一種用于導(dǎo)電混凝土的高強(qiáng)度導(dǎo)電集料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于導(dǎo)電混凝土的高強(qiáng)度導(dǎo)電集料及其制備方法，其特征在于，所述導(dǎo)電集料由粘土、鐵粉、Fe3O4和聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物四種組分制備而成，各組分所占的質(zhì)量百分比為：粘土70～93％、鐵粉1～6％、Fe3O41～10％、聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物5～14％，所述制備方法包括：1)粘土的預(yù)處理和聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物的合成；2)各組分的稱量；3)采用干壓成型的方法，將各組分的混合料壓制成柱狀坯體；4)將坯體送入還原氣氛爐中煅燒，得所述的高強(qiáng)度導(dǎo)電集料。本發(fā)明制備的導(dǎo)電集料具有成本低、導(dǎo)電性能好和力學(xué)性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用于導(dǎo)電混凝土，使混凝土表現(xiàn)出良好的導(dǎo)電性能和力學(xué)性能。
【專利說明】—種用于導(dǎo)電混凝土的高強(qiáng)度導(dǎo)電集料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于建筑材料領(lǐng)域，具體涉及一種用于導(dǎo)電混凝土的高強(qiáng)度導(dǎo)電集料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]導(dǎo)電混凝土是指在普通混凝土中摻入適量導(dǎo)電組分材料而形成的一種多相復(fù)合材料。導(dǎo)電混凝土既具有結(jié)構(gòu)材料的特點(diǎn)，又具有導(dǎo)電性，使導(dǎo)電混凝土在作為一種結(jié)構(gòu)材料的同時(shí)，在電工、電磁干擾屏蔽、工業(yè)防靜電、電力設(shè)備接地工程、鋼筋陰極保護(hù)、建筑地面采暖和路面除冰融雪等方面發(fā)揮著重要作用。
[0003]導(dǎo)電混凝土主要由于分散在基體中的導(dǎo)電組分材料相互接觸形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，從而具有導(dǎo)電性。目前，國內(nèi)外用于導(dǎo)電混凝土的導(dǎo)電材料通常為碳纖維、石墨和金屬粉末等。然而，碳纖維和鋼纖維等導(dǎo)電材料成本較高，且在水泥石中進(jìn)行均勻分散非常困難，不能有效形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，嚴(yán)重降低了導(dǎo)電混凝土的導(dǎo)電性能。石墨和炭黑等碳系導(dǎo)電材料由于自身強(qiáng)度低，且吸水率高，會(huì)明顯降低導(dǎo)電混凝土的力學(xué)性能。因此，制備出一種導(dǎo)電性能優(yōu)良，不降低導(dǎo)電混凝土力學(xué)性能且成本較低的導(dǎo)電集料是急需解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種用于導(dǎo)電混凝土的高強(qiáng)度導(dǎo)電集料及其制備方法。將該導(dǎo)電集料應(yīng)用于混凝土，能增強(qiáng)混凝土的導(dǎo)電性能，并保證混凝土的強(qiáng)度。采用所述方法制備導(dǎo)電集料，使導(dǎo)電集料表現(xiàn)出良好的力學(xué)性能和導(dǎo)電性能。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種用于導(dǎo)電混凝土的導(dǎo)電集料，它由粘土、鐵粉、Fe3O4和聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物四種組分制備而成，各組分所占質(zhì)量百分比為:粘土 70~93%、鐵粉I~6%、Fe3O4I~10%、聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物5~14%。
[0006]所述的粘土為取自土壤的粘土(普通粘土)烘干至水分質(zhì)量含量<4% (質(zhì)量)，破碎后粉磨至粒徑< 0.15mm的粉體。
[0007]所述的鐵粉為市售工業(yè)鐵粉，純度≥98% (質(zhì)量)，平均粒徑為0.005~0.01mm。
[0008]所述的Fe3O4為市售工業(yè)產(chǎn)品Fe304。
[0009]所述的聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物由聚乙烯醇、甲基丙烯酸酯和苯乙烯聚合而成，聚乙烯醇、甲基丙烯酸酯、苯乙烯的摩爾比為1:(1~3):1。
