本發(fā)明屬接地系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種導(dǎo)電混凝土及其制作方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

在高雷暴地區(qū)，風(fēng)電場(chǎng)因雷擊線路導(dǎo)致線路跳閘檢修，從經(jīng)濟(jì)及安全角度來(lái)說(shuō)都造成了極大的損失，目前，風(fēng)電場(chǎng)集電線路接地普遍采用敷設(shè)水平接地體及錘子接地體相結(jié)合的方式達(dá)到降阻效果，針對(duì)目前施工狀況普遍存在以下問(wèn)題，一是，接地體的保持狀況，無(wú)法滿足永久性要求，即40年；二是，在土壤高電阻率地區(qū)，地表巖石較多，接地溝開挖施工困難地區(qū)；三是，近年來(lái)接地溝施工，占用林地，常規(guī)土地較多，四是，接地溝施工過(guò)程中，有些接地溝穿越農(nóng)田、山地、林地等，施工完成后人們?cè)谌粘Ｉa(chǎn)中，容易對(duì)接地裝置進(jìn)行破壞，對(duì)線路的運(yùn)行造成很大的安全隱患。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，提供了一種導(dǎo)電混凝土及其制作方法和應(yīng)用。能到達(dá)降阻效果，在結(jié)構(gòu)及電氣降阻均滿足要求的情況下，則之前的問(wèn)題都能夠得到有效的解決。使用導(dǎo)電混凝土的立體接地系統(tǒng)作為線路接地體，既是在常規(guī)混泥土中參加石墨、碳纖維、鋼纖維等特殊材料，使線路基礎(chǔ)具有導(dǎo)電性，作為垂直接地體使用。

在常規(guī)混凝土制備中，通過(guò)用導(dǎo)電性的骨料部分替代砂石等非導(dǎo)電性骨料，使制成的混凝土不僅具有良好的導(dǎo)電性，并且保證常規(guī)混凝土的可澆注、抗壓性。

導(dǎo)電混凝土電阻率極低，經(jīng)測(cè)算電阻率一般僅為0.1～0.5Ω·m，把它包在接地體的周圍，就相當(dāng)于把電極尺寸擴(kuò)大，使接地電阻降低。同時(shí)在接地周圍使用導(dǎo)電混凝土,敷設(shè)時(shí)導(dǎo)電混凝土?xí)蛩闹芡寥烙幸欢ǚ秶臉渲顫B透作用，減小接觸電阻使局部的電阻率大大降低,也相當(dāng)于進(jìn)一步擴(kuò)大電極尺寸，使接地電阻下降。

單根垂直接地體的電阻計(jì)算由電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T621-1997推薦公式：

式中，R_V為垂直接地極的接地電阻，ρ為土壤電阻率，l為垂直接地體長(zhǎng)度，d為垂直接地體等效半徑。

由于導(dǎo)電混凝土的電阻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于原土壤電阻率，可以得出裹有導(dǎo)電混凝土的垂直接地體電阻遠(yuǎn)小于原電阻值?？梢?，運(yùn)用導(dǎo)電混凝土的實(shí)質(zhì)就是增大接地體的等效半徑。

立體接地

立體接地裝置均由簡(jiǎn)單人工接地體組合而成。目前工程設(shè)計(jì)上使用較多的計(jì)算電阻的方法是利用系數(shù)法，其要點(diǎn)是先計(jì)算出單個(gè)接地體的電阻，然后計(jì)算并聯(lián)電阻值，最后在添加一個(gè)反映接地體之間屏蔽效應(yīng)的利用系數(shù)，即得出綜合的工頻電阻值。這樣可以理論計(jì)算出任何一復(fù)雜接地體的工頻接地電阻，保證設(shè)計(jì)的人工接地體使鐵塔滿足規(guī)程要求的接地電阻值。

通常在我們?cè)讷@取地質(zhì)資料后，根據(jù)上述方法，設(shè)計(jì)出工頻電阻達(dá)標(biāo)的接地裝置，并適當(dāng)留有裕度。在《電力工程高壓送電線路設(shè)計(jì)手冊(cè)》推薦的利用系數(shù)下，結(jié)合多年設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)與反算出了較為合理的接地體間利用系數(shù)。

