-導(dǎo)電混凝土解析

1、導(dǎo)電混凝土導(dǎo)電混凝土 呂玲玲研究背景定義實(shí)際例子目錄CONTENTS 建筑采暖對我國北方來說是一個重要問題。傳統(tǒng)的采暖建筑采暖對我國北方來說是一個重要問題。傳統(tǒng)的采暖方式需安裝金屬散熱片并建造鍋爐房方式需安裝金屬散熱片并建造鍋爐房, 一次性投資大一次性投資大, 同時同時對于商品房來說對于商品房來說, 存在收費(fèi)難的問題。存在收費(fèi)難的問題。 利用導(dǎo)電混凝土制做采暖地面進(jìn)行了嘗試?yán)脤?dǎo)電混凝土制做采暖地面進(jìn)行了嘗試, 由于熱源在室由于熱源在室內(nèi)最下方并遍布整個地面內(nèi)最下方并遍布整個地面, 換熱效果好。用導(dǎo)電混凝土制做換熱效果好。用導(dǎo)電混凝土制做采暖地面采暖地面, 造價低、施工工藝簡單、性能穩(wěn)定造價低

2、、施工工藝簡單、性能穩(wěn)定, 不失為建筑不失為建筑采暖的又一新途徑。采暖的又一新途徑。研究背景研究背景 普通混凝土無論是處于潮濕或干燥狀態(tài)都不具有良好的普通混凝土無論是處于潮濕或干燥狀態(tài)都不具有良好的導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能 （普通混凝土在干燥狀態(tài)下的電阻率（普通混凝土在干燥狀態(tài)下的電阻率104-109m；在潮濕狀態(tài)下達(dá)到；在潮濕狀態(tài)下達(dá)到101-104m；而金屬導(dǎo)體電阻率一般；而金屬導(dǎo)體電阻率一般在在10 -7量級）。在混凝土中摻加一定量的導(dǎo)電介質(zhì)，可以量級）。在混凝土中摻加一定量的導(dǎo)電介質(zhì)，可以使混凝土的導(dǎo)電性大大改善，從而使其成為具有較好導(dǎo)電使混凝土的導(dǎo)電性大大改善，從而使其成為具有較好導(dǎo)電性的導(dǎo)

3、電體。性的導(dǎo)電體。普通混凝土的導(dǎo)電性普通混凝土的導(dǎo)電性導(dǎo)電混凝土是指由膠凝材料、導(dǎo)電相、介電導(dǎo)電混凝土是指由膠凝材料、導(dǎo)電相、介電骨料和水等組分骨料和水等組分,按照一定配比混合凝結(jié)而成按照一定配比混合凝結(jié)而成的多相復(fù)合材料，的多相復(fù)合材料， 是由導(dǎo)電相部分或全部取是由導(dǎo)電相部分或全部取代混凝土中的普通骨料配制而成，具有規(guī)定代混凝土中的普通骨料配制而成，具有規(guī)定的導(dǎo)電性能和一定力學(xué)性能的混凝土。的導(dǎo)電性能和一定力學(xué)性能的混凝土。導(dǎo)電混凝土的定義二十世紀(jì)二十世紀(jì)30-40年代，人們開始研制導(dǎo)電混凝土，前蘇聯(lián)、年代，人們開始研制導(dǎo)電混凝土，前蘇聯(lián)、德國、加拿大、美國、英國等國探索混凝土導(dǎo)電的可能性德

4、國、加拿大、美國、英國等國探索混凝土導(dǎo)電的可能性。五十年代末，前蘇聯(lián)掌握了以水玻璃和水泥作為基材的。五十年代末，前蘇聯(lián)掌握了以水玻璃和水泥作為基材的導(dǎo)電混凝土工藝。二十世紀(jì)七十年代，美國、加拿大以及導(dǎo)電混凝土工藝。二十世紀(jì)七十年代，美國、加拿大以及北歐國家為了解決公路和橋面在除冰過程中，因使用除冰北歐國家為了解決公路和橋面在除冰過程中，因使用除冰鹽而造成的混凝土嚴(yán)重腐蝕的問題在采用陰極保護(hù)措施的鹽而造成的混凝土嚴(yán)重腐蝕的問題在采用陰極保護(hù)措施的過程中，引出了導(dǎo)電混凝土的研究和應(yīng)用過程中，引出了導(dǎo)電混凝土的研究和應(yīng)用 。二十世紀(jì)。二十世紀(jì)90年年代以來導(dǎo)電混凝土的研究和應(yīng)用獲得了長足的進(jìn)步。我國

