中；（2）将多孔陶粒浸没于分散有石墨粉的改性琼脂水溶液中，保持温度在80℃以上并持续搅拌2min以上，取出多孔陶粒，风冷至多孔陶粒表面的琼脂凝固为凝胶状，剥离多余琼脂凝胶，得到所述负载改性琼脂凝胶的导电多孔轻骨料。4.根据权利要求3所述的一种轻质导电砂浆材料，其特征在于，步骤（1）中，所述无机盐类电解质包括氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化钙。5.根据权利要求4所述的一种轻质导电砂浆材料，其特征在于，步骤（...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡捷，郭文昊，余其俊，朱洋洋，章稷尧，张漳敏，韦江雄，李方贤，马玉玮，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44