導電功能集料及其復相水泥基材料技術原理與製備研究

《導電功能集料及其復相水泥基材料技術原理與製備研究》是依託武漢理工大學，由何永佳擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：導電功能集料及其復相水泥基材料技術原理與製備研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：何永佳
• 依託單位：武漢理工大學

項目摘要

導電水泥基材料在工程結構智慧型化、安全監測、道路除冰以及電磁禁止等方面有重要作用和廣闊套用前景。已有導電功能是通過在材料水泥石相中加入一定量導電相形成導電網路實現，均布性和整體性較差；採用的碳系、金屬系兩大類導電相在使用時也存在性能不穩定、或性價比低、影響水泥基材料性能等問題。本項目基於混凝土結構特徵，提出以導碑淋電功能集料與水泥石中導電相複合的材料完整導電體系設計思路，設計製備可大幅度提高導電性、穩定性和可控性的新型導電水泥基宙府贈恥材料。研究導電功能集料組成、燒成、結構與其導電性能之間的關係，探明導電集料微結構形成機理及製備原理；研究導電集料與導電水泥基材料所形成的複合材料結構與性能特點，探明其電流逾滲特徵、力-電和電-熱特性，揭示其導電機理和套用技術原理，為材料製備和套用提供理論指導。且創新性利用高碳粉煤灰和高鐵鋼渣為主要原料燒成製備導電功能集料，降低導電水泥基材料製備使用成本，促進其發展套用。

結題摘要

導電水泥基材料在工程結構智慧型化、安全監測墊碑簽、道路融雪除冰以及電磁禁止等方面有重要作用和廣闊套用前景。已有導電功能是通過在水泥石相中加入一定量導電相形成導電網路實現，均布性和整體性較差；導電相包括金屬和碳系兩大類，目前存在電性能不穩定或性價比低，以及影響水泥基材料性能等突出問題。本項目提出以導電功能集料與水泥石中導電相複合的材料完整導電體系設計思路，設計製備出可顯著提高導電性、穩定性和可控性的新型水泥基導電材料。進行了導犁頸戒囑電相摻量、煅燒制度、粘土組成、混料和成型工藝等因素對導電功能集料性能影響的實驗研究，製備得到體積電阻率低於10Ωcm導電功能集料。研究證明，對於導電相存在最佳體積摻量（10%左右），且該值隨導電相粒度降低而降低。探明集料最佳燒成制度為弱還原氣氛下，預熱溫度500℃，預熱時間10min，燒成溫度1040℃~1200℃，燒成時間20min。同時探索了臭虹幾利用高碳粉煤灰和高鐵鋼渣為原料製備導電功能集料。利用製備的導電功能集料和碳纖維作為主要導電相製備得到復相導電水泥基複合材料。採用正交實驗方法對碳纖維摻量和分散方法、導電功能集料摻量等因素對復相導電水泥基複合材料性能影響進行了研究。結果表明，羥丙基甲基纖維素可顯著改善碳纖維分散性；當導電水泥基材料配合比為：碳纖維摻量為水泥體積的0.6%，導電集料摻量約為總體積的1/3時，導電性能達到最佳，同時具備良好的工作性能。通過電阻率測試和SEM等微觀測試方法，並結合理論分析探索了導電殼仔凳功能集料-碳纖維復相導電水泥基材料的導電機理。結果表明，導電功能集料的摻入明顯降低了碳纖維的逾滲閾值摻量，在30%導電功能集料體積摻量下，碳纖維摻量為0.3%時電阻率降低了一個數量級以上，同時材料中自由水對電阻率的影響減小；表明導電功能集料對水泥基材料中導電網路完整性和連續性有顯著改善作用。分析認為其導電機理是導電通路效應、隧道效應以及電場發射效應共同作用的結果。研究了導電功能集料-碳纖維復相導電水泥基材料的壓敏性能。通過循環載入實驗，研究了復相導電水泥基材料在不同應力水平、載入速率、碳纖維摻量和導電功能集料含量等因素下的電阻變化。結果表明，該材料表現出應力與電阻率變化的良好線性相關性；與普通集料-碳纖維水泥基戲烏拒導電材料相比有更優良的壓敏性能。研究了復相導電水泥基材料的電熱效應，實驗結果表明該材料具備顯著的電熱性能，可實際用於融雪除冰。