本發(fā)明屬于混凝土技術(shù)領(lǐng)域，涉及導(dǎo)電混凝土的材料技術(shù)，特別涉及一種自行釋放電解質(zhì)溶液的離子導(dǎo)電混凝土及其制備方法。
背景技術(shù)：
離子導(dǎo)電混凝土是一種利用電解質(zhì)溶液作為導(dǎo)電材料所研發(fā)的新型建筑材料。離子導(dǎo)電混凝土具備良好的導(dǎo)電性和通電發(fā)熱性能，已經(jīng)被證明可以適用于路面橋面的融雪除冰，室內(nèi)采暖等領(lǐng)域。離子導(dǎo)電混凝土的導(dǎo)電機(jī)理為混凝土復(fù)合材料內(nèi)部的自由離子在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生定向移動(dòng)。因此離子導(dǎo)電混凝土內(nèi)部自由離子的數(shù)量決定了離子導(dǎo)電混凝土的導(dǎo)電性，而自由離子則又基本由混凝土漿體內(nèi)部自由水分的多少所決定。已經(jīng)由試驗(yàn)證明，混凝土內(nèi)部自由水分越多，混凝土內(nèi)部自由離子越多，其導(dǎo)電性越好。但是眾所周之，混凝土內(nèi)部的水分將隨著混凝土內(nèi)部齡期的增加而逐漸減少，如果保持混凝土內(nèi)部“濕潤(rùn)”已經(jīng)成為離子導(dǎo)電混凝土研究的難點(diǎn)之一，尤其是在離子導(dǎo)電混凝土已經(jīng)澆注完成后，如何通過便捷的手段增加混凝土內(nèi)部的水分，保持其電阻率的穩(wěn)定性，更是一個(gè)困難的課題。如果能有一種材料在離子導(dǎo)電混凝土攪拌時(shí)就已經(jīng)添加入，在混凝土后續(xù)使用過程中，當(dāng)混凝土內(nèi)部濕度下降到一定的程度，該材料就釋放水分，始終保持混凝土內(nèi)部充分濕潤(rùn)，就可以保證離子導(dǎo)電混凝土電阻率的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，對(duì)離子導(dǎo)電混凝土的實(shí)際工程應(yīng)用，具有十分重要的意義。
高吸水樹脂(superabsorbentpolymer，sap)是一種新型功能高分子材料。它具有吸收比自身重幾百到幾千倍水的高吸水功能，干燥環(huán)境下釋水率高達(dá)85％以上，是理想的制備離子導(dǎo)電砂漿的吸水材料。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種自行釋放電解質(zhì)溶液的離子導(dǎo)電混凝土。該離子導(dǎo)電混凝土可以自我改善內(nèi)部濕度環(huán)境，保證混凝土內(nèi)部自由離子數(shù)量，從而保證其導(dǎo)電性長(zhǎng)期穩(wěn)定。
本發(fā)明的另一目的在于提供上述自行釋放電解質(zhì)溶液的離子導(dǎo)電混凝土的制備方法。
本發(fā)明基于離子導(dǎo)電混凝土隨齡期的增長(zhǎng)，其自身電阻率逐漸變大的問題；提出的一種可以自行保持內(nèi)部濕度環(huán)境，保證內(nèi)部自由離子數(shù)量，從而獲得穩(wěn)定電阻率的離子導(dǎo)電混凝土。本發(fā)明是在離子導(dǎo)電混凝土的配合比上，根據(jù)高分子材料在水泥漿內(nèi)部的微觀形貌進(jìn)行摻量計(jì)算，按照特有的施工工藝將一定量的飽和高吸水性樹脂(含電解質(zhì)溶液)加入混凝土中，成型拆模后放入標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境養(yǎng)護(hù)(溫度20±2℃，濕度98％)，取出導(dǎo)電混凝土基體浸泡入電解質(zhì)溶液一定時(shí)間，最終獲得離子導(dǎo)電混凝土成品。
本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
一種自行釋放電解質(zhì)溶液的離子導(dǎo)電混凝土的制備方法，包括如下步驟：
將飽和高吸水性樹脂摻入至離子導(dǎo)電混凝土中，成型拆模后放入標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)完畢后，將導(dǎo)電混凝土基體浸泡入電解質(zhì)溶液，最終獲得自行釋放電解質(zhì)溶液的離子導(dǎo)電混凝土成品。
所述的自行釋放電解質(zhì)溶液的離子導(dǎo)電混凝土的制備方法，具體包括如下步驟：
