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建筑功能材料导电混凝土专业：无机非金属材料工程日期： 2012年5月6日目录1导电混过凝土的定义 (1)1.1普通混凝土的导电性 (1)1.2导电混凝土的定义 (1)2导电混过凝土的发展历程 (1)3导电混过凝土的分类 (1)3.1分类 (1)3.2主要导电介质及其特点 (2)4导电混过凝土的导电机理 (4)4.1隧道效应导电机制 (4)4.2水泥石导电机制 (4)5导电混过凝土的性能 (5)5.1强度 (5)5.2导电性 (5)5.3电阻率的稳定性 (5)6导电混过凝土的应用 (5)7展望 (6)导电混凝土1导电混过凝土的定义1.1普通混凝土的导电性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（普通混凝土在干燥状态下的电阻率104-109Ω·m；在潮湿状态下达到101-104Ω·m；而金属导体电阻率一般在10 -7量级）。
在混凝土中掺加一定量的导电介质，可以使混凝土的导电性大大改善，从而使其成为具有较好导电性的导电体。
1.2导电混凝土的定义导电混凝土（Electrically Conductive Concrete，ECC）是指由胶凝材料、导电相、介电骨料和水等组分,按照一定配比混合凝结而成的多相复合材料，是由导电相部分或全部取代混凝土中的普通骨料配制而成，具有规定的导电性能和一定力学性能的混凝土。
2导电混过凝土的发展历程二十世纪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、英国等国探索混凝土导电的可能性。
五十年代末，前苏联掌握了以水玻璃和水泥作为基材的导电混凝土工艺。
二十世纪七十年代，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的过程中，引出了导电混凝土的研究和应用。
二十世纪90年代以来导电混凝土的研究和应用获得了长足的进步。
我国在八十年代也开始了对导电混凝土的研究，目前也取得了较大进展。
混凝土的未来发展方向与前景展望一、引言混凝土是一种被广泛应用于建筑、基础设施和工程领域的材料，其具有优异的力学性能和耐久性。
然而，随着社会发展和科技进步，人们对混凝土的要求也日益提高，因此探索混凝土的未来发展方向和展望其前景显得尤为重要。
二、混凝土的未来发展方向1. 绿色环保方向随着人们对环境保护的关注度提高，绿色环保成为混凝土发展的重要方向。
未来，混凝土的生产过程将更加注重减少能源消耗和碳排放。
采用新型的水泥替代材料，如粉煤灰、矿渣等，可以降低混凝土生产对天然资源的依赖，减少环境压力。
2. 高性能方向未来混凝土的发展将更加注重其力学性能和耐久性的提升。
新型的混凝土配方和材料可以实现更高的抗压强度、抗拉强度和耐久性，进而提高建筑物的安全性和使用寿命。
例如，添加纳米材料可以提高混凝土的力学性能和抗裂能力。
3. 智能化方向随着物联网和智能化技术的快速发展，未来的混凝土将趋于智能化。
传感器技术可以嵌入混凝土中，实时监测混凝土的状态和性能，提供准确的数据用于维护和修复。
此外，智能混凝土还可以实现自我修复，通过微生物或化学物质修复裂缝，延长混凝土的使用寿命。
三、混凝土的前景展望1. 基础设施建设混凝土作为一种重要的基础设施建筑材料，将在未来继续发挥重要作用。
随着城市化进程的加快，基础设施建设需求巨大，包括道路、桥梁、港口、机场等。
混凝土的优异性能使其成为这些项目的理想选择，其广泛应用将为基础设施建设提供可靠且高效的解决方案。
2. 可持续建筑未来，可持续建筑将成为建筑行业的主要发展方向，混凝土在此领域具有巨大的潜力。
新型的混凝土材料和技术可以实现能源节约、环境友好和经济效益的统一。
通过采用混凝土建造节能建筑和绿色建筑，可以减少对非可再生资源的消耗，降低碳排放，实现可持续发展。
3. 创新应用混凝土作为一种多功能材料，未来将在更广泛的领域得到应用。