按電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T621-1997推薦的公式，多根垂直接地體組成的接地裝置電阻計(jì)算按：

式中，n為垂直接地體數(shù)量，η_c為多根垂直接地體間利用系數(shù)。

水平接地體的電阻計(jì)算按電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T621-1997推薦的公式計(jì)算：

式中，R_s為水平接地體綜合電阻，L為水平接地體總長(zhǎng)度,h為水平接地體埋深，d為接地圓鋼等效半徑，A為水平接地體形狀系數(shù)，形狀系數(shù)按經(jīng)驗(yàn)公式取1.76。

最后綜合計(jì)算出復(fù)合接地裝置的工頻電阻。

式中，η為垂直接地體與水平接地體間的利用系數(shù)。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，垂直接地體盡量設(shè)置于水平接地體外延，利用系數(shù)η較大。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種導(dǎo)電混凝土，所述混凝土包括以下按重量份計(jì)的以下組分：

碳纖維6～9份，鋼纖維43～50份，石墨68～78份，分散劑1.38～1.58份，防腐劑10～15份，減水劑5.2～6份。

優(yōu)選地，所述混凝土包括以下按重量份計(jì)的以下組分：

碳纖維8份，鋼纖維46份，石墨72份，分散劑1.47份，防腐劑12份，減水劑5.88份。

優(yōu)選地，所述石墨固定含碳量大于99％；

所述碳纖維為聚丙烯腈短切碳纖維，碳纖維密度為1800kg/m³，纖維長(zhǎng)度6mm，抗拉強(qiáng)度在3.5～4.5Gpa，含碳量≥93％，堆積密度≥300g/L，水量<0.3％；

所述鋼纖維抗拉強(qiáng)度》2800Mpa，密度為7800kg/m³的鍍銅微絲型鋼纖維；

所述分散劑為甲基纖維素。

優(yōu)選地，所述混凝土中的細(xì)骨料為粒徑＜5mm的河砂，粗骨料為粒徑≤25mm的碎石；所述混凝土中的水泥采用P·Ⅱ42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥。

一種導(dǎo)電混凝土的制作方法，所述方法包括以下步驟：

1)碎石、沙、鋼纖維、水泥和石墨依次加入到攪拌機(jī)內(nèi)，先進(jìn)行干拌，得到物料1；

2)水、減水劑、分散劑混合，攪拌，邊攪拌邊加入碳纖維，得到物料2；

3)物料1和物料2攪拌，加入防腐劑，成型；

完成導(dǎo)電混凝土的制作。

優(yōu)選地，所述步驟1)干拌時(shí)間不少于1min。

優(yōu)選地，所述步驟2)水溫度為40～60℃。

優(yōu)選地，所述步驟3)攪拌時(shí)間為2～3min。

所述導(dǎo)電混凝土或權(quán)所述的方法在立體接地中的應(yīng)用，在水平接地射線外延設(shè)置若干個(gè)鉆孔，鉆孔內(nèi)插入熱鍍鋅處理后的垂直接地體鋼管，鋼管與水平接地射線圓鋼通過(guò)一塊連接板放熱焊接，再在鉆孔內(nèi)壓力灌注導(dǎo)電混凝土，形成運(yùn)用導(dǎo)電混凝土技術(shù)的復(fù)合接地裝置。

所述導(dǎo)電混凝土或權(quán)所述的方法在立體接地中的應(yīng)用，高壓鐵塔塔腿采用灌注導(dǎo)電混凝土來(lái)達(dá)到接地作用

本發(fā)明有益效果：

1、為解決部分地區(qū)基礎(chǔ)接地降阻困難的問(wèn)題，制備了利用石墨為主導(dǎo)電材料，碳纖維為搭接導(dǎo)電互通網(wǎng)絡(luò)的橋梁，鋼纖維兼顧混凝土強(qiáng)度與搭接導(dǎo)電橋梁的三相復(fù)合導(dǎo)電混凝土。