(1)根據(jù)bentz[1]等基于內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料摻量的計(jì)算公式；結(jié)合高吸水性樹脂在離子導(dǎo)電混凝土內(nèi)部的微觀形貌；同時(shí)考慮到離子導(dǎo)電混凝土內(nèi)部在水化過程中，不但會(huì)發(fā)生普通混凝土的收縮反應(yīng)，還會(huì)發(fā)生離子材料析出等電化學(xué)反應(yīng)；本發(fā)明對(duì)bentz等人提出的公式進(jìn)行了修正，建立適用于離子導(dǎo)電混凝土中高吸水性樹脂的摻量計(jì)算公式：
其中：msap——單位體積混凝土中所需干燥高吸水性樹脂的用量，kg/m3；
mc——單位體積混凝土所需的水泥用量，kg/m3；
sc——水泥完全水化產(chǎn)生的化學(xué)收縮，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取為0.0064ml/g；
αmax——水泥預(yù)期最大的水化程度，當(dāng)混凝土水灰比大于0.36時(shí)，該值取為1；由于離子導(dǎo)電混凝土不同普通混凝土對(duì)強(qiáng)度的要求，離子導(dǎo)電混凝土主要需保證其導(dǎo)電性，因此離子導(dǎo)電混凝土的水灰比取為0.4；
β——離子導(dǎo)電混凝土內(nèi)部由于水化作用產(chǎn)生離子產(chǎn)物析出，從而導(dǎo)致內(nèi)部濕度環(huán)境進(jìn)一步改變的修正系數(shù)；根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)獲得，取為1.13；
φsap——高吸水性樹脂吸水率，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，高吸水性樹脂對(duì)5.6％feso4溶液吸水率為34.7％，對(duì)4.8％cuso4溶液吸水率為36.2％；如需選用其他其他種類或濃度電解質(zhì)溶液，可以根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，通過公式
mcsap——高吸水性樹脂的飽和度，可以根據(jù)φsap計(jì)算得出。
(2)將稱量完畢的高吸水性樹脂材料浸泡入電解質(zhì)溶液，使其充分吸收電解質(zhì)溶液達(dá)到飽和取出；
(3)混凝土基體材料(水泥、水、標(biāo)準(zhǔn)砂、石子)用量根據(jù)c40混凝土進(jìn)行計(jì)算確定；由于離子導(dǎo)電混凝土須在后續(xù)試驗(yàn)中進(jìn)一步吸收電解質(zhì)溶液，因此在基礎(chǔ)配方中加入引氣劑ae2型，普通混凝土常規(guī)用量為0.01～0.03％，由于離子導(dǎo)電混凝土滲透電解質(zhì)溶液的需要，引氣劑用量確定為0.13％～0.16％；
(4)將引氣劑溶于水，將混凝土其他基體材料(水泥、砂、石)投入攪拌機(jī)中干拌，加入引氣劑水溶液，攪拌，投入飽和狀態(tài)高吸水性樹脂材料，攪拌；
(5)將制備完畢的水泥漿體倒入模具，振搗，振搗完畢后沉入電極，靜置，拆模，放入標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境養(yǎng)護(hù)28d；
(6)將養(yǎng)護(hù)完畢的離子導(dǎo)電混凝土塊，放置入電解質(zhì)溶液中浸泡67～77h，取出拭干混凝土表面水分，在其表面均勻涂刷防水材料。
步驟(2)、(6)中所述的電解質(zhì)溶液為5.6％feso4，或者4.8％cuso4溶液，或者其他種類與濃度的電解質(zhì)溶液。
步驟(3)中所述的引氣劑用量?jī)?yōu)選為0.15％。
步驟(4)中，
所述的干拌的時(shí)間為50sec～1min；優(yōu)選為1min。
所述的攪拌的時(shí)間均為1.5min～2min；優(yōu)選為2min。
步驟(5)中，
所述的振搗的時(shí)間為25sec～30sec；優(yōu)選為30sec。
所述的靜置的時(shí)間為24h～28h；優(yōu)選為24h。
步驟(6)中所述的浸泡的時(shí)間優(yōu)選為72h。
步驟(6)中所述的防水材料為環(huán)氧樹脂。
一種自行釋放電解質(zhì)溶液的離子導(dǎo)電混凝土，通過上述制備方法制備得到。
本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：
眾所周之，混凝土的水化時(shí)間將持續(xù)2年以上，混凝土內(nèi)部的水分在水化過程中將持續(xù)被消耗。對(duì)于離子導(dǎo)電混凝土而言，內(nèi)部水分的含量是決定其導(dǎo)電性的重要因素，在離子導(dǎo)電混凝土內(nèi)部摻入飽和的高吸水性樹脂，可以使得離子導(dǎo)電混凝土在內(nèi)部干燥的情況下，自行釋放電解質(zhì)溶液，保證其內(nèi)部的含水量，從而使離子導(dǎo)電混凝土獲得相對(duì)穩(wěn)定的電阻率。該種離子導(dǎo)電混凝土具備推廣的潛力。