例如，混凝土可以用于太阳能集热器的建造，通过光热转换实现能源供应；混凝土也可以用于制造抗震墙体，提高建筑的抗震性能。
2023年导电材料行业市场分析现状导电材料是指能够在电流通路中传导电荷的材料，具有良好的导电性能。
导电材料广泛应用于电子、通信、航空航天、能源等领域，是现代科技发展的重要基础材料之一。
以下是对导电材料行业市场的分析现状。
1. 行业规模和发展趋势：导电材料行业在全球范围内呈现出持续增长的趋势。
根据市场调研数据，2019年全球导电材料市场规模约为300亿美元，并预计到2025年将增长至500亿美元。
这主要是由于科技进步和工业发展的推动，以及对高性能导电材料的需求不断增加。
2. 主要应用领域：导电材料广泛应用于电子设备、通信设备、航空航天等领域。
在电子领域中，导电材料被应用于半导体、显示器、电子元器件等设备中，以提供优良的导电性能。
在通信设备领域，导电材料被用于制造电缆、连接器等。
在航空航天领域，导电材料被应用于导航系统、飞机零部件等。
3. 主要产品类型：导电材料主要分为金属导电材料和聚合物导电材料两类。
金属导电材料包括铜、银、铝等，具有较高的导电性能和稳定性，但相对较贵，适用于高端应用。
聚合物导电材料包括导电塑料、导电橡胶等，具有良好的加工性能和低成本，适用于大规模制造。
4. 市场竞争格局：目前导电材料市场主要由几家大型企业垄断，其中包括美国Dupont、德国Covestro、日本东丽等。
这些企业在技术研发、生产规模和市场拓展等方面具有较大的优势。
同时，一些新兴企业也在不断涌现，通过技术创新和差异化竞争来争夺市场份额。
5. 技术创新和发展趋势：随着科技的不断进步，导电材料行业也在不断创新发展。
其中，新型导电材料的研发是一个热点领域，如导电纳米材料、柔性导电材料等。
这些材料具有较高的导电性能和可塑性，能够适应新型电子设备和柔性电子产品的需求。
此外，可持续发展和环保要求也推动了导电材料行业向绿色环保方向发展，如研发可降解的导电材料等。
总体而言，导电材料行业市场持续增长，主要受到电子、通信、航空航天等领域需求的推动。
国内导电混凝土研究现状摘要：本文综述了国内导电混凝土研究的由来与进展，分析了该技术的导电机理，并着重介绍了石墨、碳纤维、钢纤维及钢渣等常用导电组分材料，以及复合导电介质的研究，总结了导电混凝土技术的发展前景。
关键词：导电混凝土；电阻率；导电材料；石墨；碳纤维1研究背景在中国，公路、城市道路、港口码头和机场等大量修建了水泥混凝土路面。
在寒冷的冬季，当水泥混凝土路面因降雪而积雪结冰时，给道路畅通和行车安全带来了严重的影响，甚至造成道路和机场关闭，给客货运输带来不便，也给建设单位造成巨大的经济损失。
目前，我国主要通过撒盐(NaCl，CaCl2)来融雪化冰。
这一方法具有材料来源广泛、价格便宜、化冰雪效果好等特点，因而得到了普遍应用。
但是，撤盐法也给混凝土路面结构和环境带来了许多负面效应，主要表现为钢筋钢纤维锈蚀、路面剥蚀破坏和环境污染等问题[1]。
因使用除冰盐，已造成道路、桥梁的严重破坏。
为此，我国在80年代开始了对导电混凝土的研究。
导电混凝土是在普通混凝土中添加一定含量的导电组分材料制成具有一定导电性能和力学性能的混凝土。
普通混凝土的电阻率一般在106~109Ω·cm范围内，既不属于绝缘体，也不属于良导体。
在混凝土中添加一定含量的导电组分，可使其导电性大大改善，从而成为具有良好导电性能的导电体。
2导电混凝土的导电机理导电混凝土是指由胶凝材料、导电组分材料和水等按一定配合比组成的多相复合材料，是在普通混凝土中掺入适量导电组分材料而形成的一种水泥基功能复合材料。
导电混凝土的导电一方面是由分散在基体中的导电组分材料形成网络，并通过隧道效应连通网络间的绝缘而传导；另一方面通过水泥石传导。
对于前者，如碳纤维、石墨粉及钢纤维等为电子（或空穴）导电，电流通过彼此搭接或接触形成的导电网络进行传导；同时，导电颗粒或纤维分散在水泥基体中，受绝缘的水泥基体阻隔，形成势垒。