5、代以來導(dǎo)電混凝土的研究和應(yīng)用獲得了長足的進(jìn)步。我國在八十年代也開始了對導(dǎo)電混凝土的研究，目前也取得了在八十年代也開始了對導(dǎo)電混凝土的研究，目前也取得了較大進(jìn)展。目前研究最多的也就是碳纖維導(dǎo)電混凝土和石較大進(jìn)展。目前研究最多的也就是碳纖維導(dǎo)電混凝土和石墨導(dǎo)電混凝土。墨導(dǎo)電混凝土。導(dǎo)電混過凝土的發(fā)展歷程導(dǎo)電混過凝土的發(fā)展歷程根據(jù)膠凝材料不同, 可將導(dǎo)電混凝土大體分為三類： （1）無機(jī)類（如水泥導(dǎo)電混凝土和水玻璃導(dǎo)電混凝土；（2）有機(jī)類( 如瀝青導(dǎo)電混凝土和樹脂導(dǎo)電混凝土) ； （3）復(fù)合類( 如聚合物導(dǎo)電混凝土和浸漬導(dǎo)電混凝土) 。 其中，較為常用的有碳質(zhì)骨料混凝土與樹脂導(dǎo)電混凝土。常用的導(dǎo)電組分

6、也分為三類：聚合物類、碳類和金屬類。導(dǎo)電混過凝土的分類導(dǎo)電混過凝土的分類135%174%105%188%石墨具有良好的導(dǎo)電性摻量才能在混凝土基體內(nèi)形成相互連通的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，石墨粉的需水量很大，需要大幅度增加混凝土拌合物石墨粉末需要摻加較高的用水量，導(dǎo)致混凝的摻量增加而快速下降。因此，石墨導(dǎo)電混凝土適合用于對混凝土強(qiáng)度要求不高的領(lǐng)域，如接地電阻、合閘電阻、建筑物的非承重部位等土的強(qiáng)度隨著石墨粉石墨導(dǎo)電纖維比導(dǎo)電粒子更容易形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)；纖維越細(xì)，直徑越小，在相同體積含量時，纖維根數(shù)越多，纖維的總長度越大，纖維與纖維之間更易于搭接，從而形成相互連通的導(dǎo)電纖維網(wǎng)絡(luò)；纖維越長，越容易相互搭接。碳纖維導(dǎo)電混

7、凝土存在的問題一方面是價格較高，另一方面是碳纖維含量較多時攪拌不均勻造成碳纖維結(jié)團(tuán)現(xiàn)象。因此在制作過程中通常需要使用分散劑和消泡劑。碳纖維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)，同時作為金屬也可以發(fā)揮導(dǎo)電功能。金屬具有良好的導(dǎo)電性，如銅的電阻率是1.710-6cm，鐵的電阻率為9.710-6cm。因而鋼纖維常作為配制導(dǎo)電混凝土的技術(shù)方案之一。鋼纖維1、鋼渣中含有15%-26%的氧化鐵、10%-15%的金屬廢鋼，因而其顆粒通常具有導(dǎo)電性，可以考慮用作導(dǎo)電混凝土的導(dǎo)電介質(zhì)。2、炭黑、碳質(zhì)骨料炭黑是一種價格便宜的導(dǎo)電物質(zhì)，也可以用來制作導(dǎo)電混凝土。鋼渣和炭黑、碳質(zhì)骨料主要導(dǎo)電介質(zhì)及其

8、特點(diǎn)主要導(dǎo)電介質(zhì)及其特點(diǎn)1、 隧道效應(yīng)導(dǎo)電機(jī)制隧道效應(yīng)導(dǎo)電機(jī)制 這種理論認(rèn)為是這種理論認(rèn)為是由分散在基體中的導(dǎo)電組分材料形成網(wǎng)由分散在基體中的導(dǎo)電組分材料形成網(wǎng)絡(luò)，并通過隧道效應(yīng)連通網(wǎng)絡(luò)間的絕緣絡(luò)，并通過隧道效應(yīng)連通網(wǎng)絡(luò)間的絕緣而傳導(dǎo)，如碳纖維、石墨粉及鋼纖維等而傳導(dǎo)，如碳纖維、石墨粉及鋼纖維等為電子為電子(或空穴或空穴)導(dǎo)電，電流通過彼此搭接導(dǎo)電，電流通過彼此搭接或接觸形成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳導(dǎo)?；蚪佑|形成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳導(dǎo)。2、水泥石導(dǎo)電機(jī)制、水泥石導(dǎo)電機(jī)制 此種理論認(rèn)為是通過此種理論認(rèn)為是通過水泥石傳導(dǎo)，即水泥石的導(dǎo)電。水泥石傳導(dǎo)，即水泥石的導(dǎo)電。 導(dǎo)電混過凝土的導(dǎo)電機(jī)理（1）可以替代金屬起

