[发明专利]一种负载改性琼脂凝胶的导电多孔轻骨料及制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于导电混凝土领域的一种功能性建筑材料，具体涉及一种负载改性琼脂凝胶的导电多孔轻骨料的制备方法与应用。

背景技术

混凝土因其优良的力学性能在土木工程领域得到了广泛应用，是目前使用量最大的一种建筑材料。普通混凝土的电阻率高，属电的不良导体。在普通混凝土中添加一定量的导电组分，可大大改善其导电性，制备导电混凝土。导电混凝土既有结构材料的特点，又具有导电性和机敏特性，使得混凝土不仅可以作为结构材料，而且在电工、电磁干扰屏蔽、工业防静电、电加热器、电力设备接地工程，以及重大土木基础设施的内部应力和健康状况自诊断和监测等方面具有重要作用。此外，导电混凝土制品在对钢混结构的电化学阴极防护技术中也有重要的应用价值。在阴极保护系统中，外部阳极砂浆的电学性能对最终保护效果至关重要，低水平的电阻率以及均匀分布的导电增强相是良好保护效果发挥的重要前提。

为了提高导电混凝土的导电性能，近年来，一些学者开展了高性能导电混凝土的研究工作。目前被用于制备导电混凝土的导电组分主要包括石墨、钢纤维及钢屑、碳纤维等。颗粒状或粉末状的石墨粉、碳粉、焦碳及钢屑等导电材料，其长径比小，当掺量较小时，导电材料难以相互接触，不能形成良好的导电网络，故其导电性能较差；当掺量较大时，一方面由于碳黑、焦碳等自身强度较低，另一方面由于导电材料的吸水性，将加大混凝土拌和时的需水量(水灰比)，使混凝土的强度大幅降低，难以满足土木工程对力学性能的需要。碳纤维虽然在较低掺量时即可形成导电网络，但由于纤维搭接的接触面较小，因此电导率低，需加大纤维掺量才能改善其导电性能；而过高的纤维含量将使纤维在搅拌时结团成束，难以分散，在成型时易引入大量的气泡，使混凝土强度降低。由于直径较粗，钢纤维在掺量较低时难以形成相互搭接的导电网络，导电性能差；纤维掺量高时，混凝土工作性较差，很难采用常规方法施工。因此，目前研究的导电混凝土难以较好满足导电性的要求。此外，由于石墨、碳纤维等导电组分材料价格昂贵，导电混凝土的造价普遍较高，远远高于普通混凝土的报价。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术中的不足，提供一种具备低电阻率并可应用于导电混凝土的负载改性琼脂凝胶的导电多孔轻骨料的制备方法。本发明所述的导电骨料，骨料本身作为导电增强相，分布均匀且成本低廉，并能方便地施工，在保证导电混凝土具备满足要求的力学性能的同时，提高其导电性。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种负载改性琼脂凝胶的导电多孔轻骨料的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备改性琼脂水溶液：将琼脂粉先加入水中，加热直至琼脂完全溶解后，加入无机盐类电解质，保持溶液温度在90℃以上并持续搅拌30s以上，制得改性琼脂水溶液；

(2)将多孔陶粒浸没于改性琼脂水溶液中，保持温度90℃以上持续搅拌5mins以上；捞出经上述浸渍处理的陶粒，快速风冷待琼脂凝固为凝胶状，剥离其表面多余琼脂凝胶，即得到负载改性琼脂的导电多孔轻骨料。

所述无机盐类电解质为NaOH和NaNO₂的混合液或其他强碱性电解质如Ca(OH)₂或KOH电解质。

所述改性琼脂水溶液中各原料所占重量份数为：水100份、NaNO₂6-6.5份、NaOH0.5-0.6份、琼脂粉3～3.5份。

所述的多孔陶粒为市售多孔陶粒，具体性质要求为：表观密度不高于1.19g/cm³，吸水率6.48％以上，平均粒径不低于3.26mm且筒压强度不低于4MPa的粘土质多孔陶粒。

所述的琼脂，为市售琼脂粉，参数分别为：所用琼脂粉分子式为(C₁₂H₁₈O₃)_n，凝胶强度(Celstrength)>1300g/cm²，相对分子质量为150.09g/mol。注：市售琼脂粉均为天然植物经一定工艺后提取出的琼脂多糖粉剂，由于原材料植物及制备加工工艺区别，不同产区琼脂多糖粉剂可能在分子式等方面性质稍有差异，但并不影响本发明的正常使用。本发明所应用的琼脂多糖原料粉剂也并不止于所枚举的该种原料。

所述亚硝酸钠为市售分析纯固体亚硝酸钠粉末，所述亚硝酸钠(NaNO₂)相对分子质量为69g/mol，纯度≥90.0％，符合GB/T633-1994标准的试剂。