專利名稱：：一種用作導(dǎo)電混凝土集料的陶粒及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于建筑材料領(lǐng)域，具體涉及一種用作導(dǎo)電混凝土集料的陶粒及其制備方法。
背景技術(shù)：
：目前，導(dǎo)電混凝土是在混凝土原有的組成基礎(chǔ)上摻加適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電相組分，使混凝土材料在力-電、電-力等效應(yīng)作用下具有一定的自感知、自適應(yīng)和損傷自修復(fù)等功能，根據(jù)這些特性可以有效的預(yù)報(bào)混凝土材料內(nèi)部的損傷，滿足結(jié)構(gòu)自我安全檢測需要，提高混凝土結(jié)構(gòu)的安全性?；蛘吣芡ㄟ^電-熱效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)混凝土的加熱，從而使其具有融雪除冰等功能。以往在制備導(dǎo)電混凝土?xí)r加入的導(dǎo)電相材料，通常為碳纖維、碳粉、石墨粉等材料，將這些材料分布在混凝土的水泥石當(dāng)中，形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，使混凝土導(dǎo)電。然而，一方面要使這些材料在水泥石中均勻分散有相當(dāng)?shù)睦щy，影響導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的均布性；另一方面，這些導(dǎo)電相材料形成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)僅分布于水泥石相當(dāng)中，而在單位體積混凝土當(dāng)中水泥石相本身體積含量僅占30%左右，存在于集料堆聚形成的空隙之中。因而，形成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)對于混凝土材料整體而言是不均布的，影響混凝土導(dǎo)電性能。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種用作導(dǎo)電混凝土集料的陶粒及其制備方法，該方法制備的陶粒作為集料用于混凝土中，能增強(qiáng)混凝土導(dǎo)電性能。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種用作導(dǎo)電混凝土集料的陶粒，其特征在于它由粘土、鐵粉、焦炭粉和FeA為原料燒制而成，各原料所占質(zhì)量百分比為粘土7794%、鐵粉310%、焦炭粉35%、Fe20308%，各原料所占質(zhì)量百分比之和為100%。所述的粘土為取自土壤的粘土(普通粘土)烘干至水分含量《5%(質(zhì)量)，破碎后粉磨至粒徑《0.lram的粉體。所述的鐵粉為市售工業(yè)鐵粉，純度》98°/。(質(zhì)量)，平均粒徑為0.0050.Olmm。所述的焦炭粉為市售工業(yè)產(chǎn)品焦炭破碎后磨細(xì)成粒徑《0.l鵬的粉體(平均粒徑為0.05mra0.l誦)。所述的FeA為市售工業(yè)產(chǎn)品FeA。所述的FeA所占質(zhì)量百分比最佳為17%。上述一種用作導(dǎo)電混凝土集料的陶粒的制備方法，其特征在于它包括如下步驟1)原料預(yù)處理將取自土壤的粘土(普通粘土)烘干至水分含量《5%(質(zhì)量)，破碎后粉磨至粒徑《0.l誦的粉體；將市售的焦炭破碎后磨細(xì)成粒徑《0.l咖的粉體，得焦炭粉；2)原料的選取按各原料所占質(zhì)量百分比為粘土7794%、鐵粉310%、焦炭粉35%、FeA08%，各原料所占質(zhì)量百分比之和為100%，選取粘土、鐵粉、焦炭粉和FeA為原料，備用；33)胚體成型將粘土、鐵粉、焦炭粉和FeA在攪拌機(jī)中加水?dāng)嚢?