[发明专利]一种导电活性粉末混凝土及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种导电活性粉末混凝土及其制备方法和应用，属于多功能、智能混凝土材料制备领域。

背景技术

现有普遍使用的活性粉末混凝土中钢纤维直径范围为0.15-0.25mm，石英砂粒径范围为25～100目，且多使用石英粉，水灰比为0.16～0.25，此类活性粉末混凝土的缺点是：1)在低掺量钢纤维下，纤维根数有限，无法形成完整的导电网络，导电性能差；2)钢纤维掺量较高时，施工性能差，限制了其使用范围，且由其制备的路面、桥面等薄板构件易于产生钢纤维外露和锈蚀问题；3)采用石英粉做超细填料，且采用较低的水灰比及高温或蒸压养护工艺，增大了制备成本及能源消耗。为提高活性粉末混凝土的导电性，现有研究中多采用碳纤维，或将碳纤维与上述直径为0.15-0.25mm的钢纤维复合使用，这类活性粉末混凝土的缺陷除上述外，还在于：1)碳纤维与水泥基材料的相容性能差，需采用特定的分散技术或者加入分散剂，增加了制作成本；2)碳纤维脆性大，在剪切应力作用下容易断裂，进而使得其内部导电网络被破坏，降低了其对变形与破坏的感知能力。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种短切特细不锈钢微丝复合的导电活性粉末混凝土，其在低掺量不锈钢微丝下即可导电及感知荷载与变形，可用于电热转换及融雪化冰，同时具有电磁屏蔽或吸收功能，还可用于解决薄板构件钢纤维的外露和锈蚀问题，拓展已有活性粉末混凝土的应用领域。

技术解决方案：

一种短切特细不锈钢微丝复合的导电活性粉末混凝土，按重量比包括水泥：粉煤灰：硅灰：石英砂：短切特细不锈钢微丝：水：减水剂＝1：0.25～0.35：0.25～0.35：1.0～1.5：0.09～0.14：0.30～0.40：0.005～0.035；所述短切特细不锈钢微丝的直径为18～30μm，长度为6～12mm，延伸率＞1％，抗拉强度为1200～1800MPa。

进一步地，在上述技术方案中，所述石英砂的粒径为20～120目；石英砂的SiO₂含量≥99-99.5％，Fe₂O₃含量≤0.005％。

进一步地，在上述技术方案中，所述石英砂的粒径采用不同目数范围的石英砂混合制备而成，20～40目：40～70目：70～120目＝0.8～1.2：0.8～1.2：0.8～1.2。

进一步地，在上述技术方案中，所述水泥标号为P·O42.5R，粉煤灰为Ⅱ级灰，所述硅灰的比表面积为16000～20000m²/kg。

本发明提供一种上述的短切特细不锈钢微丝复合的导电活性粉末混凝土的制备方法，搅拌流程为先将水泥、粉煤灰、硅灰、短切特细不锈钢微丝、水及部分减水剂混合，在水泥胶砂搅拌机中低速搅拌1～3分钟后，高速搅拌3～5分钟，暂停1分钟的同时加入石英砂，低速搅拌1～2分钟，加入剩余的减水剂后，再高速搅拌4～6分钟。

进一步地，在上述技术方案中，养护制度为在20±1℃水中养护至7～14天后置于空气中养护至28～56天。

本发明提供上述混凝土在构件自感知中的应用。

本发明提供上述混凝土在道路桥梁板中的应用。

本发明提供上述混凝土在电磁屏蔽或吸收板中的应用。

本发明采用短切特细不锈钢微丝提高活性粉末混凝土的导电性，其电阻率较未使用短切特细不锈钢微丝时可降低四个数量级，且其在棱柱体抗压荷载下的应变灵敏度系数较未使用短切特细不锈钢微丝时提高了5.9倍。低掺量不锈钢微丝的使用即可在活性粉末混凝土内部形成完整的导电网络，同时可提高其强度和韧性；通过选择合理颗粒级配的石英砂、采用粉煤灰替代部分水泥及相对较高的水灰比，在保证活性粉末混凝土性能的同时，降低其制作成本。短切特细不锈钢微丝复合导电活性粉末混凝土的主要作用机理有三方面：①短切特细不锈钢微丝与活性粉末混凝土基体的适应性好，易于分散；②短切特细不锈钢微丝的长径比大，低掺量下的有效微丝根数多；③活性粉末混凝土中剔除了粗骨料，且短切特细不锈钢微丝的直径、石英砂的粒径及短切特细不锈钢微丝的直径呈现不断增长的数量级关系，级配良好，这使得不锈钢微丝之间易于搭接，即在低掺量形成连通的导电网络，出现电导渗流现象。

发明有益效果