可快速固化成型的导电混凝土组合物、其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种可快速固化成型的导电混凝土组合物、其制备方法与应用。所述可快速固化成型的导电混凝土组合物包括作为基料的快速固化水泥，以及以所述基料为基准的导电混凝土组合浆料，所述导电混凝土组合浆料包括按照质量百分比计算的如下组分：石墨烯0.05～2％、石墨烯分散剂0.5～3％、导电填料0～40％及水15～30％，所述快速固化水泥为磷镁水泥。本发明专利技术的导电混凝土组合物具有可快速量产导电性好、力学强度高、电阻率稳定和耐久性好的混凝土制品优点，不仅提高了基体材料的导电性(电阻率可达到10Ω·cm)，还加速了成型工艺(30min之内即可室温固化)，可大量应用于电热取暖、电热路面等领域。

【技术实现步骤摘要】
可快速固化成型的导电混凝土组合物、其制备方法与应用
本专利技术涉及一种导电混凝土材料，具体涉及一种基于石墨烯纳米材料的可快速固化成型的导电混凝土组合物及其制备方法与应用，属于功能材料中电热材料

技术介绍
住宅是人类为了满足自己的需要去适应自然、改造自然的产物，也是人类需要与自然的矛盾统一体，特别在东北严寒地区以及冬季寒冷地区，这种需要与条件的矛盾更加突出，建筑采暖也就成为一个重要的问题。过去我国因电力短缺，重点发展了以热水为介质的采暖方式，然而我国煤炭资源急剧紧张，同时国家水资源也日益缺乏，燃烧热水取暖将给国家资源造成极大的浪费，而且这种取暖排烟也会造成严重的环境污染。诸如种种原因，未来终将被取代。目前，国外集中供暖已基本退出市场。电采暖行业在欧美国家已有30多年的历史，由于电能的清洁性、可持续性、经济性，它的突出优势已得到国内外人士的共识。当前以电能作为采暖、保温、融雪、防冻等措施，在国外已得到蓬勃发展。电采暖是一种将电能转化为热能的取暖方式，清洁环保，在用户长期的使用中，有很多其他采暖方式不可媲美的优点，电采暖有望成为采暖行业的主流。我国电力资源稳定，产能第二大国。在冬季和夜晚存在着发电量过剩而无法存储的浪费现象，中国一年因电能利用效率低下造成的浪费相当于2.3个三峡电站的发电量。我们迫切的需要改善这种资源浪费的现象，这样国家受益，用户受益。因为这些浪费的电力，都是算在我们的电价上面的，电力的使用率愈高，其使用成本愈低。那么用户的电价就会越低。随着国家对雾霾、燃煤取暖改革等的关注和调控，电采暖行业得到了强有力的支持，同时各地出台了大量政策，电费价格也实行梯度收费，生活用电与采暖用电区分开来。在优惠的力度下，电采暖迎来了发展的春天。目前国内存在各种各样的电采暖方式，它们各有利弊。作为室内采暖材料，首先要求安全、舒适，然后要求节能、环保。近年来以辐射为主要发热方式的地板采暖发展较快，在地板下面铺设的发热材料主要有发热电缆、电热膜及低温热水管，目前许多住宅己经投入使用。其中，将石墨烯或碳纳米管、导电炭黑等添加到高分子聚合物中，制备的电热膜，具有电热转化效率高，升温快、散热快和成本低的特点，但聚合物在反复升降温过程中可能会出现老化降解，影响电热膜的长期使用稳定性，且电热膜本身力学性能较差，无法承重，增加施工难度。因此，坚实耐用的导电混凝土有望在室内采暖中占据一席之地。通常的导电混凝土，所用的水泥一般是硅酸盐水泥，其特点是价格低廉、原料丰富，但以硅酸盐水泥为基料制备电热制品时(如电热板等)，存在硬化速度慢，养护周期长的弊端，不利于大规模的生产运作，限制产品的推广。另外，目前导电混凝土的制备工艺还不够成熟，电阻率测试结果离散型较大，同时高掺量的导电相对导电混凝土的强度影响较大，影响混凝土材料的服役性能，比如石墨、钢纤维。石墨是一种含碳量高的物质，单独作为导电介质填充到水泥体系中，有添加量大、分散不均匀，制得的电热材料力学性能差的缺点；而钢纤维作为金属制品添加到混凝土中，难以避免腐蚀问题，随着腐蚀程度的增大，混凝土的电阻率会不断增大，因此，钢纤也难以单独作为导电填料作用于混凝土中。因此，选用合适的导电相以及合理的制备工艺，达到导电相在基体中分散与导电导热性的统一，同时保证混凝土材料的强度，已成为当前导电混凝土领域的研究重点。石墨烯的问世极大的推进了新型电热材料的发展。石墨烯，一种厚度仅有一个原子直径大小(约0.35nm)的片状二维碳纳米材料，具有惊人的导电性，其在室温下的载流子迁移率约为15000cm2/(V·s)；此外，石墨烯还具有非常好的热传导性能，纯的无缺陷的单层石墨烯的导热系数高达5300W/mK，是目前为止导热系数最高的碳材料。石墨烯的诸多优点使其有望成为下一代的革命性材料。然而，目前国内外对石墨烯的研究主要集中在能源存储材料，压电材料以及催化还原材料等领域，对石墨烯导电混凝土方面的研究还相当少。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种可快速固化成型的导电混凝土组合物及其制备方法与应用，以克服现有技术中的不足。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：本专利技术实施例提供了一种可快速固化成型的导电混凝土组合物，其包括作为基料的快速固化水泥，以及以所述基料为基准的导电混凝土组合浆料，所述导电混凝土组合浆料包括按照质量百分比计算的如下组分：石墨烯0.05～2％、石墨烯分散剂0.5～3％、导电填料0～40％及水15～30％，所述快速固化水泥为磷镁水泥，所述可快速固化成型的导电混凝土组合物的电阻率在10Ω·cm以下，在室温下能够于30min之内固化。本专利技术实施例还提供了一种可快速固化成型的导电混凝土组合物的制备方法，其包括：将快速固化水泥、石墨烯、石墨烯分散剂、导电填料及水混合，并搅拌分散，制得所述可快速固化成型的导电混凝土组合物。本专利技术实施例还提供了前述任一种可快速固化成型的导电混凝土组合物于电热取暖或电热路面等领域中的用途。较之现有技术，本专利技术的有益效果为：1)本专利技术利用石墨烯片层之间的电子跃迁形成导电混凝土机体内无导线的连接，采用较少的掺量，就能得到导电性好，力学强度高、电阻率稳定和耐久性好的导电混凝土组合物；2)本专利技术采用快速固化水性作为基料，可实现导电混凝土浆料的快速固化和脱模，极大的提高了导电水泥制品的生产效率，为规模化生产提供有利条件；3)本专利技术将石墨烯与常规导电填料进行复配使用，降低了石墨烯的用量，节省生产成本，平衡性能与成本的关系，提高市场竞争力；4)本专利技术提供一种可快速固化成型的导电混凝土组合物及制备方法，是将石墨烯和其他导电物质复掺，结合石墨烯分散剂高效分散到快速固化水泥中，充分利用石墨烯的高导电性、不同形态导电物质之间的协同效应以及快速固化水泥的速成型性，显著改善了混凝土材料的电阻率，具有可快速量产导电性好、力学强度高、电阻率稳定和耐久性好的混凝土制品优点，不仅提高了基体材料的导电性(电阻率可达到10Ω·cm)，还加速了成型工艺(30min之内即可室温固化)，是一种可快速产业化的高性能导电混凝土新材料，具有显著的创新意义和工程实用价值，可大量应用于电热取暖、电热路面等领域，市场前景非常广阔；5)以本专利技术的可快速固化成型的导电混凝土组合物制得的混凝土制品，具有成本适中，导电性好、力学强度高、电阻率稳定和耐久性好，同时能够快速固化成型，便于规模化生产。具体实施方式鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。本专利技术实施例的一个方面提供的一种可快速固化成型的导电混凝土组合物，其包括作为基料的快速固化水泥，以及以所述基料为基准的导电混凝土组合浆料，所述导电混凝土组合浆料包括按照质量百分比计算的如下组分：石墨烯0.05～2％、石墨烯分散剂0.5～3％、导电填料0～40％及水15～30％，所述快速固化水泥为磷镁水泥，所述可快速固化成型的导电混凝土组合物的电阻率在10Ω·cm以下，在室本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可快速固化成型的导电混凝土组合物，其特征在于包括作为基料的快速固化水泥，以及以所述基料为基准的导电混凝土组合浆料，所述导电混凝土组合浆料包括按照质量百分比计算的如下组分：石墨烯0.05～2％、石墨烯分散剂0.5～3％、导电填料0～40％及水15～30％，所述快速固化水泥为磷镁水泥，所述可快速固化成型的导电混凝土组合物的电阻率在10Ω·cm以下，在室温下能够于30min之内固化。/n