，加水量為粘土、鐵粉、焦炭粉和Fe必(千粉料)質(zhì)量的20%30%，將拌好的物料用成球盤制成粒徑為5mm15咖圓球狀的顆粒胚料；4)陶粒燒成將顆粒胚料風(fēng)干至含水率《5%(質(zhì)量)之后，送入還原氣氛爐中進(jìn)行煅燒，勻速升溫至700'C80(TC，升溫速率為51(TC/分鐘，保溫10min15min;再勻速升溫至115(TC1250。C，升溫速率為51(TC/分鐘，保溫1(Mn20min;在還原氣氛下勻速冷卻至室溫(勻速冷卻的速率為51(TC/分鐘)，得用作導(dǎo)電混凝土集料的陶粒(產(chǎn)品)。所述的還原氣氛是焦炭(添加在陶粒中的焦炭粉及外置在爐膛中的焦炭塊)在高溫下反應(yīng)生成的CO氣體。將制得的陶粒，原狀或破碎后作為集料全部或部分替代混凝土中的石或砂，與水泥、水，以及碳纖維、碳粉、石墨粉等導(dǎo)電相材料相配合，用以制備導(dǎo)電混凝土。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的有益效果是1)燒制的陶粒具有導(dǎo)電性能，作為集料替代混凝土中石或砂后，可以作為導(dǎo)電相均勻分布在混凝土當(dāng)中，與摻加在水泥石中的導(dǎo)電相材料如碳纖維、碳粉、石墨粉等一起形成連續(xù)性更好、分布更均勻?qū)щ娋W(wǎng)絡(luò)，增強(qiáng)混凝土導(dǎo)電性能，可減少價格昂貴的碳纖維等導(dǎo)電相的用量。2)陶粒的導(dǎo)電性能可以方便地通過調(diào)整原材料中金屬鐵和Fe203含量而進(jìn)行改變；同時，還可以通過原材料和煅燒制度的控制實(shí)現(xiàn)對陶粒礦物相組成和比例、孔隙率等性能的控制，從而調(diào)整陶粒自身的強(qiáng)度、熱傳導(dǎo)性，以及配制的混凝土的強(qiáng)度和保溫性能(用作融雪除冰導(dǎo)電混凝土?xí)r保溫性能好可以減少熱量損耗)。3)粘土作用燒制陶粒的基本材料，是陶粒最主要的組成部分，采用粘土具有成本低的特點(diǎn)。鐵粉作用作為導(dǎo)電相均勻分散于陶質(zhì)基體材料當(dāng)中。焦炭粉作用在高溫下與02反應(yīng)生成co，一是保持陶粒內(nèi)部在燒制時的還原氣氛，二是co本身可作為發(fā)氣劑使陶粒內(nèi)部形成氣孔，控制其表觀密度；三是未與02反應(yīng)完的焦炭粉也可存在于陶質(zhì)基體材料當(dāng)中作為一種導(dǎo)電相。Fe203作用一是與焦炭、以及由焦炭反應(yīng)產(chǎn)生的C0進(jìn)行反應(yīng)，產(chǎn)生0)2氣體或C0氣體，起到發(fā)泡劑作用；二是可降低燒成溫度，使陶?？稍谳^低溫度下燒成。2FeA+C—4FeO+C022FeA+3C—4Fe+3C02Fe20:1+C—2FeO+COFe20:i+C—2Fe0+3C0。具體實(shí)施例方式為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。實(shí)施例1:一種用作導(dǎo)電混凝土集料的陶粒，它由粘土、鐵粉、焦炭粉和FeA為原料燒制而成，各原料所占質(zhì)量百分比為粘土90%、鐵粉5%、焦炭粉3%、FeA2%。上述一種用作導(dǎo)電混凝土集料的陶粒的制備方法，它包括如下步驟1)原料預(yù)處理將取自土壤的粘土(普通粘土)烘干至水分含量為4°/。