一種以聚苯胺為導(dǎo)電相的導(dǎo)電混凝土及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種以聚苯胺為導(dǎo)電相的導(dǎo)電混凝土及其制 備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 導(dǎo)電混凝土是在普通混凝土中添加一定含量的導(dǎo)電組分材料制成具有一定導(dǎo)電 性能和力學(xué)性能的混凝土。普通混凝土的電阻率一般在10 6-109 Ω · cm范圍內(nèi)，既不屬于絕 緣體，也不屬于良導(dǎo)體。在混凝土中添加一定含量的導(dǎo)電組分，可使其導(dǎo)電性大大改善，從 而成為具有良好導(dǎo)電性能的導(dǎo)電體。目前，用于配制導(dǎo)電混凝土的導(dǎo)電介質(zhì)一般有如下幾 類:石墨、碳纖維、鋼渣、鋼纖維等。
[0003] 石墨是一種較易獲取的無(wú)機(jī)材料，它不僅具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性，而且有良好 的化學(xué)惰性。研究表明，導(dǎo)電混凝土的電阻率隨石墨摻量的改變可在10_110 6 Ω · cm范圍內(nèi) 變化，但必須在摻量較高時(shí)才能使混凝土具有良好的導(dǎo)電性，而且石墨粉的需水量很大，需 要大幅度增加混凝土拌合物的用水量，將導(dǎo)致混凝土的強(qiáng)度隨著石墨粉的摻量增加而快速 下降。
[0004] 碳纖維是一種高強(qiáng)度、高模量輕質(zhì)非金屬新型材料，既具有元素碳的各種優(yōu)良勝 能，又具有良好的耐磨性、導(dǎo)電性、低溫性、潤(rùn)滑性和吸附性。碳纖維用于制作導(dǎo)電混凝土， 既能發(fā)揮導(dǎo)電功能，且在一定程度上能增強(qiáng)其力學(xué)性能。但其成本較高，且含碳纖維的導(dǎo)電 混凝土的電阻率與混凝土的固化時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)，不易控制。
[0005]鋼纖維具有提高混凝土的抗拉、抗彎、抗剪等力學(xué)性能的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)作為金屬也可 以發(fā)揮導(dǎo)電功能。但研究發(fā)現(xiàn)鋼纖維對(duì)降低混凝土的電阻率不是特別顯著，摻量體積分?jǐn)?shù) 1%的鋼纖維約降低混凝土 70%的電阻率。但是由于混凝土中鋼纖維易受到腐蝕作用，使得 鋼纖維導(dǎo)電混凝土的電阻率，經(jīng)過(guò)一年后增大了近60倍。
[0006] 鋼渣為煉鋼過(guò)程中產(chǎn)生的廢渣，其顆粒通常具有導(dǎo)電性，可以考慮用作導(dǎo)電混凝 土的導(dǎo)電介質(zhì)。但試驗(yàn)表明，鋼渣顆粒需要磨的較細(xì)才能使混凝土具有較好的導(dǎo)電性，其堅(jiān) 硬難磨，耗能較多，同時(shí)鋼渣受工業(yè)污染嚴(yán)重，限制其應(yīng)用范圍。
[0007] 綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中缺少一種將合適的導(dǎo)電材料獨(dú)立摻入混凝土中并使混凝土 具有較好導(dǎo)電性、較大抗壓強(qiáng)度和較好環(huán)境穩(wěn)定性的方法。導(dǎo)電聚苯胺作為一種導(dǎo)電高分 子材料，具有優(yōu)良的環(huán)境穩(wěn)定性、合成成本低、無(wú)毒、以及獨(dú)特的摻雜機(jī)制等優(yōu)點(diǎn)，其電導(dǎo)率 可達(dá)lOS/cm，甚至更高。因此，導(dǎo)電聚苯胺作為導(dǎo)電混凝土的導(dǎo)電相，具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種以聚苯胺為導(dǎo)電相的導(dǎo)電混凝土，其具備 較好導(dǎo)電能力的同時(shí)也具備適于實(shí)際生產(chǎn)的抗壓強(qiáng)度。
[0009] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下：一種以聚苯胺為導(dǎo)電相的導(dǎo)電混凝 土，包括如下重量份數(shù)的原料:水泥100-200份，砂100-200份，導(dǎo)電聚苯胺15-150份，分散劑 0.15-1.5份，水50-200份。
[0010] 進(jìn)一步，本發(fā)明還提供一種更優(yōu)選的原料配比，各原料的重量份數(shù)如下:水泥150-200份，砂100-150份，導(dǎo)電聚苯胺75-100份，分散劑0.75-1.5份，水100-150份。
[0011] 具體的，所述導(dǎo)電聚苯胺的電導(dǎo)率為1-lOS/cm。所述導(dǎo)電聚苯胺可以通過(guò)現(xiàn)有技 術(shù)中已有的氧化合成法制備，其過(guò)程包括將苯胺溶于酸溶液形成可溶苯胺鹽，然后使用均 相或乳液聚合法合成導(dǎo)電聚苯胺，往可溶苯胺鹽中滴加過(guò)硫酸銨的酸溶液或其他氧化性引 發(fā)劑，最終得到電導(dǎo)率較大的導(dǎo)電聚苯胺，所述酸可以為鹽酸或硫酸。導(dǎo)電聚苯胺導(dǎo)電性 好、無(wú)毒及合成簡(jiǎn)單的特性，使其成為導(dǎo)電混凝土優(yōu)選的導(dǎo)電組份。
