一種負載改性瓊脂凝膠的導(dǎo)電多孔輕骨料及制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于導(dǎo)電混凝土領(lǐng)域的一種功能性建筑材料，具體涉及一種負載改性瓊脂 凝膠的導(dǎo)電多孔輕骨料的制備方法與應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 混凝土因其優(yōu)良的力學(xué)性能在土木工程領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，是目前使用量最大 的一種建筑材料。普通混凝土的電阻率高，屬電的不良導(dǎo)體。在普通混凝土中添加一定量 的導(dǎo)電組分，可大大改善其導(dǎo)電性，制備導(dǎo)電混凝土。導(dǎo)電混凝土既有結(jié)構(gòu)材料的特點，又 具有導(dǎo)電性和機敏特性，使得混凝土不僅可以作為結(jié)構(gòu)材料，而且在電工、電磁干擾屏蔽、 工業(yè)防靜電、電加熱器、電力設(shè)備接地工程，以及重大土木基礎(chǔ)設(shè)施的內(nèi)部應(yīng)力和健康狀況 自診斷和監(jiān)測等方面具有重要作用。此外，導(dǎo)電混凝土制品在對鋼混結(jié)構(gòu)的電化學(xué)陰極防 護技術(shù)中也有重要的應(yīng)用價值。在陰極保護系統(tǒng)中，外部陽極砂漿的電學(xué)性能對最終保護 效果至關(guān)重要，低水平的電阻率以及均勻分布的導(dǎo)電增強相是良好保護效果發(fā)揮的重要前 提。
[0003] 為了提高導(dǎo)電混凝土的導(dǎo)電性能，近年來，一些學(xué)者開展了高性能導(dǎo)電混凝土的 研究工作。目前被用于制備導(dǎo)電混凝土的導(dǎo)電組分主要包括石墨、鋼纖維及鋼肩、碳纖維 等。顆粒狀或粉末狀的石墨粉、碳粉、焦碳及鋼肩等導(dǎo)電材料，其長徑比小，當摻量較小時， 導(dǎo)電材料難以相互接觸，不能形成良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，故其導(dǎo)電性能較差；當摻量較大時，一 方面由于碳黑、焦碳等自身強度較低，另一方面由于導(dǎo)電材料的吸水性，將加大混凝土拌和 時的需水量（水灰比），使混凝土的強度大幅降低，難以滿足土木工程對力學(xué)性能的需要。 碳纖維雖然在較低摻量時即可形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，但由于纖維搭接的接觸面較小，因此電導(dǎo)率 低，需加大纖維摻量才能改善其導(dǎo)電性能；而過高的纖維含量將使纖維在攪拌時結(jié)團成束， 難以分散，在成型時易引入大量的氣泡，使混凝土強度降低。由于直徑較粗，鋼纖維在摻量 較低時難以形成相互搭接的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)電性能差；纖維摻量高時，混凝土工作性較差，很 難采用常規(guī)方法施工。因此，目前研究的導(dǎo)電混凝土難以較好滿足導(dǎo)電性的要求。此外，由 于石墨、碳纖維等導(dǎo)電組分材料價格昂貴，導(dǎo)電混凝土的造價普遍較高，遠遠高于普通混凝 土的報價。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種具備低電阻率并可應(yīng)用于 導(dǎo)電混凝土的負載改性瓊脂凝膠的導(dǎo)電多孔輕骨料的制備方法。本發(fā)明所述的導(dǎo)電骨料， 骨料本身作為導(dǎo)電增強相，分布均勻且成本低廉，并能方便地施工，在保證導(dǎo)電混凝土具備 滿足要求的力學(xué)性能的同時，提高其導(dǎo)電性。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0006] -種負載改性瓊脂凝膠的導(dǎo)電多孔輕骨料的制備方法，包括如下步驟：
[0007] (1)制備改性瓊脂水溶液：將瓊脂粉先加入水中，加熱直至瓊脂完全溶解后，加入 無機鹽類電解質(zhì)，保持溶液溫度在90°C以上并持續(xù)攪拌30s以上，制得改性瓊脂水溶液；
[0008] (2)將多孔陶粒浸沒于改性瓊脂水溶液中，保持溫度90°C以上持續(xù)攪拌5mins以 上；撈出經(jīng)上述浸漬處理的陶粒，快速風冷待瓊脂凝固為凝膠狀，剝離其表面多余瓊脂凝 膠，即得到負載改性瓊脂的導(dǎo)電多孔輕骨料。