[0010]上述合成聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物的步驟包括:以去離子水、聚乙烯醇、甲基丙烯酸酯、苯乙烯和過氧化苯甲酰為原料，各原料的添加量為，去離子水、聚乙烯醇、甲基丙烯酸酯和苯乙烯的摩爾比為(I~2):1: (I~3):1，過氧化苯甲酰占原料總質(zhì)量的0.04~
0.07% ;制備過程中，將稱量好的去離子水和聚乙烯醇進(jìn)行混合，將混合液加熱至85~90°C攪拌溶解，然后降溫至70~75°C;加入甲基丙烯酸酯、苯乙烯單體和過氧化苯甲酰；將所得混合液在75~80°C下聚合6~8h ;趁熱抽濾，將得到的聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物用熱水洗滌兩次后進(jìn)行真空烘干，烘干后研磨至粒徑< 0.15mm的粉體，得聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物。
[0011]上述一種用于導(dǎo)電混凝土高強(qiáng)度導(dǎo)電集料的制備方法，包括如下步驟:
[0012]1)粘土的預(yù)處理和聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物的合成:將取自土壤的粘土(普通粘土)烘干至水分含量≤4% (質(zhì)量)，破碎后粉磨至粒徑≤ 0.15mm的粉體；以去離子水、聚乙烯醇、甲基丙烯酸酯、苯乙烯、過氧化苯甲酰為原料合成聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物；
[0013]2)各組分的稱量:稱取粘土、鐵粉、Fe3O4和聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物，各組分所占質(zhì)量百分比為:粘土 70~93%、鐵粉I~6%、Fe304l~10%、聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物5~14%，各組分所占質(zhì)量百分比之和為100% ；
[0014]3)混料與成型:將稱量好的粘土、鐵粉、Fe3O4和聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物置于錐形混合機(jī)中混合均勻，再將混合料加水造粒，并采用干壓成型的方法，將粉料壓制成高度為I~10mm、直徑為5~50mm的柱狀還體；
[0015]4)導(dǎo)電集料燒成:將坯體置于還原氣氛爐中進(jìn)行煅燒，勻速升溫至700~800°C，升溫速率為5~10°C /min，保溫10~15min，再勻速升溫至1000~1100°C，升溫速率為5~10°C /min，保溫10~20min，在還原氣氛下勻速冷卻至室溫，勻速冷卻的速率為5~IO0C /min，得用于導(dǎo)電混凝土的導(dǎo)電集料。
[0016]所述的還原氣氛是焦炭(外置在爐膛中的焦炭塊)在高溫下反應(yīng)生成的CO氣體。
[0017]制得的導(dǎo)電集料具有良好的導(dǎo)電性能和力學(xué)性能。
[0018]將制得的導(dǎo)電集料，破碎后全部或部分替代混凝土中的石或砂，與水泥、水以及碳纖維導(dǎo)電相材料相配合，應(yīng)用于導(dǎo)電混凝土，使混凝土表現(xiàn)出較好的導(dǎo)電性能和力學(xué)性能。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0020]1)制得的集料具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能，可作為導(dǎo)電相材料替代砂、石均勻分布在混凝土中，也可與其它導(dǎo)電相材料如碳纖維混合摻入混凝土中，形成均勻的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，增強(qiáng)混凝土導(dǎo)電性能。
[0021]2)導(dǎo)電集料的制備過程中，將混合料干壓成型后進(jìn)行燒結(jié)，使導(dǎo)電集料的力學(xué)性能增強(qiáng)。
[0022]3)作為導(dǎo)電集料組分之一的聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物為有機(jī)樹脂，具有高強(qiáng)度、高硬度的特點(diǎn)，燒結(jié)時(shí)能將粘土顆粒連接起來，增強(qiáng)集料強(qiáng)度。同時(shí)，在較低摻量下就能形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，提高集料的導(dǎo)電性能。將制得的導(dǎo)電集料應(yīng)用于混凝土，混凝土表現(xiàn)出良好的導(dǎo)電性能和力學(xué)性能。
[0023]4)導(dǎo)電集料的主要成分為粘土，與價(jià)格昂貴的碳纖維、鋼纖維等導(dǎo)電材料相比，可大大降低制備導(dǎo)電混凝土的成本。
