一种导电砂浆、高导电性的导电水泥基材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种导电砂浆、高导电性的导电水泥基材料及其制备方法，导电砂浆，按质量百分含量计，所述导电砂浆的原料配方包括以下组分：水泥36~41%；水19~20%；减水剂0.5~1%；石墨0.5~3%；碳纤维0.1~0.5%；硅灰7~8%；机制砂30~32%；碳纤维分散剂0.1~0.2%和消泡剂0.01~0.08%；其中，石墨的粒径为800~1200目。本发明专利技术采用低掺量的粒度较细的石墨粉复掺低掺量的碳纤维，协同硅灰的使用，石墨粉能够均匀分散在砂浆体系中，配合均匀分散在体系中碳纤维，能够显著提升导电砂浆的导电性能，同时利用粒度较细的石墨粉的填充效应，获得高强度的水泥基材料。基材料。基材料。

【技术实现步骤摘要】
一种导电砂浆、高导电性的导电水泥基材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于混凝土
，具体涉及一种导电砂浆、高导电性的导电水泥基材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]水泥混凝土因其低廉的价格、优良的可塑性和可靠的机械性能已广泛应用于建筑、交通以及城市建设的各个方面。从传统意义上讲，水泥混凝土属于绝缘材料，饱水及干燥混凝土的电阻率分别为106Ω
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cm和109Ω
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cm。早在上世纪三十年代，科学家们就开始研究如何改善水泥混凝土材料的导电性能并发展了导电混凝土。发展至今，导电混凝土已经广泛应用于工业防静电、电磁干扰屏蔽、电力设备接地工程、断路器地合闸电阻、建筑物的避雷设备、电阻器、建筑采暖地面、环境加热、高速公路的自动监控等众多领域。
[0003]混凝土的导电性可以随着导电相材料的掺入而提高。到目前为止，较为普遍研究的导电相材料包括粉体材料(比如石墨、炭黑)和一维材料(如钢纤维及碳纤维)。导电混凝土中，导电相材料种类繁多，性能各异。但是现有导电相材料在使用过程中，都存在各自的缺陷：钢纤维在水泥基材料中的锈蚀，是阻碍其发展的重要因素；碳纳米管和碳纳米纤维昂贵的价格，使产业化发展望而却步；单纯炭黑、石墨等粉体材料的加入，引起水泥基材料的高需水性，大量掺加对水泥基材料的强度有负面影响，如史延田、张俊才等在文献《石墨导电混凝土的制备与性能》中提到掺加10％石墨的混凝土抗压强度降低77％；Junbo Sun等人发表在Construction and Building Materials的文章《The effect of graphite and slag on electrical and mechanical properties of electrically conductive cementitious composites》中提到，6％的石墨掺量，使导电砂浆的抗折强度降低了34％；但是如果石墨掺量较少会影响水泥基材料的导电性。
[0004]对碳纤维导电混凝土电性能的研究始于90年代。实践证明，将数量合适的短切碳纤维掺到水泥混凝土中，一方面可以提高混凝土的导电性能，使其电阻率从109Ω
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cm降至102Ω
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cm以下；另一方面可以增强脆性水泥基体的抗冲击性能和抗拉强度，从而达到提升韧性、降低干缩的目的。但是碳纤维的价格较为昂贵，随着掺量的提高成本大大增加，无法满足产业化需求。因此如何在降低碳纤维掺量的同时保持导电混凝土的良好的导电性和机械性能成为了碳纤维导电混凝土中亟待解决的问题。
[0005]单掺导电相材料，在掺量较低时，很难得到较低电阻率的导电水泥基材料。比如申请号为201811088083的专利“一种碳纤维/碱激发复合压敏材料及其制备方法”中提到，当碳纤维掺量为0.7％时，得到的最低电阻率为123Ω
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cm；申请号为201910108836.6“一种高导电石墨混凝土”的专利中提到，当石墨掺量为6
‑
9％时，最低电阻率为900Ω
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cm。
[0006]多种导电相复掺可以在一定程度上解决单掺导电混凝土中因导电相材料本身的缺陷带来的不足。比如专利申请号为201810102286.2的“钢渣碳纤维导电混凝土及其制备方法”中报道的一种钢渣碳纤维复掺的导电混凝土，其电阻率最低为65Ω
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cm。也有专利中采用碳纤维和石墨粉复掺的水泥基材料，如中国专利202110773587.X公开了一种导电找平
层组合物及其制备方法、导电找平层，通过向28～35质量份的水泥中加入60～80质量份的石墨粉和0.1～0.3质量份的碳纤维，使制得的水泥组合物具备了导电性并维持较好的物理强度，可作为混凝土基体与防腐涂层之间的找平层原料。虽然找平层具有导电性，但导电性能较差，电阻率最低达24Ω