当间隔距离减小，使水泥基体形成的势垒足够小，或电子和空穴从外界获得足够的能量时，就会跃过势垒，从一个导电体到达另一个导电体，从而实现导电。
导电混凝土研究现状李文刚(大庆石油学院)刘乐平(中国华北冶金建设公司天津分公司)导电混凝土是一种新型的混凝土,其基本原理是导电材料部分或全部取代混凝土中的普通骨料,它是具有符合规定的电性能和一定的力学性能的特种混凝土。
导电混凝土具备热和电的感知和转换能力,这就使得它不仅能作为一种建筑承载材料使用,而且还将在电工、电子、电磁干扰屏蔽、防静电、电加热器、钢筋阴极保护、建筑地面采暖、路面除冰融雪等方面发挥重要作用。
因此关于导电混凝土的研究受到越来越广泛的关注。
1 导电相骨料导电混凝土的导电相骨料应具有必需的导电性、足够的机械强度和温度稳定性。
同时应能在组分局部过热时具有抗氧化作用,它不应与胶凝材料发生化学反应,导电相与胶凝材料的线膨胀系数值应相近,导电相的导电性对温度的依赖性应最小。
所以,并非所有电阻率低的导电材料均适宜作导电相材料。
试验表明,在众多的导电材料中,碳质骨料最适宜作为导电混凝土的骨料,现在研究最多的也就是碳纤维导电混凝土和石墨导电混凝土。
导电材料可取代部分骨料掺入或作为单独组分直接掺入。
根据导电相骨料在混凝土中取代的成分不同,导电相骨料常分为导电相细骨料和导电相粗骨料。
2 电极设计在导电混凝土的应用中,主要的测量和测控参数是材料的电阻值,电极是联系被测试样和测试仪表的桥梁。
因此电极电阻率的大小、与被测试样及外导线接触良好与否及在使用中的耐久性等,都直接关系到测试结果的精确度和真实性,所以电极设计就显得尤为重要。
一般地,测试电阻值主要是由试件电阻、电极电阻、电极与试件间的接触电阻以及电极与外引导线间的接触电阻四部分组成。
可以使用的电阻按其形状分有:布状电阻(如石墨布),片状电阻(如铜片),线状电阻(如铜丝);按其与混凝土的连接方式可分为:外粘式和预埋式。
研究证明,表面涂导电胶,上压贴铜导线和石墨布,然后固化所得到的电极测试电阻值是最小的,且结果变动系数也不大,同时也不破坏试件的完整性。
3 导电混凝土的主要性能指标(1)强度。
混凝土发展的六大趋势
1. 绿色可持续发展：混凝土行业越来越关注环境和可持续性问题。
通过使用环境友好的材料、减少碳排放和废弃材料的使用，混凝土产业努力减少对环境的影响。
2. 创新技术的应用：随着科技的发展，混凝土产业也在不断引入新的技术和工艺。
例如，使用高性能混凝土材料、自修复混凝土和3D打印技术等，可以提高混凝土的强度、耐久性和施工效率。
3. 城市化和基础设施建设：随着城市人口的增加和城市化进程的加快，对基础设施建设的需求也在增加。
混凝土在建筑、桥梁、道路和其他基础设施项目中广泛应用，因此混凝土行业将受益于城市化和基础设施建设的趋势。
4. 数字化和自动化：数字化和自动化技术在混凝土生产和施工中的应用也越来越重要。
使用计算机辅助设计（CAD）、建模（BIM）和机器人技术等，可以提高混凝土生产和施工的效率、精度和安全性。
5. 高性能混凝土的需求增加：随着对建筑品质和耐久性要求的提高，对高性能混凝土的需求也在增加。
高性能混凝土可以提供更高的强度、抗裂能力和耐久性，因此在高层建筑、大跨度结构和特殊工程中得到广泛应用。
6. 智能建筑和智能城市发展：随着智能建筑和智能城市的发展，对混凝土的需
求也在改变。
混凝土可以与传感器、智能化系统和可再生能源等结合，从而实现更高级别的功能，如能源管理、环境监测和智能交通等。
—52— 2014年10期I A N Z H U K E X U E建筑科学 J 导电混凝土的研究现状及进展韩晓泽 戴冠东（重庆交通大学 重庆 400074）摘要：综舍国内外文献分析了导电混凝土的导电机理，介绍了石墨、碳纤维、钢纤维及钢屑等常用导电组分材料及其导电混凝土的性能、导电混凝土电性能的影响因素，介绍了导电混凝土在室内采暖、变电站接地网和电热除冰化雪中的应用，指出了目前导电混凝土研究和应用方面存在的不足。
关键词：混凝土；导电性；电热1 引言混凝土因其优良的物理力学性能在土木工程领域得到了广泛应用，是目前使用量最大的一种建筑材料。