[0024]5)導(dǎo)電集料可通過調(diào)節(jié)各組分含量和燒結(jié)溫度來控制其導(dǎo)電性能。同時(shí)可通過對(duì)組分含量、燒結(jié)溫度和干壓成型時(shí)的壓力控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)集料礦物相組成、比例和孔隙率等參數(shù)的控制，從而調(diào)整導(dǎo)電集料的強(qiáng)度以及配制的導(dǎo)電混凝土的強(qiáng)度。
【具體實(shí)施方式】
[0025]為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。
[0026]所述的鐵粉為市售工業(yè)鐵粉，純度≥98% (質(zhì)量)，平均粒徑為0.005~0.01mm,所述的Fe3O4為市售工業(yè)廣品Fe3O4,所述的聚丙纟布酸酷_本乙纟布共聚物以去尚子水、聚乙火布醇、甲基丙烯酸酯、苯乙烯和過氧化苯甲酰為原料制備而成，聚乙烯醇、甲基丙烯酸酯、苯乙烯和過氧化苯甲酰均為市售化學(xué)試劑。
[0027]合成所述聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物的步驟包括:以去離子水、聚乙烯醇、甲基丙烯酸酯、苯乙烯和過氧化苯甲酰為原料，各原料的添加量為，去離子水、聚乙烯醇、甲基丙烯酸酯和苯乙烯的摩爾比為(I~2):1: (I~3):1，過氧化苯甲酰占原料總質(zhì)量的0.04~
0.07% ;制備過程中，將稱量好的去離子水和聚乙烯醇進(jìn)行混合，將混合液加熱至85~90°C攪拌溶解，然后降溫至70~75°C;加入甲基丙烯酸酯、苯乙烯單體和過氧化苯甲酰；將所得混合液在75~80°C下聚合6~8h ;趁熱抽濾，將得到的聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物用熱水洗滌兩次后進(jìn)行真空烘干，烘干后研磨至粒徑< 0.15mm的粉體，得聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物。
[0028]實(shí)施例1:
[0029]一種用于導(dǎo)電混凝土的高強(qiáng)度導(dǎo)電集料，它由粘土、鐵粉、Fe3O4和聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物制備而成，各組分所占質(zhì)量百分比為:粘土 75%、鐵粉3%、Ρθ3049%、聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物13%。
[0030]上述一種用于導(dǎo)電混凝土的高強(qiáng)度導(dǎo)電集料的制備方法，包括以下步驟:
[0031]I)原料預(yù)處理:將取自土壤的粘土(普通粘土)烘干至水分含量為3% (質(zhì)量)，破碎后粉磨至粒徑< 0.15mm的粉體；以去離子水、聚乙烯醇、甲基丙烯酸酯、苯乙烯和過氧化苯甲酰為原料合成聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物；
[0032]2)各組分的稱量:稱取粘土、鐵粉、Fe3O4和聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物，各組分所占質(zhì)量百分比為:粘土 75%、鐵粉、聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物13% ；
[0033]3)混料與成型:將稱量好的粘土、鐵粉、Fe3O4和聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物在錐形混合機(jī)中混合均勻，再將混合料加水造粒，并采用干壓成型的方法，將粉料壓制成高度為
2.5_、直徑為4.5mm的柱狀還體；
[0034]4)導(dǎo)電集料燒成:將坯體送入還原氣氛爐中進(jìn)行煅燒，勻速升溫至750°C，升溫速率為7°C /min，保溫IOmin ;再勻速升溫至1100°C，升溫速率為7V /min，保溫15min ;在還原氣氛下勻速冷卻至室溫，勻速冷卻的速率為7°C /min，冷卻后得到用于導(dǎo)電混凝土的導(dǎo)電集料。
[0035]分別以石墨粉和鋼渣作為導(dǎo)電相添加到粘土中制備導(dǎo)電集料，與本發(fā)明的導(dǎo)電集料的性能進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明本發(fā)明的導(dǎo)電集料導(dǎo)電性能好、強(qiáng)度高(見表1)。
[0036]表1不同導(dǎo)電相制備的導(dǎo)電集料的性能對(duì)比
[0037]
【權(quán)利要求】
