一种石墨烯混凝土电线杆及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种石墨烯混凝土电线杆及其制备方法，解决了现有技术的混凝土电线杆强度低、不抗冻且耐腐蚀性能差的技术问题。本发明专利技术提供一种石墨烯混凝土电线杆，其由碳纤维网、钢筋和混凝土组成，按重量份数计，混凝土由下列原材料组分组成制成：水泥130～170份、高岭土20～30份、碎石15～25份、钢渣20～30份、煤矸石16～30份、粉煤灰15～30份、粗砂20～30份、中砂40～60份、石墨烯18～32、硅烷偶联剂10～22份、短切碳纤维8～15份、环氧丙烯酸酯树脂12～16份、水180～200份、减水剂2～8份；同时还提供其制备方法。本发明专利技术广泛应用于电力材料领域。

Graphene concrete wire pole and preparation method thereof

The invention relates to a graphene concrete wire rod and a preparation method thereof, and solves the technical problems of low strength, no freezing resistance and poor corrosion resistance of the prior art concrete wire rod. The invention provides a graphene concrete wire rod, which is composed of carbon fiber mesh, reinforcing steel bar and concrete. The concrete is composed of the following raw material components by weight: 130-170 portions of cement, 20-30 portions of kaolin, 15-25 portions of crushed stone, 20-30 portions of steel slag, 16-30 portions of coal gangue, 15-30 portions of fly ash and coarse sand. 20-30 phr, 40-60 phr of medium sand, 18-32 phr of graphene, 10-22 phr of silane coupling agent, 8-15 phr of chopped carbon fiber, 12-16 phr of epoxy acrylate resin, 180-200 phr of water, 2-8 phr of water reducing agent, and the preparation methods are also provided. The invention is widely applied to the field of electric materials.

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯混凝土电线杆及其制备方法
本专利技术涉及电力材料领域，具体涉及一种石墨烯混凝土电线杆及其制备方法。
技术介绍
随着社会的不断发展与进步,我国的输电、配电线路由早出的单回路、小档距、线径小,逐步向多回路、大档距、大线经发展。按现在国标生产的环形水泥电杆其力学性能已很难满足线路使用工况的要求，因此水泥电杆要发展就必须要克服自身的缺点，提高水泥电线杆的强度；并且普通的水泥电杆常常会由于长期受到垂直、水平方向不平衡张力的作用，出现疲劳现象，进而杆身就会出现浅表性裂纹，这时雨水与潮湿气体就会沿着裂纹逐渐向内部侵蚀，造成裂纹长度与宽度逐渐增加，甚至会在比较短的时间内出现局部酥裂露筋，因此研制与开发耐腐蚀水泥电杆将成为必然。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术的不足，提供一种原料组成配伍科学，协同增效，具有强度高、抗冻性、耐腐蚀性能好的石墨烯混凝土电线杆及其制备方法。本专利技术解决技术问题所采用的技术方案是：一种石墨烯混凝土电线杆，其由碳纤维网、钢筋和混凝土组成，按重量份数计，混凝土由下列原材料组分组成制成：水泥130～170份、高岭土20～30份、碎石15～25份、钢渣20～30份、煤矸石16～30份、粉煤灰15～30份、粗砂20～30份、中砂40～60份、石墨烯18～32、硅烷偶联剂10～22份、短切碳纤维8～15份、环氧丙烯酸酯树脂12～16份、水180～200份、减水剂2～8份。