普通混凝土的电阻率高，属电的不良导体。
在普通混凝土中添加一定含量的导电组分材料，可使其导电性大大改善。
本文综合国内外文献分析了导电混凝土的导电机理，介绍了常用导电组分材料及其导电混凝土的性能、导电混凝土电性能的影响因素、基于混凝土导电性的机敏性研究和导电混凝土的工程应用研究，指出了目前导电混凝土研究和应用方面存在的问题。
2 导电混凝土的导电机理导电混凝土是指由胶凝材料、导电组分材料和水等按一定配合比组成的多相复合材料，是在普通混凝土中掺入适量导电组分材料而形成的一种水泥基功能复合材料。
其中导电组分作为分散相，导电性能好；混凝土或水泥作为基体相，导电性能差。
导电混凝土的导电一方面是由分散在基体中的导电组分材料形成网络，并通过隧道效应连通网络问的绝缘而传导，另一方面通过水泥石传导。
3 常用导电组分材料及其导电混凝土的性能目前常用于制作导电混凝土的导电组分主要有石墨粉、碳纤维、钢纤维及钢屑等，不同组分导电混凝土的力学和导电性能差异较大。
3.1 石墨石墨是一种较易获取的无机材料，它不仅具有良好的导电性、导热性，而且有良好的化学惰性。
研究表明，导电混凝土的电阻率随石墨掺量的改变可在l0-1~106 Ω・cm 范围内变化，但必须在掺量较高时才能使混凝土具有良好的导电性，这将使混凝土的强度大幅度降低。
导电混凝土的研究综述发表时间：2019-04-15T12:54:18.530Z 来源：《防护工程》2018年第36期作者：邓丽思[导读] 导电混凝土的研究现状以及导电混凝土的应用，总结了导电混凝土的发展趋势。
广州大学-淡江大学工程结构灾害与控制联合研究中心广州 510006摘要：本文通过结合国内外学者对导电混凝土的研究，介绍了导电混凝土的概念、特点、常用于制备导电混凝土的导电材料、导电混凝土的研究现状以及导电混凝土的应用，总结了导电混凝土的发展趋势。
关键词：导电混凝土；导电材料；导电机理；电阻率引言导电混凝土（Electrically conductive concrete，简称ECC）是加拿大国家委员会开发的一项技术专利。
是由胶凝材料和导电材料（如碳纤维、纳米炭黑、钢纤维等）以及水组成的一种多功能的智能混凝土材料。
将导电材料加入到混凝土中能有效地使混凝土的电阻率降低3-4个数量级，使其具有良好的导电性能。
此外，导电混凝土好具有耐久性好、抗弯和抗冲击性能优异和自监测等特点。
因此被应用于融雪除冰、电磁屏蔽、阴极保护和结构健康监测等领域。
1 导电混凝土的导电机理导电混凝土具有较好的导电性能主要依赖于导电材料，当导电材料在混凝土基体中均匀分散，相互搭接时，电子通过导电材料之间进行电流传输。
此外，混凝土基体中存在的离子可以通过自由水进行电流传输。
2 导电材料具有导电性能的导电材料种类众多，如碳系导电材料、金属系导电材料和复合型导电材料等，但并非所有的导电材料都适用于制备导电混凝土。
目前，常用于制备导电混凝土的导电材料有碳纤维、石墨粉、纳米炭黑、钢纤维等。
2.1 碳纤维碳纤维属于碳系导电材料，是一种具有高强度、高模量、密度小，化学性质稳定且良好导电性的新型纤维材料。
在水泥基材料中加入碳纤维制备导电混凝土不仅能有效提高其抗折强度及抗冲击韧性，且使混凝土具有良好的导电性能，因此，碳纤维受到国内外导电混凝土研究者的青睐。
导电混凝土智能建筑材料智能建筑材料是当代建筑领域的一项重要创新技术，它融合了现代科技与建筑设计，为建筑行业带来了许多新的可能性。
导电混凝土作为智能建筑材料的一种，具有独特的导电性能，可以应用于建筑结构的防雷、地热、智能感应等方面。
本文将对导电混凝土智能建筑材料的特点、应用以及未来发展进行探讨。
一、导电混凝土的特点导电混凝土是一种将导电纤维添加到混凝土中的新型建筑材料。
与传统建筑材料相比，导电混凝土具有以下几个特点：1. 高导电性能：导电混凝土中添加的导电纤维能够有效传导电流。
这使得导电混凝土可以作为导电材料，用于建筑结构的防雷和接地系统。
