导电混凝土技术的发展与现状综述

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1、“全国特种混凝土技术及工程应用”学术交流会暨2008年混凝土质量专业委员会年会2008年9月陕西·西安导电混凝土技术的发展与现状综述周永祥，冷发光，何更新，纪宪坤(中国建筑科学研究院北京100013)摘要：本文综述了导电混凝士技术的基本特点，介绍了该技术的由来与发展、目前的技术状况等。引述国内外相关文献，介绍了不同种类的导电混凝土的配制技术与工程应用状况，并论述了导电混凝土的测试方法及其对测试结果的影响。关键词：导电混凝土；电阻率；强度；石墨；碳纤维1概述普通混凝土无论是处于潮湿或干燥状态，都不具有良好的导电性能(普通混凝士在干

2、燥状态下的电阻率在104～107Q·m：潮湿状态下达到101～104Q—m，而金属导体电阻率一般在10“Q·rtl量级)。若要改善其导电性能，则需要加入某种导电介质，制成导电混凝士(ElectricallyConductiveConcrete，ECC)。视其用途，导电混凝土的电阻率可以在10．3102Q·m之间。表1材料的体积电阻率及其功能{1】体积电阻率(Q·L"lrl)功能107-10’o半导体材料104107防静电、除静电材料102．104导电材料10t．102电阻体、电极材料10-2_100高导电性材料、电磁屏蔽材料导电

3、混凝土因具有导电性能，且又不失混凝土的几乎一切技术和性能上的优势而在众多领域有着巨大的潜在应用前景。目前，导电混凝十有着广泛的应用领域：它既可以替代金属，起到屏蔽无线电干扰、防御电磁波的作用：又能用作电工材料，如接地装置、建筑物的避雷设备、断路器的合闸电阻、消除静电装置、金属阴极保护系统等：还可以利用导电产生的热效应进行环境加热、建筑采暖以及道路和机场的融冰化雪：同时，还可以利用它的力．电相关特性制成一种机敏智能材料，可用于混凝士结构的非破损检查评估，也可用于高速公路的自动监控、运动车辆的重量称量。大型结构(如核电站设施、大坝)

4、的微裂纹监测等。2导电混凝土的由来与发展20世纪30—40年代，人们开始研制导电混凝土，前苏联、德国、加拿大、美国、英国等国探索了混凝土导电性能的可能性。50年代末，前苏联比较全面地掌握了这一时期导电混凝土的性能、结构特点和制造工艺，主要是以水玻璃和水泥作为基材的导电混凝士。在钠质水玻璃中掺入适当比例的炭黑、矿渣和石英砂，可获得电阻率为10～一10。Q·I"11、抗压强度超过30MPa的导电混凝士。20世纪70年代，美国、加拿大以及北欧国家为了解决公路和桥面在除冰过程中因使用除冰盐而造成的混凝土严重腐蚀的问题，在采用阴极保护措施

5、的过程中，引出了导电混凝土的研究和应用。我国在80年代也开始了对导电混凝土的研究¨J。Kojima等人[31采用层压法将6张碳纤维纸压入水泥浆中，制备了3mm厚、电阻率达到O．7Q·cm的导电材料，该材料具有良好的电磁屏蔽作用，但是原材料昂贵，也不适用于承受荷载。20世纪90年代以来，导电混凝土的研究和应用进一步深入。Banthia等人【41研究了碳纤维．钢纤维增强水泥基材料的导电性。导电纤维的体积分数为l‰5％，28d龄期的导电混凝土的电阻率31．9～78Q·cm。长期以来，导电混凝士的导电性能的获得常常以牺牲它的强度为代价。

6、为了解决这个问题，加拿大国家研究院的Xie和Beaudoin等人【5116]基金项目：中国建筑科学研究院青年科研基金项目“导电混凝十关键技术研究”(411-0415005．3)。科技部社会公益专项资金项目“混凝±耐久性标准化试验及评价方法研究”(2005DlB5J225)．周永祥等：导电混凝十技术综述利用碳纤维在混凝土中形成一个均匀分布的导电网络，成功实现了混凝土的高导电性且不降低材料的力学性能。但是碳纤维的成本太高，他们进一步研究了冶金焦炭粉(屑)如何用于配制导电混凝土，结果发现这种材料经济适用、导电性和力学性能(抗压强度达到

7、25MPa)都较好。他们将导电混凝土置于两层普通混凝土之间形成夹芯板，尝试用于停车场的除冰融雪。Xie等人刚6】【7】在总结前人成果的基础上将导电混凝土分为两类：1)导电纤维增强混凝土；2)含有导电骨料的混凝土。前者强度较高，电阻率较高(约为100Q·era)：后者具有较低的电阻率(1汕30Q·cm)，但抗压强度相列较低(一般小于25Ⅷa)。强度低的原因是为了补偿导电骨料(如炭黑、焦炭)的吸水性而加入了大量的才(。Xie等人的美国专利【71提出的导电混凝十复合材料具有较低的电阻率(O．46Q·cm)和较高的抗压强度(大子30MP

8、a)。但该种导电混凝土未见用于实际工程中。KellyBaldwinl8}给出的导电混凝±的性能见下表。表2导电混凝土的性能电阻率1—40Q．cm抗压强度兰30MPa抗弯强度5～15MPa密度1450～1850kg／m3MeCormack的美国专利(专利号：534