附圖說明
圖1是本實(shí)施例中制備得到的自行釋放電解質(zhì)溶液的離子導(dǎo)電混凝土的電阻率曲線圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
實(shí)施例1
一種自行釋放電解質(zhì)溶液的離子導(dǎo)電混凝土的制備過程，包括如下步驟：
(1)根據(jù)bentz[1]等基于內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料摻量的計(jì)算公式；結(jié)合高吸水性樹脂在離子導(dǎo)電混凝土內(nèi)部的微觀形貌；同時(shí)考慮到離子導(dǎo)電混凝土內(nèi)部在水化過程中，不但會(huì)發(fā)生普通混凝土的收縮反應(yīng)，還會(huì)發(fā)生離子材料析出等電化學(xué)反應(yīng)；本發(fā)明對(duì)bentz等人提出的公式進(jìn)行了修正，建立適用于離子導(dǎo)電混凝土中高吸水性樹脂的摻量計(jì)算公式：
其中：msap——單位體積混凝土中所需干燥高吸水性樹脂的用量，kg/m3。
mc——單位體積混凝土所需的水泥用量，kg/m3。
sc——水泥完全水化產(chǎn)生的化學(xué)收縮，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取為0.0064ml/g。
αmax——水泥預(yù)期最大的水化程度，當(dāng)混凝土水灰比大于0.36時(shí)，該值取為1。由于離子導(dǎo)電混凝土不同的普通混凝土對(duì)強(qiáng)度的要求，離子導(dǎo)電混凝土主要需保證其導(dǎo)電性，因此離子導(dǎo)電混凝土的水灰比取為0.4。
β——離子導(dǎo)電混凝土內(nèi)部由于水化作用產(chǎn)生離子產(chǎn)物析出，從而導(dǎo)致內(nèi)部濕度環(huán)境進(jìn)一步改變的修正系數(shù)。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)獲得，取為1.13。
φsap——高吸水性樹脂吸水率，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，高吸水性樹脂對(duì)5.6％feso4溶液吸水率為34.7％。
mcsap——高吸水性樹脂的飽和度?？梢愿鶕?jù)φsap計(jì)算得出。
(2)將稱量完畢的高吸水性樹脂材料浸泡入5.6％feso4溶液中，使其充分吸收電解質(zhì)溶液達(dá)到飽和取出。
(3)混凝土基體材料(水泥、水、標(biāo)準(zhǔn)砂、石子)用量根據(jù)c40混凝土進(jìn)行計(jì)算確定。選用ae2型引氣劑摻量為0.15％。
(4)將引氣劑溶于水，將混凝土其他基體材料(水泥、砂、石)投入攪拌機(jī)中干拌1min，加入引氣劑水溶液，攪拌2min，投入飽和狀態(tài)高吸水性樹脂材料，攪拌2min。
(5)將制備完畢的水泥漿體倒入模具，振搗30sec，振搗完畢后沉入電極，靜置24h后拆模，放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù)28d。
(6)將養(yǎng)護(hù)完畢的離子導(dǎo)電混凝土塊，放置入5.6％feso4溶液中浸泡72h。取出拭干混凝土表面水分，在其表面均勻涂刷環(huán)氧樹脂。試件制備完畢后，編號(hào)為sap。
(7)按照申請(qǐng)?zhí)?01510645019.6，名稱“一種離子導(dǎo)電混凝土的制備工藝”制備普通的離子導(dǎo)電混凝土，試件編號(hào)為nsap。
采用兩電極法分別監(jiān)測(cè)sap與nsap的電阻率變化，結(jié)果如圖1和表1所示。
表1sap與nsap的電阻率值
注：表中sap代表摻入sap的離子導(dǎo)電混凝土，nsap代表未摻入sap的離子導(dǎo)電混凝土。
從表1和圖1中可以看出，摻入sap材料的離子導(dǎo)電混凝土在養(yǎng)護(hù)完后電阻率隨著齡期的增加變化不大，趨于穩(wěn)定，但未摻入sap材料的離子導(dǎo)電混凝土電阻率變化很大，且隨著齡期的增加，仍然有上升的趨勢(shì)。因此這種可以自我釋放電解質(zhì)溶液的離子導(dǎo)電混凝土具備推廣的潛力。
參考文獻(xiàn)：
[1]bentzdp,lurap,robertsjw.mixtureproportioningforinternalcuring[j],concreteinternational,2005,27(2):35-40.
上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。