2. 优异的力学性能：导电混凝土不仅具备传统混凝土的力学性能，如抗压、抗拉强度等，同时还具备导电功能。
因此，导电混凝土可以在满足建筑结构要求的同时，实现电流的传导和分配。
3. 可调控的导电性能：通过调整导电纤维的类型和含量，可以实现导电混凝土的导电性能的可调控。
这使得导电混凝土可以根据具体需求进行设计和应用。
二、导电混凝土的应用导电混凝土作为一种智能建筑材料，可以应用于多个领域，为建筑结构带来独特的功能和性能。
1. 防雷系统：导电混凝土具有良好的导电性能，可以用于建筑物的防雷系统。
在建筑物的结构中使用导电混凝土，可以有效地吸收和分散雷电冲击，保护建筑结构不受雷击。
2. 地热系统：导电混凝土可以应用于地热系统中。
导电混凝土通过传导电流的方式，可以将电能转化为热能，实现地热能的利用和分布。
3. 智能感应：导电混凝土还可以应用于建筑物的智能感应系统。
通过在导电混凝土中嵌入传感器，可以实现建筑结构的智能监测和信息反馈。
除了以上应用，导电混凝土还可以用于地暖系统、冰雪融化、照明等领域，为建筑物提供更加安全、智能和舒适的环境。
三、导电混凝土的未来发展导电混凝土作为新兴的智能建筑材料，未来具有广阔的发展前景。
1. 技术创新：随着科学技术的不断进步，导电混凝土的制备工艺和导电纤维的性能将得到进一步改进和创新。
导电混凝土及其发展趋势*沈 刚 董发勤(西南科技大学 绵阳 621010)摘 要:综合国内外文献,介绍了导电混凝土的导电原理、性能指标和导电相骨料,分析了导电混凝土的相分布,并重点叙述了国内外发展趋势。
关键词:导电混凝土 导电原理 相分布 发展趋势CONDUCTIVE CONC RETE AND IT S DEVELOPMENT TRENDShen Gang Dong Faqin(South west University of Science and Technology M ianyang 621010)Abstract :According to literatures both at home and abroad,the conductive principle,i ndex of performance and conductive aggregates of a cond uctive concrete are in troduced,the phase distribution of the conductive concrete is analyzed,wi th an emphasis on the developi ng trend both at home and abroad.Keywords :conductive concrete conductive principle phase distribution developing trend*国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(编号:2001A A322070)。
第一作者:沈 刚 1978年出生 硕士研究生收稿日期:2003-08-22早在20世纪30年代初,国外就开始研究导电混凝土的性能。
在这一方面,前苏联的研究比较全面,他们把在电力工业中应用的混凝土称为电工混凝土[1]。
他们不仅系统研究了导电混凝土的性能,还制定了相应的电工混凝土标准。
他们把电工混凝土分为三类,即绝缘混凝土、导电混凝土和特种导电混凝土。
目前导电混凝土广泛应用的领域有:屏蔽无线电干扰、防御电磁波、断路器地合闸电阻、接地装置、建筑物的避雷设备、消除静电装置、环境加热、电阻器[2]、建筑采暖地面[3]、金属防腐阴极保护技术[4]、高速公路的自动监控[5]、运动中的重量称量[6]以及道路和机场的冰雪融化等,工程上还可以利用导电混凝土的电阻率变化,对大型结构如核电站设施与大坝的微裂纹进行监测等[7]。
1 导电混凝土的组成特征1 1 混凝土的导电原理普通混凝土的电阻率一般在106~109 m 范围内,处于绝缘体和良导体之间。