1.一種用于導(dǎo)電混凝土的高強(qiáng)度導(dǎo)電集料，其特征在于，它由粘土、鐵粉、Fe3O4和聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物四種組分制備而成，各組分所占質(zhì)量百分比為:粘土 70~93%、鐵粉I~6%、Fe3O4I~10%、聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物5~14%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于導(dǎo)電混凝土的高強(qiáng)度導(dǎo)電集料，其特征在于:所述的粘土為取自土壤的粘土烘干至水分質(zhì)量含量< 4%,破碎后粉磨至粒徑< 0.15mm的粉體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于導(dǎo)電混凝土的高強(qiáng)度導(dǎo)電集料，其特征在于:所述的鐵粉為市售工業(yè)鐵粉，純度≥98%，平均粒徑為0.005~0.01mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于導(dǎo)電混凝土的高強(qiáng)度導(dǎo)電集料，其特征在于:所述的Fe3O4為市售工業(yè)產(chǎn)品。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于導(dǎo)電混凝土的高強(qiáng)度導(dǎo)電集料，其特征在于:所述的聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物由聚乙烯醇、甲基丙烯酸酯和苯乙烯聚合而成，聚乙烯醇、甲基丙烯酸酯、苯乙烯的摩爾比為1: (I~3):1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的一種用于導(dǎo)電混凝土的高強(qiáng)度導(dǎo)電集料，其特征在于，聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物的制備方法如下:以去離子水、聚乙烯醇、甲基丙烯酸酯、苯乙烯和過氧化苯甲酰為原料，各原料的添加量為:去離子水、聚乙烯醇、甲基丙烯酸酯和苯乙烯的摩爾比為(I~2):1: (I~3):1，過氧化苯甲酰占原料總質(zhì)量的0.04~0.07% ;制備過程中，將稱量好的去離子水與聚乙烯醇進(jìn)行混合，將混合液加熱至85~90°C攪拌溶解，然后降溫至70~75V ;加入甲基丙烯酸酯、苯乙烯單體和過氧化苯甲酰；將所得混合液在75~80°C下聚合6~8h ;趁熱抽濾，將得到的聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物用熱水洗滌兩次后進(jìn)行真空烘干，烘干后研磨至粒徑< 0.15mm的粉體，得聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于導(dǎo)電混凝土的高強(qiáng)度導(dǎo)電集料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)粘土的預(yù)處理和聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物的合成:將取自土壤的粘土烘干至水分質(zhì)量含量< 4%，破碎后粉磨至粒徑< 0.15mm的粉體；以去離子水、聚乙烯醇、甲基丙烯酸酯、苯乙烯和過氧化苯甲酰為原料合成聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物； 2)各組分的稱量:稱取粘土、鐵粉、Fe3O4和聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物，各組分所占質(zhì)量百分比為:粘土 70~93%、鐵粉I~6%、Fe304l~10%、聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物5~14%，各組分所占質(zhì)量百分比之和為100% ； 3)混料與成型:將稱量好的粘土、鐵粉、Fe3O4和聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物置于錐形混合機(jī)中混合均勻，將混合料加水造粒，并采用干壓成型的方法，將粉料壓制成高度為I~10mm、直徑為5~50mm的柱狀還體； 4)導(dǎo)電集料燒成:將坯體置于還原氣氛爐中進(jìn)行煅燒，勻速升溫至700~800°C，升溫速率為5~10°C /min，保溫10~15min，再勻速升溫至1000~1100°C，升溫速率為5~100C /min，保溫10~20min，在還原氣氛下勻速冷卻至室溫，勻速冷卻的速率為5~10°C /min,得用于導(dǎo)電混凝土的導(dǎo)電集料。
【文檔編號(hào)】C04B16/04GK103992051SQ201410233628
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月29日
【發(fā)明者】何永佳, 平兵, 呂林女, 胡曙光 申請人:武漢理工大學(xué)