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cm，拉伸强度最高仅3.4MPa，且石墨粉用量是水泥用量的2倍以上，成本高。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足而提供一种在低掺量石墨的基础上复掺低掺量碳纤维从而获得高导电性能及高抗折强度的导电砂浆及其制备方法。
[0008]本专利技术的第二目的是提供一种高导电性及高抗折强度的水泥基材料。
[0009]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0010]一种导电砂浆，按质量百分含量计，所述导电砂浆的原料配方包括以下组分：
[0011][0012]其中，所述石墨的粒径为800～1200目。
[0013]传统的采用添加较多的石墨粉以提高水泥基材料的导电性的手段，过多的石墨粉的加入会提高水泥基材料的吸水性，导致水泥基材料的强度降低。本专利技术的专利技术人通过大量实验研究发现，采用粒度较细的石墨粉，在合理的掺量范围内，可以利用尺寸效应，起到很好的物理填充效果，优化孔结构，从而改善水泥基材料的机械强度。
[0014]然而粒度较细的石墨粉在体系中难以分散，易团聚，本专利技术人进一步发现，在体系中添加一定量的硅灰有助于石墨粉在体系中分散，石墨粉能够均匀分散在体系中，同时又复掺低掺量的碳纤维，碳纤维在石墨粉之间能够起到很好的搭接，形成导电通路，大大降低水泥基材料的电阻率，导电性能大大提高。
[0015]在一些优选且具体实施方式中，所述石墨的用量为所述水泥和硅灰总质量的1.5～6.5％。优选地，所述石墨的用量为所述水泥和硅灰总质量的1.5～6％。
[0016]进一步地，所述石墨为鳞片石墨，纯度为95～99.5％。
[0017]在一些优选且具体实施方式中，所述碳纤维的用量为所述水泥和硅灰总质量的0.3～1.5％。优选地，所述碳纤维的用量为所述水泥和硅灰总质量的0.8～1.2％。
[0018]在一些优选且具体实施方式中，所述石墨的用量为所述水泥和硅灰总用量的1.8
～2.5％，所述碳纤维的用量为所述水泥和硅灰总质量的0.8～1.2％。
[0019]在又一些优选且具体实施方式中，所述石墨的用量为水泥和硅灰总用量的5.5～6％，所述碳纤维的用量为所述水泥和硅灰总质量的0.8～1.2％。
[0020]进一步地，所述碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维。
[0021]在一些优选且具体实施方式中，所述碳纤维的长度为3～6mm、直径为7
±
0.5μm。
[0022]进一步地，所述碳纤维的电阻率为2.5
‑
3Ω
·
cm、抗拉强度为3000
‑
3500Mpa、抗拉模量为200
‑
220Gpa，碳含量≥83％。
[0023]根据本专利技术的一些实施方面，所述硅灰为微硅粉，硅的质量含量≥95％，平均粒径为0.1
‑
0.15μm、比表面积为15
‑
27m2/g。
[0024]根据本专利技术的一些实施方面，所述机制砂的粒径为22～40目。
[0025]根据本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种导电砂浆，其特征在于，按质量百分含量计，所述导电砂浆的原料配方包括以下组分：水泥
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36~41%；水
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19~20%；减水剂
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0.5~1%；石墨
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0.5~3%；碳纤维
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0.1~0.5%；硅灰
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7~8%；机制砂
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30~32%；碳纤维分散剂
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0.1~0.2%；消泡剂
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0.01~0.08%；其中，所述石墨的粒径为800~1200目。2.根据权利要求1所述的导电砂浆，其特征在于：所述石墨的用量为所述水泥和硅灰总质量的1.5~6.5%；和/或，所述石墨为鳞片石墨，纯度为95~99.5%。3.根据权利要求1所述的导电砂浆，其特征在于：所述碳纤维的用量为所述水泥和硅灰总质量的0.3~1.5%；和/或，所述碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维。4.根据权利要求1或3所述的导电砂浆，其特征在于：所述碳纤维的长度为3~6mm、直径为7
±
0.5μm...

【专利技术属性】
技术研发人员：张蕊，张立力，田寅，蒋涛，
申请(专利权)人：苏州混凝土水泥制品研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：