一种用于导电混凝土的高强度导电集料及其制备方法[0002]导电混凝土是指在普通混凝土中掺入适量导电组分材料而形成的一种多相复合材料。导电混凝土既具有结构材料的特点，又具有导电性，使导电混凝土在作为一种结构材料的同时，在电工、电磁干扰屏蔽、工业防静电、电力设备接地工程、钢筋阴极保护、建筑地面采暖和路面除冰融雪等方面发挥着重要作用。[0003]导电混凝土主要由于分散在基体中的导电组分材料相互接触形成导电网络，从而具有导电性。目前，国内外用于导电混凝土的导电材料通常为碳纤维、石墨和金属粉末等。然而，碳纤维和钢纤维等导电材料成本较高，且在水泥石中进行均匀分散非常困难，不能有效形成导电网络，严重降低了导电混凝土的导电性能。石墨和炭黑等碳系导电材料由于自身强度低，且吸水率高，会明显降低导电混凝土的力学性能。因此，制备出一种导电性能优良，不降低导电混凝土力学性能且成本较低的导电集料是急需解决的问题。
[0004]本发明的目的在于提供一种用于导电混凝土的高强度导电集料及其制备方法。将该导电集料应用于混凝土，能增强混凝土的导电性能，并保证混凝土的强度。采用所述方法制备导电集料，使导电集料表现出良好的力学性能和导电性能。[0005]为实现上述目的，本发明的技术方案是:一种用于导电混凝土的导电集料，它由粘土、铁粉、Fe3O4和聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物四种组分制备而成，各组分所占质量百分比为:粘土 70~93%、铁粉I~6%、Fe3O4I~10%、聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物5~14%。[0006]所述的粘土为取自土壤的粘土(普通粘土)烘干至水分质量含量<4% (质量)，破碎后粉磨至粒径< 0.15mm的粉体。[0007]所述的铁粉为市售工业铁粉，纯度≥98% (质量)，平均粒径为0.005~0.01mm。
[0008]所述的Fe3O4为市售工业产品Fe304。
[0009]所述的聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物由聚乙烯醇、甲基丙烯酸酯和苯乙烯聚合而成，聚乙烯醇、甲基丙烯酸酯、苯乙烯的摩尔比为1:(1~3):1。
[0010]上述合成聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物的步骤包括:以去离子水、聚乙烯醇、甲基丙烯酸酯、苯乙烯和过氧化苯甲酰为原料，各原料的添加量为，去离子水、聚乙烯醇、甲基丙烯酸酯和苯乙烯的摩尔比为(I~2):1: (I~3):1，过氧化苯甲酰占原料总质量的0.04~
0.07% ;制备过程中，将称量好的去离子水和聚乙烯醇进行混合，将混合液加热至85~90°C搅拌溶解，然后降温至70~75°C;加入甲基丙烯酸酯、苯乙烯单体和过氧化苯甲酰；将所得混合液在75~80°C下聚合6~8h ;趁热抽滤，将得到的聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物用热水洗涤两次后进行真空烘干，烘干后研磨至粒径< 0.15mm的粉体，得聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物。
[0011]上述一种用于导电混凝土高强度导电集料的制备方法，包括如下步骤:
[0012]1)粘土的预处理和聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物的合成:将取自土壤的粘土(普通粘土)烘干至水分含量≤4% (质量)，破碎后粉磨至粒径≤ 0.15mm的粉体；以去离子水、聚乙烯醇、甲基丙烯酸酯、苯乙烯、过氧化苯甲酰为原料合成聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物；
[0013]2)各组分的称量:称取粘土、铁粉、Fe3O4和聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物，各组分所占质量百分比为:粘土 70~93%、铁粉I~6%、Fe304l~10%、聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物5~14%，各组分所占质量百分比之和为100% ；
[0014]3)混料与成型:将称量好的粘土、铁粉、Fe3O4和聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物置于锥形混合机中混合均匀，再将混合料加水造粒，并采用干压成型的方法，将粉料压制成高度为I~10mm、直径为5~50mm的柱状还体；
[0015]4)导电集料烧成:将坯体置于还原气氛炉中进行煅烧，匀速升温至700~800°C，升温速率为5~10°C /min，保温10~15min，再匀速升温至1000~1100°C，升温速率为5~10°C /min，保温10~20min，在还原气氛下匀速冷却至室温，匀速冷却的速率为5~IO0C /min，得用于导电混凝土的导电集料。
[0016]所述的还原气氛是焦炭(外置在炉膛中的焦炭块)在高温下反应生成的CO气体。
[0017]制得的导电集料具有良好的导电性能和力学性能。