(質(zhì)量)，破碎后粉磨成細(xì)粉，過O.075mm篩；將市售的焦炭破碎后磨細(xì)，過0.075mm篩，得焦炭粉；粘土的化學(xué)成分為-=6.8;i^203+及O+及20+FeO2)原料的選取按各原料所占質(zhì)量百分比為粘土90%、鐵粉5%、焦炭粉3%、FeA2%，選取粘土、鐵粉、焦炭粉和FeA為原料，備用；所述的鐵粉為市售工業(yè)鐵粉，純度>98%(質(zhì)量)，平均粒徑為0.0050.Olmm;所述的Fe20:,為市售工業(yè)產(chǎn)品Fe203;3)胚體成型將粘土、鐵粉、焦炭粉和Fe20:,在攪拌機(jī)中加水?dāng)嚢瑁铀繛檎惩?、鐵粉、焦炭粉和FeA(干粉料)質(zhì)量的22%，將拌好的物料用成球盤制成粒徑為10mm圓球狀的顆粒胚料；4)陶粒燒成將顆粒胚料風(fēng)干至含水率為5%(質(zhì)量)之后，送入還原氣氛爐中進(jìn)行煅燒(所述的還原氣氛為C0氣體)，勻速升溫至70(TC，升溫速率為8。C/分鐘，保溫15min;再勻速升溫至120(TC，升溫速率為8TV分鐘，保溫20min;在還原氣氛下勻速冷卻至室溫(勻速冷卻的速率為8。C/分鐘)，得用作導(dǎo)電混凝土集料的陶粒(產(chǎn)品)。將制得的陶粒，原狀作為集料替代混凝土中的石子，與水泥、砂、水，以及石墨粉按表1中A1配合比相配合，制備得到導(dǎo)電混凝土。表l導(dǎo)電混凝土各組分配合比(kg/m3)序號陶粒石子水泥水砂石墨粉Al800042015075035A20107542015075035其中水泥采用P.042.5水泥，石子為5咖10咖石灰石碎石，水為自來水，砂為細(xì)度模數(shù)2.8的河砂，石墨粉為市售工業(yè)石墨粉，碳含量598%。與使用相同體積率石子作為粗集料的A2配合比導(dǎo)電混凝土相比，采用本發(fā)明的陶粒后導(dǎo)電性能提高(28d齡期測試值)(見表2)。表2不同配合比導(dǎo)電混凝土導(dǎo)電性能序號電阻率(Q.cm)Al250A238700實(shí)施例2:-種用作導(dǎo)電混凝土集料的陶粒，它由粘土、鐵粉、焦炭粉和FeA為原料燒制而成，各原料所占質(zhì)量百分比為粘土84%、鐵粉7%、焦炭粉4%、FeA5%。上述一種用作導(dǎo)電混凝土集料的陶粒的制備方法，它包括如下歩驟1)原料預(yù)處理將取自土壤的粘土(普通粘土)烘干至水分含量為5%(質(zhì)量)，破碎后粉磨成細(xì)粉，過().075,篩;，，+j/,仏粘土的化學(xué)成分為+及O++FeO=6.0，2)原料的選取按各原料所占質(zhì)量百分比為粘土84%、鐵粉7°/。、焦炭粉4%、FeA5%，選取粘土、鐵粉和FeA為原料，備用；5所述的鐵粉為市售工業(yè)鐵粉，純度>98%(質(zhì)量)，平均粒徑為0.0050.Olrnm;所述的Fe20:,為市售工業(yè)產(chǎn)品Fe20:i;3)胚體成型將粘土、鐵粉和FeA在攪拌機(jī)中加水?dāng)嚢?，加水量為粘土、鐵粉和FeA(干粉料)質(zhì)量的25%，將拌好的物料用成球盤制成粒徑為15mm圓球狀的顆粒胚料；4)陶粒燒成將顆粒胚料風(fēng)干至含水率為4%(質(zhì)量)之后，送入還原氣氛爐中進(jìn)行煅燒(所述的還原氣氛為C0氣體)，勻速升溫至75(TC，升溫速率為7'C/分鐘，保溫10min;再勻速升溫至1250'C，升溫速率為7。C/分鐘，保溫15min;在還原氣氛下勻速冷卻至室溫(勻速冷卻的速率為7'C/分鐘)，得用作導(dǎo)電混凝土集料的陶粒(產(chǎn)品)。將制得的陶粒，原狀作為粗集料替代混凝土中的石子，破碎成0mm4.75imi后作為細(xì)集料替代混凝土中的砂，與水泥、水，以及碳纖維按表3中B1配合比相配合，制備得到導(dǎo)電混凝土。表3導(dǎo)電混凝土各組分配合比(kg/m3)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>其中水泥采用P.042.5水泥，石子為5mm10mm石灰石碎石，水為自來水，砂為細(xì)度模數(shù)2.8的河砂，碳纖維為市售短切聚丙烯腈基碳纖維。