2、本發(fā)明設(shè)計(jì)立體式接地體，改進(jìn)了水平四角射線的人工接地體，增設(shè)垂直接地體，分析了增設(shè)垂直接地體的數(shù)量、長(zhǎng)度及安裝位置，并配合使用導(dǎo)電混凝土，以達(dá)到方便施工，降低接地電阻優(yōu)良的效果。

3、石墨是主導(dǎo)電添加材料，導(dǎo)電性能效果較好。分散劑為使導(dǎo)電材料均勻分布于混凝土中。減水劑保證混凝土流動(dòng)性。

4、本發(fā)明的混凝土可以用于灌注高壓鐵塔塔腿，不需要進(jìn)行接地處理，大大節(jié)約了物質(zhì)和人力成本。

5、本發(fā)明主要用于集電線路等混凝土基礎(chǔ)的接地系統(tǒng)?？朔瞬糠值貐^(qū)使用普通接地方法難以達(dá)到接地電阻值要求、或由于地勢(shì)地形限制導(dǎo)致普通接地系統(tǒng)施工難度大的問(wèn)題。該發(fā)明主要利用了導(dǎo)電混凝土作為接地輔助材料。導(dǎo)電混凝土的配備以及使用導(dǎo)電混凝土結(jié)合立體接地的施工方法應(yīng)用于基礎(chǔ)接地極能有效地降低施工難度，提高接地效率，具有良好的可操作性。

附圖說(shuō)明

圖1單根垂直接地體外包有導(dǎo)電混凝土的情況示意圖；

圖2接地體平面布置圖；

圖中：1為垂直接地體，2為導(dǎo)電混凝土，3為原大地土壤，r為垂直接地體半徑，r1為垂直接地鉆孔半徑，4為水平接地體，5為鐵塔塔腿。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施案例及附圖來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但實(shí)施案例不會(huì)構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。

實(shí)施例1

一種導(dǎo)電混凝土，所述混凝土包括以下按重量份計(jì)的以下組分：

碳纖維6份，鋼纖維43份，石墨68份，分散劑1.38份，防腐劑10份，減水劑5.2份。

優(yōu)選地，所述石墨固定含碳量大于99％；

所述碳纖維為聚丙烯腈短切碳纖維，碳纖維密度為1800kg/m³，纖維長(zhǎng)度6mm，抗拉強(qiáng)度在3.5Gpa，含碳量95％，堆積密度350g/L，水量0.2％；

所述鋼纖維抗拉強(qiáng)度2900Mpa，密度為7800kg/m³的鍍銅微絲型鋼纖維；

所述分散劑為甲基纖維素。

所述混凝土中的細(xì)骨料為粒徑＜5mm的河砂，粗骨料為粒徑≤25mm的碎石；所述混凝土中的水泥采用P·Ⅱ42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥。

一種導(dǎo)電混凝土的制作方法，所述方法包括以下步驟：

1)碎石、沙、鋼纖維、水泥和石墨依次加入到攪拌機(jī)內(nèi)，先進(jìn)行干拌，得到物料1；

2)水、減水劑、分散劑混合，攪拌，邊攪拌邊加入碳纖維，得到物料2；

3)物料1和物料2攪拌，加入防腐劑，成型；

完成導(dǎo)電混凝土的制作。

優(yōu)選地，所述步驟1)干拌時(shí)間3min。

優(yōu)選地，所述步驟2)水溫度為40℃。

優(yōu)選地，所述步驟3)攪拌時(shí)間為2min。

所述導(dǎo)電混凝土或權(quán)所述的方法在立體接地中的應(yīng)用，在水平接地射線外延設(shè)置8個(gè)直徑為200mm鉆孔，鉆孔內(nèi)插入熱鍍鋅處理后的垂直接地體鋼管，鋼管與水平接地射線圓鋼通過(guò)一塊連接板放熱焊接，再在鉆孔內(nèi)壓力灌注導(dǎo)電混凝土，形成運(yùn)用導(dǎo)電混凝土技術(shù)的復(fù)合接地裝置。

