[发明专利]一种导电砂浆、高导电性的导电水泥基材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种导电砂浆、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。

技术领域

本发明属于混凝土技术领域，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。

背景技术

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·cm和10⁹Ω·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。

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 andslag on electrical and mechanical properties of electrically conductivecementitious 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。

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·cm降至10²Ω·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。

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·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·cm。