[发明专利]一种可用作电发热材料的导电混凝土

说明书

本发明涉及一种混凝土，适用于电加热供暖作电发热材料的导电混凝土。

目前用于电加热供暖的电发热材料主要有电阻丝、硅钼棒、PTC电子陶瓷(正温度系数电子陶瓷)等。如普遍使用的空调器、电热油汀等，其电发热材料一般为电阻丝。远红外电暖器，部分采用硅钼棒。无论电阻丝、硅钼棒，都存在耗电大、热效率低的缺点；而且电阻丝的使用寿命短。在日本，PTC电子陶瓷相当一部分被用作为空调电发热材料，国内也有厂家在试用PTC生产空调器，PTC电子陶瓷虽有节能的优点，由于制作较大面积的PTC电子陶瓷片技术难度大，小面积的PTC电子陶瓷片由于热交换面积小难以达到理想的供暖效果。

作为理想的电加热供暖的电发热材料，在限定功率时，单位成本的电发热材料应能提供尽可能大的面积，以获得较大的热交换能力，提高加热供暖效果。专利93107944.6推出一种电热地板砖，采用石墨粉与金属粉末通过树脂粘接作为电发热材料，虽然能提供较大的热交换能力，但金属粉末易被缓慢氧化，随着时间推移，其电阻将逐渐增大，影响性能稳定性，并且作为粘接剂的有机树脂易在经常加热的条件下老化，将造成使用寿命的缩短。专利94241290.7推出碳纤维电暖装置，采用碳纤维导电发热纸作为电发热材料；碳纤维导电发热纸由于采用安全电压供电限制了功率范围，并且不可避免地伴随纸张耐老化问题。专利94247476.7推出的碳纤维电热取暖器，是采用碳纤维束、碳纤维布或碳纤维作为发热体，其造价相对较高。专利93101346.1所推出的碳素石墨电极防漏电结构离子取暖器，则是采用电解质作为电发热材料，存在制作工艺复杂、电热转换率低等问题。

虽然提高热效率可以通过增大电加热器整体的散热面积来改善，如充油电加热器、电热油汀等。电绝缘油将电发热材料电阻丝产生的热量均匀分散到整个充油体上以增大热交换能力。其采用的电绝缘油一般为多氯联苯，是一种很难自然降解或生物降解的有毒物质，可以诱发皮肤癌。因此这种方法不可避免地给环境保护带来隐患。

针对上述情况，为寻求一种良好的电加热供暖的发热材料，它要求：耗电少，热效率高，使用寿命长，具有良好的化学稳定性和热稳定性，能提供较大的发热面积，并有较宽的功率设计范围，无环境污染，易于操作、施工、安装，成本低；特完成本发明。

本发明的特征是：

1.在混凝土中添加短切碳纤维和石墨粉，从而形成导电混凝土。

碳纤维是良好的导电体，电阻率在10^-3Ωcm数量级；而且添加碳纤维能提高混凝土的抗拉、抗弯强度。添加石墨粉有利于碳纤维在混凝土中均匀分散，并增加碳纤维之间的接触导电概率，从而可以减少碳纤维的添加量以降低成本。

石墨粉与碳纤维均具有良好的导热性，相应的作为电发热材料的导电混凝土能均匀发热。由于导电混凝土可以与建筑有机地构成一体，如建筑的内墙壁、地面等，不需额外占用空间，便于安装、施工；并且能提供较大的热交换面积，热效率高。

碳纤维和石墨粉除了具有良好的导电性外，还具有良好的化学稳定性和热稳定性。在混凝土的强碱性介质中，不会象金属粉末或不锈钢钢丝绒那样被逐渐腐蚀。有效地保证了作为电发热料的导电混凝土的使用寿命和发热稳定性。

2.添加增强纤维以提高导电混凝土的抗拉、抗弯强度。

虽然碳纤维本身能有效地增强混凝土的抗拉、抗弯强度，但碳纤维价格较高，适量添加增强纤维可减少碳纤维的用量，有利于降低成本。

增强纤维可以采用短切有机纤维：芳纶纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙烯腈纤维、聚氯乙烯纤维及其组合。该短切有机纤维的平均长度可以是3～10mm，以平均长度5mm为佳；长度大于10mm不易有效地分散在混凝土中，平均长度低于3mm则不能有效地起到混凝土增强作用。

增强纤维也可以采用无机纤维：玻璃纤维和陶瓷纤维。或者将无机纤维与上述短切有机纤维组合使用。在建筑中还在大量使用的石棉纤维在作为电发热材料的导电混凝土中不能添加，因石棉纤维具有一定的致癌性，以免由于加热而引起少量挥发，对人体健康造成影响。

3.添加混凝土减水剂，以使水泥水化完全，并有利于碳纤维、石墨粉、增强纤维分散均匀，促进碳纤维、石墨粉、增强纤维与水泥之间的亲合，提高导电混凝土强度。