CN101309878A - 获得导电性混凝土混合物的配方 - Google Patents

Abstract

本发明涉及获得导电性混凝土混合物的配方，所述导电性混凝土可使电能通过，以提供对于钢增强件的阴极保护和抗化学侵蚀。本发明的导电性混凝土混合物具有高于标准混凝土的机械强度性能、低的容重和能使该导电性混凝土用于结构和建筑方式中的机械特性。此外，由于其配方，所述混凝土抗腐蚀。本发明包括导电体，其具有低水吸附值和非常低断裂变形，从而提供高的结构稳定性。由于其配方、混合物和其新的特性，本发明的目的是提供完全不同于目前可获得的混凝土的混凝土类型，其主要特征在于结合了现有混凝土的优点和导电性能。此外，本发明混凝土的物理和化学性能好于现有混凝土，例如低的容重。

Description

获得导电性混凝土混合物的配方

发明领域

本发明涉及用于水泥的添加剂组合物，通过添加银盐以获得具有优异导电性能的混凝土。

发明的现有技术

目前，用于建筑工业中的混凝土，通常至少由水泥、水和集料(细和粗)构成。如现有技术中已知的，常规混凝土是高密度的电绝缘石质材料，其阻止电能通过，即使在不具有所需布线的情况下通过表面或芯部将其用作导体时也是如此。

如能想象的，具有导电性能的混凝土将节省相当多的内部布线，并将有助于混凝土内部钢之间的更好的相互作用，因为能进行阴极保护，从而赋予更长的使用寿命，阻止其被腐蚀，从而生成具有类似于常规混凝土的机械性能但具有更小容重的材料，这将允许在混凝土表面和通过其芯部进行导电，当接触时不会触电，另外将显著节省混凝土构件的安装和保养费用。

为了消除这些和其它缺点，作出了开发导电性混凝土的构想。本专利申请旨在保护所述想法，其包括生产允许电流通过或进行传导并且机械性能比常规混凝土更为有效的混凝土的配方。

发明描述

在该部分描述该新型混凝土的特征细节，并通过附图并参考所述图中所示数字的解释进行清楚说明。

本发明的这种材料目标是通过以不同比例混合水泥、水及细和粗集料获得具有与石材类似特征的不同质人造石质材料。水泥与水反应形成称为基质的坚固硬质体，赋予所需刚性。这种基质粘结细和粗集料的颗粒形成整体。

选择两种不同类型的水泥，标准I型波特兰水泥和白水泥，以制备本发明目标的混凝土。所选择的两种类型的混凝土具有3.1kg/dm³的比重。所使用的水泥的量必须在一旦混合物与水进行水合作用时能包裹集料。使用的水以水/水泥比计算必须在0.25-0.55，0.3是最佳比例。在这种混凝土混合物中使用的集料类型是水吸附能力为20-35％的“煤粉”类型的矿物煤。使用的集料的粒度是对于粗集料直径必须至少为一英寸，对于细集料直径不大于半英寸。粗集料部分必须至少为添加集料总量的50％，不大于70％，60％认为是最佳百分比。

细集料必须具有良好的细颗粒和煤粉末的分布，以使基质饱和，在整个材料中获得更好的导电性能。

矿物煤粉末比例必须至少为总细集料重量的20％，而且不超过35％。磷酸银影响混凝土的腐蚀过程，阻止腐蚀，有利于导电，必须与水混合直到获得好的溶液。用于该配方的所需磷酸银量是使用的水泥总重量的0.01-1％，0.75％被认为是最佳百分比。使用的玻璃纤维无需进行润滑、筛分或粘合，如具有长度15-30mm且无需粘合、润滑或筛分的切丝(cut thread)、粉碎纤维的材料。添加这些纤维以提高混凝土的抗压、抗弯、抗拉和抗扭性能。纤维含量必须至少是使用水泥重量的3％，并且不超过8％，5％被认为是最佳百分比。

用于生产导电性混凝土的用量必须保持每0.4份集料(细颗粒和粗颗粒)至少1份水泥的重量关系，并且不大于1份水泥对2.75份集料(细颗粒和粗颗粒)的重量关系，对于每份水泥0.52和0.85被认为是集料(粗颗粒和细颗粒)的最佳重量比。

集料的粒度是：对于任何筛，部分保留量必须不大于40％，至少8％的细集料必须通过0.150(100)目尺寸。

使用超流化剂(superfluidifying agent)作为添加剂，其作用是提高材料的施工性能，并降低与水泥进行水合作用所需的水量。添加的超流化剂的量必须不低于使用的水体积的5％，并且不大于15％，8％被认为是最佳百分比。这种超流化剂在与磷酸银进行混合前必须与水混合，以确保水泥和集料与这些物质接触。使用的这种超流化剂不需添加任何化学物质或含量，即，能使用市场上的任何这种试剂，只要能实现目的或减少使混凝土更易流动所需的水量。