优选的，按重量份数计，混凝土的原料组分为：水泥150份、高岭土25份、碎石20份、钢渣25份、煤矸石23份、粉煤灰22份、粗砂25份、中砂50份、石墨烯25、硅烷偶联剂16份、短切碳纤维11份、环氧丙烯酸酯树脂14份、水190份、减水剂5份。优选的，碎石的粒径为1～5mm；钢渣的粒径为0.5～2mm；中砂粒径为0.5mm～0.25mm；粗砂的粒径为0.5mm～2.36mm；煤矸石的粒径为1～3mm；粉煤灰为一级粉煤灰或者二级粉煤灰；短切碳纤维的直径为3～10μm、长度为1～3mm。优选的，硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷。优选的，水泥为强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥；减水剂为聚羧酸高性能减水剂；钢筋的直径为10mm；碳纤维网的厚度为0.1～2mm、网格尺寸为5mm×5mm。上述任何一项的一种石墨烯混凝土电线杆的制备方法，包括以下步骤：(1)按所需重量份数称取水泥、高岭土、碎石、钢渣、煤矸石、粉煤灰、粗砂、中砂、石墨烯、硅烷偶联剂、短切碳纤维、环氧丙烯酸酯树脂、水、减水剂、碳纤维网、钢筋；(2)将步骤(1)称取的石墨烯和硅烷偶联剂加入其二者重量的3～5倍的水后，超声分散均匀，得石墨烯分散液；(3)将步骤(1)称取的水泥、高岭土、碎石、钢渣、煤矸石、粉煤灰、粗砂、中砂、减水剂和剩余部分水加入到搅拌罐中，以搅拌转速为90～120r/min、时间为70～100min进行搅拌混合均匀，得混合料；(4)将步骤(1)称取的环氧丙烯酸酯树脂、短切碳纤维加热到80±5℃进行第一次搅拌混合均匀后，趁热加入步骤(3)制得的混合料中，进行第二次搅拌混合均匀，最后加入步骤(2)制得的石墨烯分散液进行第三次搅拌混合均匀后，得混凝土浆料；(5)将步骤(4)制得的混凝土浆料通过布料机均匀分布在内部装有碳纤维网和中间插有钢筋的电线杆模具内，经过张拉工艺后，采用离心工艺密实成型，静置1.5～3h后，置于蒸汽养护窑中升温至100±10℃，养护24h，脱模后，得石墨烯混凝土电线杆。优选的，步骤(2)中，超声分散时间为1～2h。优选的，步骤(4)中，第一次搅拌的转速为100～120r/min，搅拌时间为30～40min。优选的，步骤(4)中，第二次搅拌的转速为200～450r/min，搅拌时间为60～90min。优选的，步骤(5)中，离心工艺为先以150～200r/min的转速旋转1～2min，再以200～300r/min的转速旋转1～2min，再以300～450r/min的转速旋转6～8min，最后以450～650r/min的转速旋转3～4min。本专利技术的有益效果：本专利技术配伍科学，协同增效，具有强度高、抗冻性、耐腐蚀性能好；同时生产质量较稳定，施工速度较快，适用范围大。(1)石墨烯本专利技术加入的石墨烯，石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成的六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,只有一个碳原子厚度的二维碳材料，是一种超和韧性的材料，从而提高了电线杆的强度和抗裂性能；同时石墨烯还具有防腐作用，结合本专利技术的制备方法，石墨烯可以有效的与钢筋结合，减小钢筋与混凝土之间的微电流效应，防止电线杆内部钢筋被腐蚀，从而提高电线杆的耐久性和使用寿命。(2)短切碳纤维本专利技术加入的改性短切碳纤维能够与石墨烯起到协同作用，提高电线杆混凝土的抵抗拉伸变形能力，预防和防止电线杆中各种裂缝的出现，提高电线杆混凝土的抗渗透能力，改善电线杆韧性与抗冲击性。能使电线杆具有较好的抗冻能力、防腐能力、较高的砼握裹力、较高的抗拉抗弯性能、优秀的韧性指数、较低的砼孔隙率和较高的抗渗性能，并且还有较低的收缩率，可有效阻止微裂缝产生，从而使抗冲击和抗疲劳强度明显提高。硅烷偶联剂的加入将石墨烯更好的分散再混凝土中，同时显著提高石墨烯与钢筋的结合能力，有效增强石墨烯对钢筋抗腐蚀能力的保护。(3)环氧丙烯酸酯树脂又称乙烯基酯树脂，是环氧树脂和丙烯酸或甲基丙烯酸经过酯化反应而制得。环氧丙烯酸酯树脂是目前应用最广泛、用量最大的光固化低聚物，其光固化速度在各类低聚物中是最快的，并且环氧丙烯酸酯原料来源广，价格低廉，合成工艺简单，因此是光固化涂料中用量最多的光感性树脂之一。