[0018]将制得的导电集料，破碎后全部或部分替代混凝土中的石或砂，与水泥、水以及碳纤维导电相材料相配合，应用于导电混凝土，使混凝土表现出较好的导电性能和力学性能。
[0019]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0020]1)制得的集料具有优良的导电性能，可作为导电相材料替代砂、石均匀分布在混凝土中，也可与其它导电相材料如碳纤维混合掺入混凝土中，形成均匀的导电网络，增强混凝土导电性能。
[0021]2)导电集料的制备过程中，将混合料干压成型后进行烧结，使导电集料的力学性能增强。
[0022]3)作为导电集料组分之一的聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物为有机树脂，具有高强度、高硬度的特点，烧结时能将粘土颗粒连接起来，增强集料强度。同时，在较低掺量下就能形成导电网络，提高集料的导电性能。将制得的导电集料应用于混凝土，混凝土表现出良好的导电性能和力学性能。
[0023]4)导电集料的主要成分为粘土，与价格昂贵的碳纤维、钢纤维等导电材料相比，可大大降低制备导电混凝土的成本。
[0024]5)导电集料可通过调节各组分含量和烧结温度来控制其导电性能。同时可通过对组分含量、烧结温度和干压成型时的压力控制，实现对集料矿物相组成、比例和孔隙率等参数的控制，从而调整导电集料的强度以及配制的导电混凝土的强度。

[0025]为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
[0026]所述的铁粉为市售工业铁粉，纯度≥98% (质量)，平均粒径为0.005~0.01mm,所述的Fe3O4为市售工业广品Fe3O4,所述的聚丙纟布酸酷_本乙纟布共聚物以去尚子水、聚乙火布醇、甲基丙烯酸酯、苯乙烯和过氧化苯甲酰为原料制备而成，聚乙烯醇、甲基丙烯酸酯、苯乙烯和过氧化苯甲酰均为市售化学试剂。
[0027]合成所述聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物的步骤包括:以去离子水、聚乙烯醇、甲基丙烯酸酯、苯乙烯和过氧化苯甲酰为原料，各原料的添加量为，去离子水、聚乙烯醇、甲基丙烯酸酯和苯乙烯的摩尔比为(I~2):1: (I~3):1，过氧化苯甲酰占原料总质量的0.04~
0.07% ;制备过程中，将称量好的去离子水和聚乙烯醇进行混合，将混合液加热至85~90°C搅拌溶解，然后降温至70~75°C;加入甲基丙烯酸酯、苯乙烯单体和过氧化苯甲酰；将所得混合液在75~80°C下聚合6~8h ;趁热抽滤，将得到的聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物用热水洗涤两次后进行真空烘干，烘干后研磨至粒径< 0.15mm的粉体，得聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物。
[0028]实施例1:
[0029]一种用于导电混凝土的高强度导电集料，它由粘土、铁粉、Fe3O4和聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物制备而成，各组分所占质量百分比为:粘土 75%、铁粉3%、Ρθ3049%、聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物13%。
[0030]上述一种用于导电混凝土的高强度导电集料的制备方法，包括以下步骤:
[0031]I)原料预处理:将取自土壤的粘土(普通粘土)烘干至水分含量为3% (质量)，破碎后粉磨至粒径< 0.15mm的粉体；以去离子水、聚乙烯醇、甲基丙烯酸酯、苯乙烯和过氧化苯甲酰为原料合成聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物；
[0032]2)各组分的称量:称取粘土、铁粉、Fe3O4和聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物，各组分所占质量百分比为:粘土 75%、铁粉、聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物13% ；
[0033]3)混料与成型:将称量好的粘土、铁粉、Fe3O4和聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物在锥形混合机中混合均匀，再将混合料加水造粒，并采用干压成型的方法，将粉料压制成高度为
2.5_、直径为4.5mm的柱状还体；
[0034]4)导电集料烧成:将坯体送入还原气氛炉中进行煅烧，匀速升温至750°C，升温速率为7°C /min，保温IOmin ;再匀速升温至1100°C，升温速率为7V /min，保温15min ;在还原气氛下匀速冷却至室温，匀速冷却的速率为7°C /min，冷却后得到用于导电混凝土的导电集料。
[0035]分别以石墨粉和钢渣作为导电相添加到粘土中制备导电集料，与本发明的导电集料的性能进行对比，结果表明本发明的导电集料导电性能好、强度高(见表1)。
[0036]表1不同导电相制备的导电集料的性能对比
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