【技术特征摘要】
1.一种可快速固化成型的导电混凝土组合物，其特征在于包括作为基料的快速固化水泥，以及以所述基料为基准的导电混凝土组合浆料，所述导电混凝土组合浆料包括按照质量百分比计算的如下组分：石墨烯0.05～2％、石墨烯分散剂0.5～3％、导电填料0～40％及水15～30％，所述快速固化水泥为磷镁水泥，所述可快速固化成型的导电混凝土组合物的电阻率在10Ω·cm以下，在室温下能够于30min之内固化。


2.根据权利要求1所述的可快速固化成型的导电混凝土组合物，其特征在于：所述石墨烯包括少层氧化还原石墨烯。


3.根据权利要求2所述的可快速固化成型的导电混凝土组合物，其特征在于：所述石墨烯的纯度大于95wt％，厚度为1.0～1.77nm，片层直径为10～50μm，层数为1～5，比表面积为360～450m2/g。


4.根据权利要求1所述的可快速固化成型的导电混凝土组合物，其特征在于：所述石墨烯分散剂包括十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、N-甲基吡咯、木质素磺酸钠、芘酸、芘磺酸、苝酸、苯胺三聚体、苯胺四聚体、聚乙烯吡咯烷酮中的任意一种或两种以上的组合。


5.根据权利要求1所述的可快速固化成型的导电混凝土组合物，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：余海斌，邵振宗，王东霖，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33