垂直接地體設(shè)置于水平接地體外延的泄流效果好，同時(shí)根據(jù)《交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》，垂直接地體之間的距離應(yīng)大于垂直接地體的長(zhǎng)度的兩倍，因此鉆孔分別設(shè)置于射線最外端及靠近正方形四角7米處。鉆孔內(nèi)插入熱鍍鋅處理后的垂直接地體(鋼管)，鋼管與水平射線圓鋼通過(guò)一塊連接板放熱焊接，再在孔內(nèi)壓力灌注導(dǎo)電混凝土，形成運(yùn)用導(dǎo)電混凝土技術(shù)的復(fù)合接地裝置。

實(shí)施例2

一種導(dǎo)電混凝土，所述混凝土包括以下按重量份計(jì)的以下組分：

碳纖維9份，鋼纖維50份，石墨78份，分散劑1.58份，膨脹防腐劑15份，減水劑6份。

優(yōu)選地，所述石墨固定含碳量大于99％；

所述碳纖維為聚丙烯腈短切碳纖維，碳纖維密度為1800kg/m³，纖維長(zhǎng)度6mm，抗拉強(qiáng)度在4.5Gpa，含碳量93％，堆積密度300g/L，水量0.25％；

所述鋼纖維抗拉強(qiáng)度2900Mpa，密度為7800kg/m³的鍍銅微絲型鋼纖維；

所述分散劑為甲基纖維素。

優(yōu)選地，所述混凝土中的細(xì)骨料為粒徑＜5mm的河砂，粗骨料為粒徑≤25mm的碎石；所述混凝土中的水泥采用P·Ⅱ42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥。

一種導(dǎo)電混凝土的制作方法，所述方法包括以下步驟：

1)碎石、沙、鋼纖維、水泥和石墨依次加入到攪拌機(jī)內(nèi)，先進(jìn)行干拌，得到物料1；

2)水、減水劑、分散劑混合，攪拌，邊攪拌邊加入碳纖維，得到物料2；

3)物料1和物料2攪拌，加入防腐劑，成型；

完成導(dǎo)電混凝土的制作。

優(yōu)選地，所述步驟1)干拌時(shí)間3min。

優(yōu)選地，所述步驟2)水溫度為60℃。

優(yōu)選地，所述步驟3)攪拌時(shí)間為3min。

所述導(dǎo)電混凝土或權(quán)所述的方法在立體接地中的應(yīng)用，高壓鐵塔塔腿直接采用本實(shí)施例混凝土灌注，并取消其他接地設(shè)置。

實(shí)施例3

一種導(dǎo)電混凝土，所述混凝土包括以下按重量份計(jì)的以下組分：

碳纖維8份，鋼纖維46份，石墨72份，分散劑1.47份，防腐劑12份，減水劑5.88份。

所述石墨固定含碳量大于99％；

所述碳纖維為聚丙烯腈短切碳纖維，碳纖維密度為1800kg/m³，纖維長(zhǎng)度6mm，抗拉強(qiáng)度在3.5～4.5Gpa，含碳量≥93％，堆積密度≥300g/L，水量<0.3％；

所述鋼纖維直徑0.2mm，長(zhǎng)度為6mm，抗拉強(qiáng)度》2800Mpa，密度為7800kg/m³的鍍銅微絲型鋼纖維；

所述分散劑為甲基纖維素。

所述高效減水劑保證混凝土流動(dòng)性，采用江蘇博特新材料有限公司生產(chǎn)的聚羧酸高性能、可減水20％的聚羧酸系高性能減水劑。

所述防腐劑選用信長(zhǎng)電力科技有限公司生產(chǎn)的GPF-94高效膨潤(rùn)土降阻防腐劑。

所述混凝土中的細(xì)骨料為粒徑＜5mm的河砂，粗骨料為粒徑≤25mm的碎石；所述混凝土中的水泥采用P·Ⅱ42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥。