水泥与天然石材组成的混凝土完全干燥后,具有极高的电阻率,约为1013 m,因此往往把它归类为绝缘体材料。
然而在潮湿状态下,混凝土中含有一种从水泥中溶出的水溶性导电化合物,这种化合物是一种容许电流通过的电解质,存在于拌合水或被吸收的潮气中,从而使混凝土具有一定的导电性。
在硅酸盐类水泥混凝土中,要获得稳定的导电性主要在于使电能够借助于电解质中离子的运动或金属与半导体中电子的运动而流动,新浇筑混凝土的初始电阻取决于可溶盐的数量、混凝土拌合物温度和水灰比等,水灰比为0 35~0 60的硅酸盐类水泥混凝土,其电阻率为300~600 m [2]。
混凝土混合物自成型捣实至静止状态后,电阻率会发生很大变化。
最显著的特点是最初1h 左右电阻率显著降低,随后逐渐上升,达到一个不能预测的数值,其原因可解释为:电流通过潮湿混凝土要以通过电解方式传导,而在可蒸发水中是以离子方式传导的,总的是由于水泥发生水化反应过程中离子密度发生变化引起的。
普通的新拌混凝土可以说是导电的,但也不完全适用任何一种用途。
因为拌合物硬化时,电阻率便会变大。
鉴于此,配制导电混凝土必须设法使电解质的电路短路。
为此,可以在混凝土中掺入导电材料,使整个混凝土基质中出现相连的导电粒子链,借助电子的运动使之导电。
石墨、金属的电阻率和各种电解质相比是极低的,因而在混凝土拌合物中,掺入石墨或研磨、切削的少量屑粉、球粉或粒状金属适合配制导电混凝土。
1 2 导电相骨料1 2 1 导电相细骨料通常对导电相材料进行必要的加工处理,制成一定形状、粒度和级配的细骨料来取代混凝土中的细骨料。
用作导电相细骨料的导电材料主要有石墨、炭黑和焦炭等,以比表面积来控制细度。
细骨料的理想级配必须通过试验来测得,其掺量由所需的导电性来决定。
石墨是一种可行的导电材料,强度高,但不能制成理想的级配并且电阻率相对较高。
相对而言,焦炭则具有电阻率62 Industrial Construction Vol 34,No 3,2004工业建筑 2004年第34卷第3期小、质量轻、价廉等优点,它虽然有一定的孔隙率和吸水性,但吸水率稳定,且吸水后体积不膨胀,是一种理想的导电相。
唯一不足之处是其自身强度较低。
1 2 2 导电相粗骨料导电材料也通常取代部分粗骨料,取代率一般是由导电材料本身的性能与所需的导电性能决定的。
常用的导电相粗骨料有:钢纤维和铁矿石等。
导电相粗骨料也必须进行必要的加工处理,以获得一定的形状、粒径和级配等。
导电相粗骨料的强度、吸水率和表观密度对混凝土的性能影响较大,试验时必须考虑。
1 3 导电混凝土的主要性能指标导电混凝土要求在满足工程强度的基础上,具有良好的导电性。
其主要的性能指标包括强度、电导率或电阻率以及满足一些特殊性能要求的干缩性、导热性、耐久性等。
导电混凝土是在电场下工作,或是作为输导电流的导电材料,因此,导电性是衡量导电混凝土性能的主要物理参数,它应具有要求的数值,并且在一定的时间、允许荷载和温度范围内保持其稳定性。
衡量导电性的指标一般为电阻率,导电混凝土的电阻率视其用途,一般可变化在10-3~102 m。
导电混凝土的电阻率取决于导电相的电学性能、物理性能以及导电相与胶凝材料的相互作用。
导电混凝土中导电相自身电学性能、颗粒尺寸和形状以及它在混凝土中的分布特征,对整个导电混凝土的综合参数有重大的影响。
导电混凝土力学性能通常以抗压强度来表征。
导电混凝土的抗压强度仍按普通混凝土抗压强度试验方法测得。
影响导电混凝土强度的因素很多,与普通混凝土不同的是,导电相材料本身的机械强度、粒度、形状、级配和掺量对混凝土的强度影响较大。
尤其是碳质导电相材料,由于其自身的强度性能较差,它在混凝土中所占的体积分数对导电混凝土的强度起决定性作用。
对于导电混凝土来说,在满足强度和电阻率的同时,其施工性能以及硬化后混凝土的耐久性也必须考虑。
对一些特殊的使用环境,有必要考虑导电混凝土的干缩性和导热性等性能指标。
2 导电混凝土的相分布与性能指标普通混凝土的电阻率高,无法直接通电发热。
制备导电混凝土的技术措施是通过在普通水泥混凝土中添加一定含量的导电组分来改善其导电性能。