與使用相同體積率石子作為粗集料的B2配合比導(dǎo)電混凝土相比，采用本發(fā)明的陶粒后導(dǎo)電性能提高(見表4)。表4不同配合比導(dǎo)電混凝土導(dǎo)電性能<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實(shí)施例3:一種用作導(dǎo)電混凝土集料的陶粒的制備方法，它包括如下歩驟1)原料預(yù)處理將取自土壤的粘土(普通粘土)烘干至水分含量為3%(質(zhì)量)，破碎后粉磨至粒徑《0.lmm的粉體；將市售的焦炭破碎后磨細(xì)成粒徑《0.l腿的粉體，得焦炭粉；2)原料的選取按各原料所占質(zhì)量百分比為粘土77%、鐵粉10%、焦炭粉5%、FeA8%，選取粘土、鐵粉、焦炭粉和Fe.A為原料，備用；所述的鐵粉為市售工業(yè)鐵粉，純度>98%(質(zhì)量)，平均粒徑為0.0050.Olmm;所述的FeA為市售工業(yè)產(chǎn)品FeA;3)胚體成型將粘土、鐵粉、焦炭粉和FeA在攪拌機(jī)中加水?dāng)嚢?，加水量為粘土、鐵粉、焦炭粉和FeA(丁粉料)質(zhì)量的20%%，將拌好的物料用成球盤制成粒徑為5nra皿圓球狀的顆粒胚料；4)陶粒燒成將顆粒胚料風(fēng)干至含水率為3%(質(zhì)量)之后，送入還原氣氛爐中進(jìn)行煅燒(所述的還原氣氛為CO氣體)，勻速升溫至700XTC，升溫速率為5。C/分鐘，保溫10min;再勻速升溫至115(TC，升溫速率為5TV分鐘，保溫10min;在還原氣氛下勻速冷卻至室溫(勻速冷卻的速率為5'C/分鐘)，得用作導(dǎo)電混凝土集料的陶粒(產(chǎn)品)。將制得的陶粒，原狀或破碎后作為集料全部或部分替代混凝土中的石或砂，與水泥、水，以及碳纖維、碳粉、石墨粉等導(dǎo)電相材料相配合，用以制備導(dǎo)電混凝土。實(shí)施例4:一種用作導(dǎo)電混凝土集料的陶粒的制備方法，它包括如下步驟1)原料預(yù)處理將取自土壤的粘土(普通粘土)烘干至水分含量為2%(質(zhì)量)，破碎后粉磨至粒徑《0.l匿的粉體；將市售的焦炭破碎后磨細(xì)成粒徑《0.l隱的粉體，得焦炭粉；2)原料的選取按各原料所占質(zhì)量百分比為粘土94%、鐵粉3%、焦炭粉3%，選取粘土、鐵粉和焦炭粉為原料，備用；所述的鐵粉為市售工業(yè)鐵粉，純度》98%(質(zhì)量)，平均粒徑為0.0050.Ol畫；3)胚體成型將粘土、鐵粉和焦炭粉在攪拌機(jī)中加水?dāng)嚢?，加水量為粘土、鐵粉和焦炭粉(干粉料)質(zhì)量的30%，將拌好的物料用成球盤制成粒徑為15mm圓球狀的顆粒胚料；4)陶粒燒成將顆粒胚料風(fēng)干至含水率為2%(質(zhì)量)之后，送入還原氣氛爐中進(jìn)行煅燒(所述的還原氣氛為CO氣體)，勻速升溫至80(TC，升溫速率為1(TC/分鐘，保溫15min;再勻速升溫至1250。C，升溫速率為1(TC/分鐘，保溫20min;在還原氣氛下勻速冷卻至室溫(勻速冷卻的速率為KTC/分鐘)，得用作導(dǎo)電混凝土集料的陶粒(產(chǎn)品)。將制得的陶粒，原狀或破碎后作為集料全部或部分替代混凝土中的石或砂，與水泥、水，以及碳纖維、碳粉、石墨粉等導(dǎo)電相材料相配合，用以制備導(dǎo)電混凝土。本發(fā)明所列舉的各原料都能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，以及各原料的上下限取值、區(qū)間值都能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，本發(fā)明的工藝參數(shù)(如溫度、時間等)的上下限取值以及區(qū)間值都能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，在此不一一列舉實(shí)施例。