一種導(dǎo)電混凝土的制作方法，所述方法包括以下步驟：

1)碎石、沙、鋼纖維、水泥和石墨依次加入到攪拌機(jī)內(nèi)，先進(jìn)行干拌，得到物料1；

2)水、減水劑、分散劑混合，攪拌，邊攪拌邊加入碳纖維，得到物料2；

3)物料1和物料2攪拌，加入防腐劑，成型；

完成導(dǎo)電混凝土的制作。

優(yōu)選地，所述步驟1)干拌時(shí)間2min。

優(yōu)選地，所述步驟2)水溫度為50℃。

優(yōu)選地，所述步驟3)攪拌時(shí)間為2.5min。

本實(shí)施例在立體接地中的應(yīng)用：

1、布置水平接地體

水平接地體的布置不做特殊要求。對(duì)接地體(網(wǎng))的線路進(jìn)行測(cè)量彈線，按照施工圖要求的長(zhǎng)度與深度，在此線路上挖掘深為0.8m，寬為0.5m的溝，溝上部稍寬，底部如有石子應(yīng)清除。

2、布置垂直接地體

按照設(shè)計(jì)要求，在指定位置用垂直鉆機(jī)鉆直徑不小于250mm，深度為6m左右的鉆孔。將不短于6m的鋼管插入鉆孔內(nèi)，鋼管上端需露出孔口。使用導(dǎo)電混泥土垂直接體地極試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1，由表1可知采用水平與垂直復(fù)合接地達(dá)到接地電阻值要求，連接垂直接接地體極顯著降低地極測(cè)量值。

3、三相復(fù)合導(dǎo)電混凝土制備與灌注

具體導(dǎo)電混凝土拌合工藝操作流程解釋如下：

第一步：將碎石、沙、鋼纖維、水泥和石墨依次加入到攪拌機(jī)內(nèi)，先進(jìn)行干拌，

干拌時(shí)間不少于1min，拌合均勻后停止拌合機(jī)。

第二步：由于實(shí)際拌合過(guò)程中很難保證混凝土的用水溫度維持在40℃～60℃，因此先把能容納200kg水的桶放在拌合樓上，向里面注入約2/3的熱水(不低于80℃)，隨后將減水劑、分散劑依次溶入水中。分散劑的添加過(guò)程要邊攪拌邊緩緩加入，水溶液逐漸呈粘稠狀，然后向桶內(nèi)注入常溫下的水(條件允許最好用溫水)，但不要將桶加滿，留有一定的空間方便攪拌分散碳纖維；碳纖維的加入依然是邊攪拌邊加入，直至碳纖維添加完畢形成碳纖維分散水溶液。

第三步：將碳纖維分散水溶液加入到攪拌機(jī)內(nèi)，為了安全起見，現(xiàn)場(chǎng)加完碳纖維分散水溶液后開啟拌合機(jī)。膨脹防腐劑可此時(shí)加入。拌合站人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)向拌合機(jī)里注入一定量的冷水以調(diào)整坍落度。碳纖維在拌合機(jī)內(nèi)的理想攪拌時(shí)間約90s，而實(shí)際的攪拌時(shí)間約2min～3min。

完成混凝土制備后，向鉆孔內(nèi)壓力灌注。

4焊接與土方回填

混凝土灌注凝固后，于鋼管上端焊接一段-50X5扁鋼作為連接板，將圓鋼焊接在連接板上，保證水平射線與鋼管可靠連接。待焊接完成后，進(jìn)行土方回填，回填土務(wù)必緊實(shí)。

表1使用導(dǎo)電混泥土垂直接體地極試驗(yàn)數(shù)據(jù)

導(dǎo)電混凝土在立體接地中的應(yīng)用，高壓鐵塔塔腿采用灌注本實(shí)施例導(dǎo)電混凝土來(lái)達(dá)到接地作用。結(jié)果見表2。由表2可知使用導(dǎo)電混凝土鐵塔基礎(chǔ)作為垂直接體達(dá)到接地電阻值要求，連接垂直接接地體極顯著降低地極測(cè)量值。

表2使用導(dǎo)電混凝土鐵塔基礎(chǔ)作為垂直接體地極試驗(yàn)數(shù)據(jù)

上述的實(shí)施例僅為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，而不應(yīng)視為對(duì)于本發(fā)明的限制，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征在不沖突的情況下，可以相互任意組合。本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求記載的技術(shù)方案，包括權(quán)利要求記載的技術(shù)方案中技術(shù)特征的等同替換方案為保護(hù)范圍。即在此范圍內(nèi)的等同替換改進(jìn)，也在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。