導電混凝土

呂玲玲研究背景定義實際例子目錄\CONTENTS建筑采暖對我國北方來說是一個重要問題。傳統的采暖方式需安裝金屬散熱片并建造鍋爐房,一次性投資大,同時對于商品房來說,存在收費難的問題。利用導電混凝土制做采暖地面進行了嘗試,由于熱源在室內最下方并遍布整個地面,換熱效果好。用導電混凝土制做采暖地面,造價低、施工工藝簡單、性能穩定,不失為建筑采暖的又一新途徑。研究背景普通混凝土無論是處于潮濕或干燥狀態都不具有良好的導電性能

（普通混凝土在干燥狀態下的電阻率104-109Ω·m；在潮濕狀態下達到101-104Ω·m；而金屬導體電阻率一般在10

-7量級）。在混凝土中摻加一定量的導電介質，可以使混凝土的導電性大大改善，從而使其成為具有較好導電性的導電體。普通混凝土的導電性導電混凝土是指由膠凝材料、導電相、介電骨料和水等組分,按照一定配比混合凝結而成的多相復合材料，

是由導電相部分或全部取代混凝土中的普通骨料配制而成，具有規定的導電性能和一定力學性能的混凝土。導電混凝土的定義二十世紀30-40年代，人們開始研制導電混凝土，前蘇聯、德國、加拿大、美國、英國等國探索混凝土導電的可能性。五十年代末，前蘇聯掌握了以水玻璃和水泥作為基材的導電混凝土工藝。二十世紀七十年代，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，因使用除冰鹽而造成的混凝土嚴重腐蝕的問題在采用陰極保護措施的過程中，引出了導電混凝土的研究和應用

。二十世紀90年代以來導電混凝土的研究和應用獲得了長足的進步。我國在八十年代也開始了對導電混凝土的研究，目前也取得了較大進展。目前研究最多的也就是碳纖維導電混凝土和石墨導電混凝土。導電混過凝土的發展歷程根據膠凝材料不同,

可將導電混凝土大體分為三類：

（1）無機類（如水泥導電混凝土和水玻璃導電混凝土；（2）有機類(

如瀝青導電混凝土和樹脂導電混凝土)

；

（3）復合類(

如聚合物導電混凝土和浸漬導電混凝土)

。

其中，較為常用的有碳質骨料混凝土與樹脂導電混凝土。常用的導電組分也分為三類：聚合物類、碳類和金屬類。導電混過凝土的分類135%174%105%188%石墨具有良好的導電性摻量才能在混凝土基體內形成相互連通的導電網絡，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，導致混凝的摻量增加而快速下降。因此，石墨導電混凝土適合用于對混凝土強度要求不高的領域，如接地電阻、合閘電阻、建筑物的非承重部位等土的強度隨著石墨粉石墨

①

導電纖維比導電粒子更容易形成導電網絡；②纖維越細，直徑越小，在相同體積含量時，纖維根數越多，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電纖維網絡；纖維越長，越容易相互搭接。

碳纖維導電混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團現象。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、抗剪等力學性能的優點，同時作為金屬也可以發揮導電功能。金屬具有良好的導電性，如銅的電阻率是1.7×10-6Ω·cm，鐵的電阻率為9.7×10-6Ω·cm。因而鋼纖維常作為配制導電混凝土的技術方案之一。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電性，可以考慮用作導電混凝土的導電介質。2、炭黑、碳質骨料

炭黑是一種價格便宜的導電物質，也可以用來制作導電混凝土。鋼渣和炭黑、碳質骨料

主要導電介質及其特點1、

隧道效應導電機制

這種理論認為是由分散在基體中的導電組分材料形成網絡，并通過隧道效應連通網絡間的絕緣而傳導，如碳纖維、石墨粉及鋼纖維等為電子(或空穴)導電，電流通過彼此搭接或接觸形成的導電網絡進行傳導。2、水泥石導電機制

此種理論認為是通過水泥石傳導，即水泥石的導電。導電混過凝土的導電機理（1）可以替代金屬起到屏蔽無線電干擾，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備斷路器的合閘電阻，消除靜電裝置金屬陰極保護系統等；

（3）利用導電產生的熱效應進行環境加熱，建筑采暖以及道路和機場的融冰化雪；

（4）利用它的力-電相關特性制成一種機敏智能材料，可用于混凝土結構的非破損檢查評估，也可用于高速公路的自動監控、運動車輛的重量，稱量大型結構(如核電站設施大壩)的微裂紋監測等。導電混過凝土的應用應用實例加拿大國家研究協會建筑研究院建材實驗室的一支研究小組在詹姆斯-比烏東博士的帶領下，在2003年5月開發出一種新型的既有良好的機械性能，又有很強的導電性能的混凝土。也申請了美國專利，而且這項技術6月份被Nebraska-Lincoln大學土木工程系所采納，導電混凝土用做橋面的覆蓋層以消除積雪和結冰。哈爾濱實際案例010203在哈爾濱市的新興產業科技服務平臺的車道采用本融雪除冰混凝土材料，其使用電壓為48V，并于2012年10月完成施工澆筑，為中國第一個采用導電混凝土的專案。美國內布拉斯加州(Nebraska)

洛加馬刺橋01022003年，在美國內布拉斯加州(Nebraska)洛加馬刺橋(RocaSpurBridge)上實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5年測試，歷經10次大風雪，效果良好、穩定。經過2004-2007年之間實際應用，在風雪來臨前可使鋪面溫度從-15℃升高至15℃，效果相當優良。克里斯的導電混凝土01022003年，克里斯開始在一座橋上對導電混凝土進行為期5年的測試。測試結果表明，這座大橋很好地解決了橋面結