[0012] 優(yōu)選的，所述水泥為復(fù)合硅酸鹽水泥。
[0013] 優(yōu)選的，所述砂為河砂。
[0014] 優(yōu)選的，所述分散劑為Tego 760W，即常用的迪高分散劑中的一種。
[0015] 具體的，所述分散劑與所述導(dǎo)電聚苯胺的重量比例最佳為1:100。
[0016] 本發(fā)明還提供上述以聚苯胺為導(dǎo)電相的導(dǎo)電混凝土的制備方法，包括如下步驟： 各原料的重量份數(shù)按同一重量單位計(jì)，
[0017] S1:將導(dǎo)電聚苯胺15-150份、水50-200份和分散劑0.15-1.5份混合后進(jìn)行球磨分 散處理，得到聚苯胺在水中的分散液；
[0018] S2:將水泥100-200份、砂100-200份和S1制備的全部分散液一起加入攪拌機(jī)中充 分?jǐn)嚢?，得各原料混合均勻的混合物?br>[0019] S3:將S2中制備的混合物倒入模具中制樣，充分振搗后在室溫下靜置1天，拆模，取 出樣塊，放入混凝土養(yǎng)護(hù)箱中進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)；
[0020] S4:將S3中的樣塊從養(yǎng)護(hù)箱中取出，置于室溫和干燥條件下養(yǎng)護(hù)7天，得以聚苯胺 為導(dǎo)電相的導(dǎo)電混凝土。
[0021]具體的，S1制得的分散液中所述聚苯胺的粒徑在100μπι以下。
[0022]具體的，S3中所述的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)為在20±2°C和相對(duì)濕度95%以上的環(huán)境下養(yǎng)護(hù)28 天。
[0023] 相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：1)導(dǎo)電聚苯胺是一種導(dǎo)電高分子材 料，按照本發(fā)明提供的原料配比及方法制備的以聚苯胺作為導(dǎo)電相的導(dǎo)電混凝土的電阻率 可降低至69.0Ω · cm，耐壓強(qiáng)度可達(dá)到35.7MPa，完全適用于工業(yè)生產(chǎn)；2)導(dǎo)電聚苯胺環(huán)境 穩(wěn)定性好、無(wú)毒、合成成本低，故以其為導(dǎo)電相的導(dǎo)電混凝土的生產(chǎn)成本也較低、性能更穩(wěn) 定持久，是一種環(huán)境友好性材料;3)本發(fā)明提供的制備方法簡(jiǎn)單，無(wú)論是導(dǎo)電聚苯胺在水溶 液中的球磨分散，還是分散液與水泥、砂的攪拌混合，均為常規(guī)設(shè)備的常規(guī)操作，不需要生 產(chǎn)人員重新掌握更多的生產(chǎn)技能，也不需要消耗太多能量(導(dǎo)電聚苯胺本身粒徑較小且易 磨細(xì)），適用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，有極大的推廣價(jià)值。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述，以下實(shí)施例只用于解釋本發(fā)明，并 非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0025] 本發(fā)明中所使用的方法，如無(wú)特殊規(guī)定，均為常規(guī)方法，本發(fā)明所使用的試劑，如 無(wú)特殊規(guī)定，均為市售產(chǎn)品。
[0026] 實(shí)施例1
[0027] 以導(dǎo)電聚苯胺為導(dǎo)電相的導(dǎo)電混凝土的制備方法，包括如下步驟：
[0028] 各原料的重量份數(shù)均按同一重量單位計(jì)，
[0029] S1:將導(dǎo)電聚苯胺（l-5S/cm)90份、水110份和分散劑Tego 760W 0.9份混合后進(jìn)行 球磨分散處理，得到聚苯胺在水中的分散液；
[0030] S2:將復(fù)合水泥200份、河砂100份和S1制備的全部分散液一起加入攪拌機(jī)中充分 攪拌，得各原料混合均勻的混合物；
[0031] S3:將S2中制備的混合物倒入模具中制樣，充分振搗后在室溫下靜置1天，拆模，取 出樣塊，放入混凝土養(yǎng)護(hù)箱中進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)；
[0032] S4:將S3中的樣塊從養(yǎng)護(hù)箱中取出，置于室溫和干燥條件下養(yǎng)護(hù)7天，得以聚苯胺 為導(dǎo)電相的導(dǎo)電混凝土。
[0033] 實(shí)施例2
[0034]以導(dǎo)電聚苯胺為導(dǎo)電相的導(dǎo)電混凝土的制備方法，包括如下步驟：
[0035]各原料的重量份數(shù)均按同一重量單位計(jì)，<