雙鋪層不鏽鋼纖維導電水泥混凝土的製作方法

2023-05-04 23:18:31 3

專利名稱：雙鋪層不鏽鋼纖維導電水泥混凝土的製作方法
技術領域：
本發明涉及導電水泥混凝土技術領域，特別是涉及一種雙鋪層不鏽鋼纖維導電水泥混凝土。
背景技術：
水泥混凝土路面具有強度高、穩定性好、抗滑性能好、耐磨耗、使用壽命長等優點， 因而在世界各國得到了廣泛的應用。我國公路、城市道路、和機場大量修建了水泥混凝土路面。這些基礎設施的建設和正常運營，對整個國民經濟的發展起著不可估量的作用。在寒冷的冬季，當水泥混凝土路面因降雪而積雪結冰時，給道路暢通和行車安全帶來了嚴重的影響，甚至造成道路和機場關閉，給客貨運輸帶來不便，也給建設單位造成巨大的經濟損失。冬季除冰雪的方法主要有兩種機械除雪法和融雪法。機械除雪法對冰面清除不徹底、經濟效益較差，還會導致交通中斷；熱融雪法普遍具有效率低、操作費用高或不能滿足橋面強度需要等缺點，而目前世界各國主要採用的撤化學鹽(NaCl，CaCl2)融雪法會給水泥混凝土路面結構和環境帶來了許多負面效應，主要表現為鋼筋鋼纖維鏽蝕、路面剝蝕破壞和環境汙染等問題。導電水泥混凝土是通過在普通水泥混凝土中添加適當種類和適當含量的導電組分材料，使水泥混凝土變成具有良好導電性能的導電體。當與外部電源連通後，導電水泥混凝土產生熱量，使路面溫度升高。當路面溫度上升到o°c以上後，路面上的冰雪就會自動融化成水蒸發、流走，使路面無積雪、不結冰，從而保障道路暢通和行車安全。目前，世界各個國家都在對導電混凝土進行廣泛的研究，研製了許多種導電混凝土。導電混凝土大體上分為三類，無機類(如導電水泥混凝土和水玻璃導電混凝土)，有機類(如浙青導電混凝土和樹脂導電混凝土)和複合類(如聚合物導電混凝土和浸漬導電混凝土)。國內外常用於製作導電混凝土的導電組分材料主要有石墨粉、碳纖維及鋼纖維等。石墨導電混凝土中，由於粉末狀石墨長徑比小，混凝土內難以形成連通的導電網絡，往往需要較高含量，石墨摻量一般為水泥質量的20%左右，摻量較高，並且這種混凝土的抗壓強度隨石墨摻量的增加呈急劇下降趨勢；鋼纖維在水泥鹼性環境中，表面產生氧化鈍化層， 使導電混凝土的電阻率穩定性差；碳纖維細小，彼此搭接的接觸面較小，需要加大摻量才能改善混凝土導電性能，而過高的碳纖維含量將使纖維在攪拌時結團成束，難以分散，並且碳纖維價格昂貴，使導電混凝土造價遠遠高於普通混凝土，制約了導電混凝土的發展。

發明內容
本發明的目的是針對現有導電水泥混凝土技術的不足，提供一種電阻率低、電熱性能優異、造價低的雙鋪層不鏽鋼纖維導電水泥混凝土。為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是一種雙鋪層不鏽鋼纖維導電水泥混凝土，該導電水泥混凝土由貫穿布置於水泥混凝土相對兩邊的兩個帶孔不鏽鋼電極片，自下而上依次鋪設的底層基體水泥混凝土層、底層不鏽鋼纖維層、中間基體水泥混凝土層、頂層不鏽鋼纖維層和表層基體水泥混凝土層構成。本發明的雙鋪層不鏽鋼纖維導電水泥混凝土中，所述的帶孔不鏽鋼電極片所帶孔徑為20mm 30mm，孔間距20mm。本發明的的雙鋪層不鏽鋼纖維導電水泥混凝土中，其底層基體混凝土層厚度為 20mm，中間基體混凝土層厚度20mm 60mm，表層基體混凝土層厚度為20mm。本發明的雙鋪層不鏽鋼纖維導電水泥混凝土中，其底層基體混凝土層、中間基體混凝土層和表層基體混凝土層內摻有導電材料，所述的導電材料為不鏽鋼纖維或石墨。