研究表明,导电混凝土及导电高分子复合材料存在电导渗流现象[8,9]。
在导电组分材料(导电相)与绝缘基体材料(基体相)进行复合时,当导电相的体积含量小于某一临界值时,复合材料的电阻率随导电相体积含量的增加而缓慢减小;当导电相的体积分数达到临界值时,复合材料的电阻率急剧减小,电阻率的减小达几个甚至十个数量级以上;当导电材料的体积含量超过临界值后,随掺量的进一步增加,复合材料电阻率的减小又趋于平缓。
导电材料的临界体积分数称为渗滤阀值。
复合材料电导渗流现象的出现与导电材料在基体内形成相互连通的导电网络是相关联的。
当导电材料掺量低时,导电材料均匀地分散在基体材料中,彼此相互隔离而不搭接,对导电的贡献较小,复合材料的电阻率主要由基体材料的电阻率决定;随掺量的增加,导电材料间出现搭接并形成局部的导电网络,电流通过电子或空穴在局部导电网络间并通过隧道效应跃过导电材料间的基体阻隔而传导,其电阻率减小;当导电材料的掺量增大到渗滤阀值时,局部导电网络相互接触从而在基体内形成相互连通的导电通道,复合材料的电阻率急剧减小;在达到渗滤阀值后,继续增加导电材料的掺量,将进一步增加导电通路或增大接触面积,使复合材料的电阻率进一步减小,但减小的幅度大大降低。
因此,要制备具有良好导电性能的混凝土,导电材料的体积掺量应达到足以产生电导渗流的临界含量,即渗滤阀值,且其体积含量不宜超过渗滤阀值过多。
导电材料的形状和尺寸对导电网络的形成具有重要的影响,主要表现为:1)导电纤维比导电粒子更容易形成导电网络;2)纤维越细,直径越小,在相同体积含量时,纤维根数越多,纤维的总长度越大,纤维与纤维之间更易于搭接,从而形成相互连通的导电纤维网络;3)纤维越长,越容易相互搭接。
因此,渗滤阀值与导电相的长径比有关。
对纤维直径小,单丝长度大的纤维,掺入较少的体积含量即会出现电导渗流现象,从而获得良好的导电性能。
3 导电混凝土的发展趋势根据导电混凝土的不同使用性能要求可选择不同导电相材料以及含量。
加拿大的Pye Glendon B.、Myers Robert E.等在研究导电混凝土时[10],用碳质离子作为导电混凝土的导电相,结果使混凝土的电阻率降低到导体的范围内,同时混凝土的28d抗压强度大于30MPa。
韩国的Kang Seok Hwa、Ko Ja Sul、Kim Jae Jun等用碳纤维作为混凝土导电相[11],碳纤维直径为0 05~ 7 5mm,长度为2~40mm。
这种导电混凝土主要被用来作为一般加热、防静电、屏蔽无线电波以及防腐蚀。
中国的王刚在石墨导电混凝土的研究中[12],得出水泥含量在30%~ 80%、石墨5%~40%、骨料5%~50%较为适宜(以上均为质量分数),骨料最好是矿渣、火山灰、碎石、碎陶瓷以及砂子,这种导电混凝土主要被用来建筑物取暖、电磁屏蔽。
俄国的Manchuk R.V.研究导电混凝土[13],他认为导电混凝土可以用来保护电子设备和职员免受电磁损伤。
加拿大的Xie Ping、J.J Beaudom等认为导电混凝土材料同时具有高的力学性能和好的导电性[8,14],并对导电混凝土用于路面融雪化冰的有效性进行了研究。
1999年,美国的Sherif Yehia和Christopher Y Tuan在总结了30余年来采用各种方法(如化学法、地热管法、红外线灯照加热法、电热丝法、热液法等)进行有关路面化冰的研究进展后,提出利用钢纤维钢屑混凝土的导电性,开展了关于桥梁路面除冰的试验研究[15,16]。
1998年英国费莱尔集团研制出具有在很低的电压下快速变热特性的新型导电混凝土[17]。
据费莱尔集团介绍,利用新型导电混凝土建造机场跑道的除冰工作更为简便,目前,一些机场主要利用热水管来清除跑道冰雪,不仅耗费人力,成本也高。
1999年美国研制出 智能混凝土 ,混凝土中加入碳纤维后电阻会随外加应力的变化而成比例改变,科学63导电混凝土及其发展趋势 沈 刚,等家指出,利用这一特性制成的 智能混凝土 具有传感器功能,在道路和桥梁等建筑领域将具有广泛的应用前景。