矿物煤的粗颗粒必须用水进行饱和(所述水将用于混凝土配方中)，其中磷酸银预先进行稀释，并在其中添加超流化剂，然后所有粗颗粒必须在容器中浸渍，以允许煤吸收水直到完全饱和。

混合过程使得水泥和玻璃纤维均匀化，然后添加水和预先饱和的煤，然后混合所得的浆料直到获得足够可使用的或流体混合物。

然后，添加作为细集料的煤，使其在混合物表面均匀分布，确保在任何部分没有过多富集。该过程可人工或机械进行，只要获得所有的集料在基质中分散良好，及水泥的水合。

小型混合器的混合时间必须为在除细集料外所有组分添加到混合器中后5分钟，然后在这5分钟后，添加细集料，少量倒入以便于混合过程并使它们良好均匀化。一旦细集料被引入，所有组分必须在另外的一分半分钟内进行混合。对于大型混合器，包括混凝土搅拌车，第一混合阶段必须持续至少三分半钟，第二混合阶段必须持续至少一分半钟的时间。

如果混凝土没有像预期那样凝固，在完成混合过程后，除了在混凝土搅拌车中预混合的混凝土，一定不要在混凝土中添加水，然后可等比例添加水和超流化剂，只要不超过混合物中最初使用水量的5％，接着混合时间等于初次混合的时间(或约三分半钟)。

在混合后一个半小时内，预混合的导电混凝土必须从混凝土搅拌车中倒出。

混凝土可人工或机械铺设。混凝土必须通过夯实或振动或任何被认为合适的方法进行压实以获得适合的压坯，只要集料不出现破碎或从砂浆混合物中分离的情况。

根据这种配方制得的混凝土表现出允许其进行塑性操作的良好的粘结性能，而没有碎散或粗煤颗粒没有从混合物中分离，并显示出最小渗出或由于较重的固体颗粒的沉降在混凝土表面出现水膜。

当刚制得时，这种混凝土保持集料颗粒被浆料薄膜包裹，浆料薄膜将颗粒分离，并为其提供了流动性。通过悬浮的水泥颗粒和水形成浆料自身，并被细集料所饱和。这使得基质饱和，从而在基质和粗集料颗粒间形成粘结，其中细集料作为允许导电的桥梁，因此必须使用超流化剂以助于细集料在整个基质中甚至在集料上的分散，允许获得流动的并且不均匀的混合物，即细集料的颗粒填充在粗集料颗粒间的空隙，使得压实时，它们具有最大的可能密度。因此，在制造该混凝土中使用的细集料的百分比越大，导电率越低，由于它将显著提高混合物中间隙的百分比，除了必须以通过耗能方式进行压实外，还需要更多的浆料，集料粗颗粒移动到底部，由大量浆料涂覆的小颗粒在上部聚集，这将降低导电率，并将促进断裂。

在23℃在2或2.5小时后通常开始初凝结，而终凝结发生在4和5小时后。

必须在室温进行这种混凝土固化过程，将持续3-10天，这取决于气候的湿度。

这种混凝土的重量在900-1300千克/立方米，取决于所允许的集料和纤维含量间的变化。

集料粗颗粒含量(矿物煤)大于60％的导电混凝土的机械特性例如抗压强度可达50MPa。当刚制得时，电阻为200-280Ω，当干燥(完全凝固)时，为125-185Ω。

细集料含量(矿物煤)大于40％的导电混凝土的机械特性例如抗压强度可达65MPa。当刚制得时，其电阻为170-205Ω，当干燥(完全凝固)时，为95-145Ω。

由于使用操作条件可预见的变化，这种混凝土的持久性在35-70年之间变化，只要不具有不利磨损和撕裂的情况，应具有较长的寿命期间，因为没有合适保护的任何混凝土将受到损坏。由于其特殊组成，这种混凝土孔隙较少，因为低的水/水泥比，其渗透性较小并且好的压实有助于获得抗严重化学侵蚀的混凝土。

为了确保好的混凝土导电性和好的、均匀的电阻性能，集料、水泥和其它物质必须以重量配料，而水和超流化剂以体积配料。这有助于节省水泥和其它物质，因此这种类型配料象征这种类型混凝土的大量生产。

通过上述信息，可表明这些导电性和机械阻力特性及低容重是不能由任何其它混凝土获得的特征，因此具有导电混凝土所需的物理和机械特性。

除了能够用于导电体，这种混凝土的其它独特特征是在导电的同时能用于结构目的，即能用于任何类型建筑工程，同时保持导电性能，进行阴极保护，并抗腐蚀，从而给予它较长使用寿命，这不仅对于混凝土构件本身，而且对于可用于制备过程的金属增强件，并具有额外的不渗透性能，及低于常规混凝土的至多35％的容重。

Claims (21)