[0009] 所述無機鹽類電解質(zhì)為NaOH和似勵2的混合液或其他強堿性電解質(zhì)如Ca(0H)2或 K0H電解質(zhì)。
[0010] 所述改性瓊脂水溶液中各原料所占重量份數(shù)為：水100份、NaN026_6. 5份、 NaOHO. 5-0. 6份、瓊脂粉3~3. 5份。
[0011] 所述的多孔陶粒為市售多孔陶粒，具體性質(zhì)要求為：表觀密度不高于1. 19g/cm3， 吸水率6. 48%以上，平均粒徑不低于3. 26mm且筒壓強度不低于4MPa的粘土質(zhì)多孔陶粒。[0012] 所述的瓊脂，為市售瓊脂粉，參數(shù)分別為：所用瓊脂粉分子式為（C12Hls03)n，凝膠強 度（Celstrength)>1300g/cm2,相對分子質(zhì)量為150. 09g/mol。注：市售瓊脂粉均為天然植 物經(jīng)一定工藝后提取出的瓊脂多糖粉劑，由于原材料植物及制備加工工藝區(qū)別，不同產(chǎn)區(qū) 瓊脂多糖粉劑可能在分子式等方面性質(zhì)稍有差異，但并不影響本發(fā)明的正常使用。本發(fā)明 所應(yīng)用的瓊脂多糖原料粉劑也并不止于所枚舉的該種原料。
[0013] 所述亞硝酸鈉為市售分析純固體亞硝酸鈉粉末，所述亞硝酸鈉（NaN02)相對分子 質(zhì)量為69g/mol，純度彡90. 0%，符合GB/T633-1994標準的試劑。
[0014] 所述的氫氧化鈉為市售分析純固體氫氧化鈉顆粒，相對分子質(zhì)量為40g/mol，純度 為彡96. 0%，符合GB/T629-1997標準的試劑。
[0015] 上述方法制備的負載改性瓊脂凝膠的導(dǎo)電多孔輕骨料在導(dǎo)電或防靜電的水泥基 材料中應(yīng)用。具體是將水泥、多孔輕骨料與水攪拌均勻，即形成水泥基材料，其中：水泥與多 孔輕骨料的質(zhì)量比為1:0. 7~2,水與水泥質(zhì)量比為0. 4~0. 6:1。
[0016] 在上述應(yīng)用過程中，還可以加入普通水泥砂漿中普遍使用的外加劑、摻合料，用以 改善水泥砂漿的工作性能與物理力學(xué)性能。外加劑、摻合料的加入量與普通水泥砂漿制備 中的加入量相同。
[0017] 將本發(fā)明的負載改性瓊脂凝膠的導(dǎo)電多孔輕骨料應(yīng)用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)當中，可 以改善混凝土的導(dǎo)電性能，同時降低混凝土容重。將本發(fā)明所述導(dǎo)電多孔輕骨料應(yīng)用在導(dǎo) 電砂漿中，能顯著降低砂漿的電阻率，通過均勻復(fù)合導(dǎo)電骨料相的方式獲得較好的改善導(dǎo) 電性能的效果。同時，由于該導(dǎo)電多孔輕骨料容重低，還能有效降低砂漿的容重，一定程度 上減少混凝土結(jié)構(gòu)的負擔。相比于其它用于制備導(dǎo)電混凝土的摻合料或者復(fù)合纖維，多孔 陶粒復(fù)合改性瓊脂輕質(zhì)導(dǎo)電骨料具有價格低廉，制備工藝簡易的特點。
[0018] 本發(fā)明的負載改性瓊脂凝膠的導(dǎo)電多孔輕骨料是根據(jù)導(dǎo)電混凝土的要求進行設(shè) 計與制備，具體優(yōu)點如下：
[0019] (1)本發(fā)明的負載改性瓊脂凝膠的導(dǎo)電多孔輕骨料具備良好的導(dǎo)電性能，所制得 的改性瓊脂凝膠電導(dǎo)率范圍在：58~72mS/cm(即為復(fù)合導(dǎo)電輕骨料的導(dǎo)電增強相）。經(jīng)模 擬實驗測試，所制備的復(fù)合導(dǎo)電骨料電阻率在1Q?m以下（空隙率80%以下情況適用）。 在相同水灰比條件下，采用本發(fā)明所述工藝制備的導(dǎo)電多孔輕骨料替代機制砂，可以明顯 降低電阻率，砂漿各齡期電阻率數(shù)值見圖2。試驗證明，所制得的復(fù)合砂漿電阻率28d齡期 不高于25Q 相比未復(fù)合改性瓊脂以及采用標準砂制備的電阻率，改性瓊脂復(fù)合陶粒的 砂漿28d電阻率獲得了較為明顯的降低。相比于碳纖維復(fù)合導(dǎo)電砂漿，陶粒復(fù)合改性瓊脂 輕質(zhì)導(dǎo)電骨料作為導(dǎo)電增強相分布更為均勻。本發(fā)明的多孔陶粒復(fù)合改性瓊脂輕質(zhì)導(dǎo)電骨 料可以很好解決在導(dǎo)電混凝土構(gòu)筑物中電流分布不均的問題。