[發明專利]一種用于導電混凝土的高強度導電集料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410233628.6
• 申請日: 2014-05-29
• 公開（公告）號: CN103992051A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 何永佳;平兵;呂林女;胡曙光
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: C04B16/04
• 分類號: C04B16/04;C04B14/10;C04B14/48
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 唐萬榮

技術領域

本發明屬于建筑材料領域，具體涉及一種用于導電混凝土的高強度導電集料及其制備方法。

背景技術

導電混凝土是指在普通混凝土中摻入適量導電組分材料而形成的一種多相復合材料。導電混凝土既具有結構材料的特點，又具有導電性，使導電混凝土在作為一種結構材料的同時，在電工、電磁干擾屏蔽、工業防靜電、電力設備接地工程、鋼筋陰極保護、建筑地面采暖和路面除冰融雪等方面發揮著重要作用。

導電混凝土主要由于分散在基體中的導電組分材料相互接觸形成導電網絡，從而具有導電性。目前，國內外用于導電混凝土的導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電材料成本較高，且在水泥石中進行均勻分散非常困難，不能有效形成導電網絡，嚴重降低了導電混凝土的導電性能。石墨和炭黑等碳系導電材料由于自身強度低，且吸水率高，會明顯降低導電混凝土的力學性能。因此，制備出一種導電性能優良，不降低導電混凝土力學性能且成本較低的導電集料是急需解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于導電混凝土的高強度導電集料及其制備方法。將該導電集料應用于混凝土，能增強混凝土的導電性能，并保證混凝土的強度。采用所述方法制備導電集料，使導電集料表現出良好的力學性能和導電性能。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：一種用于導電混凝土的導電集料，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％。

所述的粘土為取自土壤的粘土(普通粘土)烘干至水分質量含量≤4％(質量)，破碎后粉磨至粒徑≤0.15mm的粉體。

所述的鐵粉為市售工業鐵粉，純度≥98％(質量)，平均粒徑為0.005～0.01mm。

所述的Fe₃O₄為市售工業產品Fe₃O₄。

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。

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(1～2):1:(1～3):1，過氧化苯甲酰占原料總質量的0.04～0.07％；制備過程中，將稱量好的去離子水和聚乙烯醇進行混合，將混合液加熱至85～90℃攪拌溶解，然后降溫至70～75℃；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℃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。

上述一種用于導電混凝土高強度導電集料的制備方法，包括如下步驟：

1)粘土的預處理和聚丙烯酸酯-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；

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％，各組分所占質量百分比之和為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1～10mm、直徑為5～50mm的柱狀坯體；

4)導電集料燒成：將坯體置于還原氣氛爐中進行煅燒，勻速升溫至700～800℃，升溫速率為5～10℃/min，保溫10～15min，再勻速升溫至1000～1100℃，升溫速率為5～10℃/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℃/min，得用于導電混凝土的導電集料。

所述的還原氣氛是焦炭(外置在爐膛中的焦炭塊)在高溫下反應生成的CO氣體。