所述的內摻的導電材料為不鏽鋼纖維時，其體積摻量佔導電混凝土體積的百分比為0. 5% 1.5% ；所述的內摻的導電材料為石墨時，其質量摻量佔膠凝材料的百分比為5% 15%。本發明的雙鋪層不鏽鋼纖維導電水泥混凝土中，所述的底層不鏽鋼纖維層與頂層不鏽鋼纖維層中不鏽鋼纖維均勻鋪設，撒布量為1. 4kg/m2 2. 4kg/m2。所述的不鏽鋼纖維單絲直徑為100 μ m 200 μ m,長徑比125 250。本發明的一種雙鋪層不鏽鋼纖維導電水泥混凝土的製造方法，其特徵在於先將兩個帶孔不鏽鋼電極片貫穿布置於水泥混凝土的相對兩邊，然後自下而上依次鋪設底層基體水泥混凝土層，撒布底層不鏽鋼纖維層的不鏽鋼纖維，澆築中間基體水泥混凝土層，撒布頂層不鏽鋼纖維層的不鏽鋼纖維，鋪設表層基體水泥混凝土；不鏽鋼纖維採用撒布的方法均勻鋪設，撒布量為1. 4kg/m2 2. 4kg/m2 ；基體水泥混凝土層內摻導電材料不鏽鋼纖維或石墨，內摻為不鏽鋼纖維時，其體積摻量佔導電混凝土體積的百分比為0. 5% 1. 5%，內摻石墨時，其質量摻量佔膠凝材料的百分比為5% 15%。本發明的雙鋪層不鏽鋼纖維導電水泥混凝土，由於其採用複合材料(鋪層不鏽鋼纖維和摻有導電材料的基體水泥混凝土)結構設計的方法，導電機理是體系的導電能力主要由頂層不鏽鋼纖維鋪層與底層不鏽鋼纖維鋪層的不鏽鋼纖維相互搭接形成的導電網絡而提供，但鋪層的不鏽鋼纖維間只能形成部分連續的局部導電網絡，當基體水泥混凝土中未摻加導電集料時體系其電阻率較高；在基體水泥混凝土中加入導電集料(不鏽鋼纖維或石墨)後，這些導電材料在部分連續的鋪層不鏽鋼纖維間形成了局部的「橋梁」，將鋪層不鏽鋼纖維間形成的局部導電網絡連接成為連續貫通的導電鏈，此時導電通路形成，電阻率明顯降低；基體水泥混凝土中導電材料之間通過搭接也形成大量的局部導電網絡，為體系提供一定的導電能力。本發明與現有技術相比具有如下主要的突出效果1.通過複合材料(鋪層不鏽鋼纖維和摻有導電材料的基體水泥混凝土)結構設計，鋪層不鏽鋼纖維提供大量導電網絡，基體水泥混凝土中的導電材料使這些導電網絡彼此連接，形成連續的導電網絡，導電通路形成，電阻率明顯降低，用較少的導電材料得到導電性能好、電阻率穩定、電熱性能優異的導電水泥混凝土。2.使用不鏽鋼纖維來代替常規的鋼纖維，解決了由於鋼纖維在水泥混凝土鹼性環境中的鈍化引起的電阻率隨齡期穩定性差的問題。3.底層、頂層不鏽鋼纖維雙鋪層設計，使水泥混凝土在獲得良好導電性能的同時， 力學性能也得到了增強。4.製作工藝簡單，質量易於控制，造價較低，便於推廣應用。
本發明提供的雙鋪層不鏽鋼纖維導電水泥混凝土可應用於水泥混凝土路面、橋面、機場跑道的融雪化冰、電熱採暖、工業防靜電、電力設備接地工程等領域，是經濟適用的導電混凝土材料。


圖1是本發明的雙鋪層不鏽鋼纖維導電水泥混凝土路面的結構示意2是本發明的雙鋪層不鏽鋼纖維導電水泥混凝土的導電模型3是基體混凝土摻加不鏽鋼纖維時試塊電阻率隨齡期的變化曲線4是基體混凝土摻加不鏽鋼纖維時試塊的升溫曲線5是基體混凝土摻加石墨時試塊電阻率隨齡期的變化曲線6是基體混凝土摻加石墨時試塊的升溫曲線7是基體混凝土不摻加導電材料時試塊電阻率隨齡期的變化曲線中1-帶孔不鏽鋼電極片，2-底層基體水泥混凝土層，3-底層不鏽鋼纖維層， 4-中間基體水泥混凝土層，5-頂層不鏽鋼纖維層，6-表層基體水泥混凝土層，7-鋪層不鏽鋼纖維，8-導電集料。
具體實施例方式下面結合具體實施例及附圖，進一步說明本發明。實施例採用PI 52. 5水泥、細度模數為2. 30的中砂、5 16mm級配碎石，原料及其配比(單位kg/m3)如下表