權(quán)利要求1.一種用作導(dǎo)電混凝土集料的陶粒，其特征在于它由粘土、鐵粉、焦炭粉和Fe2O3為原料燒制而成，各原料所占質(zhì)量百分比為粘土77～94％、鐵粉3～10％、焦炭粉3～5％、Fe2O30～8％，各原料所占質(zhì)量百分比之和為100％。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用作導(dǎo)電混凝土集料的陶粒，其特征在于所述的粘土為取自土壤的粘土烘干至水分含量《5%，破碎后粉磨至粒徑《0.lmm的粉體。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用作導(dǎo)電混凝土集料的陶粒，其特征在于所述的鐵粉為市售工業(yè)鐵粉，純度》98%，平均粒徑為0.0050.Olmm。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用作導(dǎo)電混凝土集料的陶粒，其特征在于所述的焦炭粉為市售工業(yè)產(chǎn)品焦炭破碎后磨細(xì)成粒徑《0.lmm的粉體。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用作導(dǎo)電混凝土集料的陶粒，其特征在于所述的FeA為市售工業(yè)產(chǎn)品FeA。6.如權(quán)利要求1所述的一種用作導(dǎo)電混凝土集料的陶粒的制備方法，其特征在于它包括如下歩驟1)原料預(yù)處理將取自土壤的粘土烘干至水分含量《5%，破碎后粉磨至粒徑《0.l腿的粉體；將市售的焦炭破碎后磨細(xì)成粒徑《0.lmm的粉體，得焦炭粉；2)原料的選取按各原料所占質(zhì)量百分比為粘土7794%、鐵粉310%、焦炭粉35%、FeA08%，各原料所占質(zhì)量百分比之和為100%,選取粘土、鐵粉、焦炭粉和FeA為原料，備用；3)胚體成型將粘土、鐵粉、焦炭粉和FeA在攪拌機(jī)中加水?dāng)嚢?，加水量為粘土、鐵粉、焦炭粉和FeA質(zhì)量的20%30%，將拌好的物料用成球盤制成粒徑為5mra15mm圓球狀的顆粒胚料；4)陶粒燒成將顆粒胚料風(fēng)干至含水率《5%之后，送入還原氣氛爐中進(jìn)行煅燒，勻速升溫至70(TC800。C，升溫速率為510。C/分鐘，保溫10min15min;再勻速升溫至U50。C1250°C，升溫速率為51(TC/分鐘，保溫10min20min;在還原氣氛下冷卻至室溫，得用作導(dǎo)電混凝土集料的陶粒。全文摘要本發(fā)明涉及一種用作導(dǎo)電混凝土集料的陶粒及其制備方法。一種用作導(dǎo)電混凝土集料的陶粒，其特征在于它由粘土、鐵粉、焦炭粉和Fe₂O₃為原料燒制而成，各原料所占質(zhì)量百分比為粘土77～94％、鐵粉3～10％、焦炭粉3～5％、Fe₂O₃0～8％，各原料所占質(zhì)量百分比之和為100％。一種用作導(dǎo)電混凝土集料的陶粒的制備方法，其特征在于它包括如下步驟1)原料預(yù)處理將取自土壤的粘土烘干至水分含量≤5％，破碎后粉磨至粒徑≤0.1mm的粉體；將市售的焦炭破碎后磨細(xì)成粒徑≤0.1mm的粉體，得焦炭粉；2)原料的選?。?)坯體成型加水?dāng)嚢?，將拌好的物料用成球盤制成粒徑為5mm～15mm圓球狀的顆粒坯料；4)陶粒燒成，得用作導(dǎo)電混凝土集料的陶粒。該方法制備的陶粒作為集料用于混凝土中，能增強(qiáng)混凝土導(dǎo)電性能。文檔編號C04B33/04GK101486562SQ200910060769公開日2009年7月22日申請日期2009年2月17日優(yōu)先權(quán)日2009年2月17日發(fā)明者丁慶軍,何永佳,呂林女,胡曙光申請人:武漢理工大學(xué)