1. 已经充分的描述了我们的发明，我们认为是新颖的，因此我们要求下面权利要求的内容，以作为我们独占的产权。1.获得导电性混凝土混合物的配方，其包括类型I标准波特兰水泥或白水泥、玻璃纤维、磷酸银、超流化剂和具有不同粒度以允许它们分别作为粗集料和细集料颗粒的矿物煤。
2. 2.根据权利要求1获得导电性混凝土混合物的配方，其中使用的水量以关系W/C(水/水泥)确定，其中W/C为0.25-0.55，0.3认为是最佳值。
3. 3.根据权利要求1获得导电性混凝土混合物的配方，其中玻璃纤维的量为3-8％，5％认为是最佳百分比；磷酸银含量0.01-1％；超流化剂少于所使用水的体积的5％，并且不大于15％，8％认为是最佳百分比。
4. 4.根据权利要求1获得导电性混凝土混合物的配方，其中使用的集料是具有水吸附能力20-35％的煤粉类型的矿物煤；使用的集料的粒度对于集料粗颗粒直径必须至少2.54cm(一英寸)，对于集料细颗粒直径不大于1.27cm(半英寸)；其中集料粗颗粒至少为集料总重量的50％，不大于70％，60％认为是最佳百分比；集料细颗粒(细颗粒和矿物煤粉末)必须具有良好的分布，以使基质饱和，有助于在整个材料中的更好的导电性；为此，所需比例必须至少为细集料总重量的20％，而且不超过35％。
5. 5.根据权利要求1获得导电性混凝土混合物的配方，特征在于水泥与集料细颗粒和集料粗颗粒的比例是1-0.4，不大于每2.75份集料细颗粒和集料粗颗粒1份水泥，对于每份水泥0.52和0.85认为是集料粗颗粒和细颗粒的最佳重量比。
6. 6.根据权利要求1和2获得导电性混凝土混合物的配方，特征在于集料的粒度是：对于任何筛，部分保留量低于40％，至少8％的细集料必须通过0.150(100)目尺寸。
7. 7.根据权利要求1、2和3获得导电性混凝土混合物的配方，特征在于使用任何目前可获得的超流化剂，只要所述试剂能实现减少使用的水量和为混凝土混合物提供更好的施工性能或流动性的目的。
8. 8.根据权利要求1、2、3和4获得导电性混凝土混合物的配方，特征在于其显示出允许其所述水泥表现出塑性的好的粘附性能，而没有破碎或煤粗颗粒没有分离，并产生出最小渗出或在混凝土表面出现水膜。
9. 9.根据权利要求1-5获得导电性混凝土混合物的配方，特征在于为了保持集料颗粒被浆料薄膜包裹或涂覆，所述浆料薄膜将颗粒分离并为其提供了流动性，必须通过悬浮在水中的水泥颗粒形成浆料自身，并通过细集料进行饱和以使基质饱和，从而在基质和集料粗颗粒间形成粘结，使得所述细集料作为允许导电的桥梁。
10. 10.根据权利要求1-6获得导电性混凝土混合物的配方，特征在于由于添加起提高混凝土机械阻力作用的玻璃纤维从而改善了机械性能。
11. 11.根据权利要求1-7获得导电性混凝土混合物的配方，特征在于容重为900-1300千克/立方米，其取决于所允许的集料和纤维含量的变化。
12. 12.根据权利要求1-8获得导电性混凝土混合物的配方，特征在于其机械和物理特性使其在相同或甚至不同于常规混凝土使用条件下适于建筑目的及结构目的。
13. 13.根据权利要求1-8获得导电性混凝土混合物的配方，特征在于由于其特性和组成，无论在刚制得时还是完全凝固时，在任何类型建筑工程中，混凝土本身可以是导电体而无需内部布线。
14. 14.根据权利要求1-8获得导电性混凝土混合物的配方，特征在于由于其组分，混凝土孔隙较少，由于水-水泥关系，其渗透性较小，并且好的压实提供对严重化学侵蚀的抗性。
15. 15.根据权利要求1-12获得导电性混凝土混合物的配方，特征在于其持久性在35-70年之间变化。
16. 16.根据权利要求1-12获得导电性混凝土混合物的配方，特征在于当刚制得时，其电阻为170-280Ω，当干燥(完全凝固)时，为90-185Ω。
17. 17.根据权利要求1-12获得导电性混凝土混合物的配方，特征在于其机械性能例如抗压强度为50-65MPa。
18. 18.根据权利要求1-15获得导电性混凝土混合物的配方，特征在于浆料比常规混凝土轻35％。
19. 19.根据权利要求1-15获得导电性混凝土混合物的配方，特征在于能用于结构目的及导电目的，即，能用于任何同时也允许导电的建筑工程中。
20. 20.根据权利要求1-16获得导电性混凝土混合物的配方，特征在于提供钢增强件的阴极保护，不仅对于混凝土构件本身也对于用于制备过程中的金属增强件提供更长使用寿命。
21. 21.根据权利要求1-17获得导电性混凝土混合物的配方，特征在于其抗腐蚀。