權利要求
1.一種雙鋪層不鏽鋼纖維導電水泥混凝土，其特徵在於該導電水泥混凝土由貫穿布置於水泥混凝土相對兩邊的兩個帶孔不鏽鋼電極片(1)，自下而上依次鋪設的底層基體水泥混凝土層O)、底層不鏽鋼纖維層(3)、中間基體水泥混凝土層G)、頂層不鏽鋼纖維層(5)和表層基體水泥混凝土層(6)構成。
2.根據權利要求1所述的雙鋪層不鏽鋼纖維導電水泥混凝土，其特徵在於所述的帶孔不鏽鋼電極片(1)所帶孔徑為20mm 30mm，孔間距20mm。
3.根據權利要求1所述的雙鋪層不鏽鋼纖維導電水泥混凝土，其特徵在於底層基體混凝土層(2)厚度為20mm，中間基體混凝土層(4)厚度20mm 60mm，表層基體混凝土層(6)厚度為20mm。
4.根據權利要求1或3所述的雙鋪層不鏽鋼纖維導電水泥混凝土，其特徵在於所述的底層基體混凝土層O)、中間基體混凝土層(4)和表層基體混凝土層(6)內摻有導電材料，所述的導電材料為不鏽鋼纖維或石墨。
5.根據權利要求4所述的雙鋪層不鏽鋼纖維導電水泥混凝土，其特徵在於所述的內摻的導電材料為不鏽鋼纖維時，其體積摻量佔導電混凝土體積的百分比為0. 5% 1. 5%0
6.根據權利要求4所述的雙鋪層不鏽鋼纖維導電水泥混凝土，其特徵在於所述的內摻的導電材料為石墨時，其質量摻量佔膠凝材料的百分比為5% 15%。
7.根據權利要求1所述的雙鋪層不鏽鋼纖維導電水泥混凝土，其特徵在於所述的底層不鏽鋼纖維層(3)與頂層不鏽鋼纖維層(5)中不鏽鋼纖維均勻鋪設，撒布量為1.4kg/ m2 2. 4kg/m2。
8.根據權利要求1或7所述的雙鋪層不鏽鋼纖維導電水泥混凝土，其特徵在於所述的不鏽鋼纖維單絲直徑為100 μ m 200 μ m,長徑比125 250。
9.一種雙鋪層不鏽鋼纖維導電水泥混凝土的製造方法，其特徵在於先將兩個帶孔不鏽鋼電極片(1)貫穿布置於水泥混凝土的相對兩邊，然後自下而上依次鋪設底層基體水泥混凝土層O)，撒布底層不鏽鋼纖維層( 的不鏽鋼纖維，澆築中間基體水泥混凝土層G)， 撒布頂層不鏽鋼纖維層( 的不鏽鋼纖維，鋪設表層基體水泥混凝土(6)；不鏽鋼纖維採用撒布的方法均勻鋪設，撒布量為1. 4kg/m2 2. 4kg/m2 ；基體水泥混凝土層內摻導電材料不鏽鋼纖維或石墨，內摻為不鏽鋼纖維時，其體積摻量佔導電混凝土體積的百分比為0. 5% 1. 5%，內摻石墨時，其質量摻量佔膠凝材料的百分比為5% 15%。
全文摘要
一種雙鋪層不鏽鋼纖維導電水泥混凝土，它由貫穿布置於水泥混凝土相對兩邊的兩個帶孔不鏽鋼電極片，自下而上依次鋪設的底層基體水泥混凝土層、底層不鏽鋼纖維層、中間基體水泥混凝土層、頂層不鏽鋼纖維層和表層基體水泥混凝土層構成。其製備是先將兩個帶孔不鏽鋼電極片貫穿布置於混凝土的相對兩邊，然後自下而上依次鋪設底層基體混凝土、撒布底層不鏽鋼纖維、澆築中間基體混凝土層、撒布頂層不鏽鋼纖維、鋪設表層基體混凝土；基體混凝土層摻有導電材料不鏽鋼纖維或石墨；不鏽鋼纖維均勻鋪設，撒布量為1.4kg/m2～2.4kg/m2。本混凝土電阻率低，導熱性能優異，抗壓強度高，造價低，可用於混凝土路面、橋面、機場跑道的融雪化冰、採暖、防靜電和電力設備接地領域。
文檔編號E01C7/32GK102444070SQ20111025273
公開日2012年5月9日 申請日期2011年8月30日 優先權日2011年8月30日
發明者水中和, 陳偉, 高平 申請人:武漢理工大學