其余本专利技术中的石墨烯和短切单纤维协同增效，使固化后的石墨烯混凝土电线杆具有硬度高、耐腐蚀性能。(4)钢渣是炼钢过程中的一种副产品，它由生铁中的硅、锰、磷、硫等杂质在熔炼过程中氧化而成的各种氧化物以及这些氧化物与溶剂反应生成的盐类所组成。钢渣的矿物组成以硅酸三钙为主，其次是硅酸二钙、RO相、铁酸二钙和游离氧化钙，其中有用成分：金属铁2％～8％，氧化钙40％～60％，氧化镁3％～10％，氧化锰1％～8％。煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。煤矸石中Al2O3、SiO2、Fe2O3的总含量在80％以上，它是一种天然的粘土质原料，可以用来烧制普通硅酸盐水泥、特种水泥和熟料水泥等各种建筑特殊用途水泥。粉煤灰是一种人工火山灰质混合材料，它本身略有或没有水硬胶凝性能，但当以粉状及水存在时，能在常温，特别是在水热处理(蒸汽养护)条件下，与氢氧化钙或其他碱土金属氢氧化物发生化学反应，生成具有水硬胶凝性能的化合物，成为一种增加强度和耐久性的材料。碎石成不规则的多菱角形状，与水泥浆料形成较强的粘接力，增强浆料的抗折、抗压强度，有利于石墨烯混凝土电线杆的整体强度提高。(5)水泥与高岭土、粗砂、中砂、碎石、粉煤灰、钢渣、煤矸石协同增效，按照不同粒度配比，结合各自表面性能和物理性能相匹配，在构建本专利技术石墨烯混凝土电线杆的基础机械性能的同时，将石墨烯和短切碳纤维的协同增效作用显现，显著提高其强度、抗冻性、以及耐腐蚀性能。加入减水剂，其减水效率高、分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯混凝土电线杆，其特征在于，其由碳纤维网、钢筋和混凝土组成，按重量份数计，所述混凝土由下列原材料组分组成制成：水泥130～170份、高岭土20～30份、碎石15～25份、钢渣20～30份、煤矸石16～30份、粉煤灰15～30份、粗砂20～30份、中砂40～60份、石墨烯18～32、硅烷偶联剂10～22份、短切碳纤维8～15份、环氧丙烯酸酯树脂12～16份、水180～200份、减水剂2～8份。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯混凝土电线杆，其特征在于，其由碳纤维网、钢筋和混凝土组成，按重量份数计，所述混凝土由下列原材料组分组成制成：水泥130～170份、高岭土20～30份、碎石15～25份、钢渣20～30份、煤矸石16～30份、粉煤灰15～30份、粗砂20～30份、中砂40～60份、石墨烯18～32、硅烷偶联剂10～22份、短切碳纤维8～15份、环氧丙烯酸酯树脂12～16份、水180～200份、减水剂2～8份。2.根据权利要求1所述的一种石墨烯混凝土电线杆，其特征在于，按重量份数计，所述混凝土的原料组分为：水泥150份、高岭土25份、碎石20份、钢渣25份、煤矸石23份、粉煤灰22份、粗砂25份、中砂50份、石墨烯25、硅烷偶联剂16份、短切碳纤维11份、环氧丙烯酸酯树脂14份、水190份、减水剂5份。3.根据权利要求1或者2所述的一种石墨烯混凝土电线杆，其特征在于，所述碎石的粒径为1～5mm；所述钢渣的粒径为0.5～2mm；所述中砂粒径为0.5mm～0.25mm；所述粗砂的粒径为0.5mm～2.36mm；所述煤矸石的粒径为1～3mm；所述粉煤灰为一级粉煤灰或者二级粉煤灰；所述短切碳纤维的直径为3～10μm、长度为1～3mm。4.根据权利要求1所述的一种石墨烯混凝土电线杆，其特征在于，所述硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷。5.根据权利要求1所述的一种石墨烯混凝土电线杆，其特征在于，所述水泥为强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥；所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂；所述钢筋的直径为10mm；所述碳纤维网的厚度为0.1～2mm、网格尺寸为5mm×5mm。6.根据权利要求1～5任何一项所述的一种石墨烯混凝土电线杆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)按所需重量份数称取水泥、高岭土、碎石、钢渣、煤矸石、粉煤灰、粗砂、中砂、石墨...

【专利技术属性】
技术研发人员：李正坤，李文涛，
申请(专利权)人：威海南海碳材料科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37