9、到屏蔽無線電干擾，防御電磁波的作用，如用于抗電磁屏蔽建筑；（2）用作電工材料，如接地裝置建筑物的避雷設(shè)備斷路器的合閘電阻，消除靜電裝置金屬陰極保護(hù)系統(tǒng)等；（3）利用導(dǎo)電產(chǎn)生的熱效應(yīng)進(jìn)行環(huán)境加熱，建筑采暖以及道路和機(jī)場的融冰化雪；（4）利用它的力-電相關(guān)特性制成一種機(jī)敏智能材料，可用于混凝土結(jié)構(gòu)的非破損檢查評估，也可用于高速公路的自動監(jiān)控、運(yùn)動車輛的重量，稱量大型結(jié)構(gòu)(如核電站設(shè)施大壩)的微裂紋監(jiān)測等。導(dǎo)電混過凝土的應(yīng)用導(dǎo)電混過凝土的應(yīng)用應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例加拿大國家研究協(xié)會建筑研究院建材實(shí)加拿大國家研究協(xié)會建筑研究院建材實(shí)驗(yàn)室的一支研究小組在詹姆斯驗(yàn)室的一支研究小組在詹姆斯-比烏東博比烏東博士的帶

10、領(lǐng)下，在士的帶領(lǐng)下，在2003年年5月開發(fā)出一種月開發(fā)出一種新型的既有良好的機(jī)械性能，又有很強(qiáng)新型的既有良好的機(jī)械性能，又有很強(qiáng)的導(dǎo)電性能的混凝土。也申請了美國專的導(dǎo)電性能的混凝土。也申請了美國專利，而且這項(xiàng)技術(shù)利，而且這項(xiàng)技術(shù)6月份被月份被Nebraska-Lincoln大學(xué)土木工程系所采納，導(dǎo)電混大學(xué)土木工程系所采納，導(dǎo)電混凝土用做橋面的覆蓋層以消除積雪和結(jié)凝土用做橋面的覆蓋層以消除積雪和結(jié)冰。冰。哈爾濱實(shí)際案例010203在在哈爾濱哈爾濱市的新市的新興產(chǎn)業(yè)科技服務(wù)興產(chǎn)業(yè)科技服務(wù)平平臺臺的的車車道道采采用本融雪除冰混凝土用本融雪除冰混凝土材料，其使用材料，其使用電壓為電壓為48V，并于并于

11、2012年年10月完成施工月完成施工澆筑澆筑，為為中中國國第一第一個采個采用用導(dǎo)電導(dǎo)電混凝土的混凝土的專案。專案。美國內(nèi)布拉斯加州(Nebraska)洛加馬刺橋01022003年，在美國內(nèi)布拉斯加州(Nebraska)洛加馬刺橋(RocaSpurBridge)上實(shí)際采用本新型融雪除冰混凝土材料，有效除去橋梁面層之冰雪經(jīng)5年測試，歷經(jīng)10次大風(fēng)雪，效果良好、穩(wěn)定。經(jīng)過2004-2007年之間實(shí)際應(yīng)用，在風(fēng)雪來臨前可使鋪面溫度從-15升高至15，效果相當(dāng)優(yōu)良。克里斯的導(dǎo)電混凝土克里斯的導(dǎo)電混凝土01022003年，克里斯開始在一座橋上對導(dǎo)電混凝土進(jìn)行為期年，克里斯開始在一座橋上對導(dǎo)電混凝土進(jìn)行為期5年的測試。測年的測試。測試結(jié)果表明，這座大橋很好地解決了橋面結(jié)冰的問題。此外，在持續(xù)三試結(jié)果表明，這座大橋很好地解決了橋面結(jié)冰的問題。此外，在持續(xù)三天的暴風(fēng)雪中，導(dǎo)電混凝土融雪只花了天的暴風(fēng)雪中，導(dǎo)電混