水泥基石墨钢纤维复合导电材料制备方法

1.一种水泥基石墨钢纤维复合导电材料制备方法，是在模具中撒布长度30mm-40mm，长径 比为50-60的平直形钢纤维，钢纤维的体积掺量16％-18％，再将水泥石墨砂浆和高效减水剂配 制成的料浆注入模具中，经养护而成的一种导电复合材料；其特征是利用石墨和钢纤维作为 导电相，采用细度200目-250目，含碳量96％-98％的粉末石墨，砂子采用细砂，粒径125μ m-150μm；胶砂比即水泥+石墨+硅灰与砂子的重量比为1∶1.25，水泥与硅灰的重量比为 10∶1，水泥与石墨重量比为10∶1，高效减水剂掺量为水泥+石墨+硅灰重量之和的1％，水 胶比即拌合用水与水泥+石墨+硅灰重量比为0.38，经搅拌制成料浆，采用注浆成型工艺技 术，制备水泥基石墨钢纤维复合导电材料。

技术领域\n本发明属于新材料技术领域，涉及到使用石墨及高掺量钢纤维作为导电相制造一种高强 度低电阻率新型建筑材料的方法。\n背景技术\n近年来，随着建筑向着智能化方向的发展，对普通建筑材料的多功能性和智能化的要求 日益迫切。建筑桥面材料、路面材料具有稳定的低电阻率冬季进行通电融雪除冰；用高强度 低电阻率材料制造结构构件，通过监控电阻率的微小变化来监控结构损伤情况，这些均是建 筑智能化的重要方面。要想实现这一目的，必须通过使用稳定可靠的高强度低电阻率的建筑 材料。水泥基复合材料作为最大宗的建筑材料，目前国内外对其进行导电性方面的改性方法 主要有以下三种方法，即：以石墨作为导电相实现材料导电性能；以低掺量钢纤维和钢屑为 导电相实现材料导电性能；以碳纤维为导电相实现材料导电性能。这三种方法均可以使复合 材料的电阻率降低到10Ω.m以下，一般可以满足导电性能的要求，但也均存在一定的缺点： 以石墨作为导电相实现材料导电性能，这种方法由于石墨的掺入，材料的强度明显下降，一 般在石墨掺量达到水泥重量的10％左右时，抗压强度损失会达90％以上，强度降低到10MPa以 下，已不能满足结构受力要求。以低掺量钢纤维和钢屑为导电相实现材料导电性能，这种方 法是以传统的搅拌工艺成型复合材料，受搅拌工艺的限制钢纤维掺量很难超过1％。其最大的 缺点是材料导电性能(电阻率)的稳定性差，一般在一年后由于钢纤维和钢屑的锈蚀和氧化 钝化，其电阻率增大可达初始值得100倍以上，基本上失去了导电性能而不能继续使用。以 碳纤维为导电相实现材料导电性能，这种方法由于碳纤维的价格昂贵，使得这种方法的应用 十分不经济，因而影响了其大范围的使用。\n发明内容\n本发明的目的在于为桥面、路面提供一种既具有良好力学性能又能导电发热，解决冬季 桥、路面融雪除冰问题的新型建筑材料；该材料也可用于建筑结构中，通过对结构受力过程 材料电阻率的微小变化来实现对结构损伤进行自监控的目的。\n本发明基本原理是：高体积率钢纤维和石墨粒子在复合材料基体中共同形成导电网络， 由于两种导电网络的共同作用，以及石墨离子导电网络良好的长期稳定性，因此该新型复合 材料的电阻率很低且抗压强度和抗弯强度有大幅度提高，避免了其它方法在追求电阻率的降 低而严重损失强度的缺点。\n本发明的技术方案是以钢纤维和石墨作为复合材料的导电相，采用高流动性水泥石墨砂 浆注浆成型工艺，该工艺可使钢纤维体积率高达15％以上，石墨掺量为水泥重量的10％以上。 高掺量的钢纤维和石墨在材料基体中共同形成导电网络，材料电阻率在5-8Ω.m之间，抗压 强度可达80MPa以上，抗折强度可达30MPa以上；\n本发明的效果和益处是，这种水泥基复合材料，具有较低的电阻率和优良的力学性能( 抗压强度在80MPa以上抗弯强度在30MPa以上)和良好的电阻率长期稳定性，2年以上电阻率 无明显变化。该材料生产简单，造价低廉，广泛适用于桥面路面冬季融雪除冰，室内地面采 暖，以及结构损伤自监控等工程中，能够产生巨大的经济效益和社会效益。\n具体实施方式\n以下结合技术方案详细叙述本发明的具体实施例。\n实施例一：\n步骤1.将长度30-40mm，长径比50-60的平直形钢纤维均匀撒布于一定形状的模具内， 钢纤维体积率在16％-18％范围内。\n步骤2.水泥-石墨-硅灰砂浆制作\n水泥采用42.5MPa硅酸盐水泥，石墨采用粉末石墨，细度200-250目，含碳量96-98％，含 硫量小于0.05％，含水率小于1％。砂子采用细砂，粒径125-150μm。胶砂比(水泥+石墨+ 硅灰与砂子得重量比)为1∶1.25，水泥与硅灰的重量比为10∶1，水泥与石墨重量比为10∶ 1。高效减水剂掺量为水泥+石墨+硅灰重量之和的1％。水胶比(拌合用水与水泥+石墨+ 硅灰重量比)为0.38。将水泥石墨倒入砂浆搅拌机内搅拌30-60秒，然后将砂子倒入搅拌机 内搅拌30-60秒，将高效减水剂溶解于拌合水中徐徐倒入搅拌机内搅拌60秒。\n步骤3.将步骤2制成的料浆注入步骤1已均匀撒布钢纤维的模具中，为使料浆能均匀地填 埋钢纤维层中，可使模具经适度振动。如制作的是构件，可置于温度20±2℃，相对湿度大 于90％的养护室内养护28天，拆模即可。如果现场制作，注浆成型后在表面覆盖一层塑料薄 膜进行养护至一定龄期即可。\n实施例二：\n步骤1.将长度30-35mm，长径比40-50的异形钢纤维均匀撒布于一定形状的模具内，钢 纤维体积率在15％-16％范围内。\n步骤2与步骤3同上。