一种负载改性琼脂凝胶的导电多孔轻骨料及制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于导电混凝土领域的一种功能性建筑材料，具体涉及一种负载改性琼脂 凝胶的导电多孔轻骨料的制备方法与应用。
【背景技术】
[0002] 混凝土因其优良的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量 的导电组分，可大大改善其导电性，制备导电混凝土。导电混凝土既有结构材料的特点，又 具有导电性和机敏特性，使得混凝土不仅可以作为结构材料，而且在电工、电磁干扰屏蔽、 工业防静电、电加热器、电力设备接地工程，以及重大土木基础设施的内部应力和健康状况 自诊断和监测等方面具有重要作用。此外，导电混凝土制品在对钢混结构的电化学阴极防 护技术中也有重要的应用价值。在阴极保护系统中，外部阳极砂浆的电学性能对最终保护 效果至关重要，低水平的电阻率以及均匀分布的导电增强相是良好保护效果发挥的重要前 提。
[0003] 为了提高导电混凝土的导电性能，近年来，一些学者开展了高性能导电混凝土的 研究工作。目前被用于制备导电混凝土的导电组分主要包括石墨、钢纤维及钢肩、碳纤维 等。颗粒状或粉末状的石墨粉、碳粉、焦碳及钢肩等导电材料，其长径比小，当掺量较小时， 导电材料难以相互接触，不能形成良好的导电网络，故其导电性能较差；当掺量较大时，一 方面由于碳黑、焦碳等自身强度较低，另一方面由于导电材料的吸水性，将加大混凝土拌和 时的需水量（水灰比），使混凝土的强度大幅降低，难以满足土木工程对力学性能的需要。 碳纤维虽然在较低掺量时即可形成导电网络，但由于纤维搭接的接触面较小，因此电导率 低，需加大纤维掺量才能改善其导电性能；而过高的纤维含量将使纤维在搅拌时结团成束， 难以分散，在成型时易引入大量的气泡，使混凝土强度降低。由于直径较粗，钢纤维在掺量 较低时难以形成相互搭接的导电网络，导电性能差；纤维掺量高时，混凝土工作性较差，很 难采用常规方法施工。因此，目前研究的导电混凝土难以较好满足导电性的要求。此外，由 于石墨、碳纤维等导电组分材料价格昂贵，导电混凝土的造价普遍较高，远远高于普通混凝 土的报价。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是克服上述现有技术中的不足，提供一种具备低电阻率并可应用于 导电混凝土的负载改性琼脂凝胶的导电多孔轻骨料的制备方法。本发明所述的导电骨料， 骨料本身作为导电增强相，分布均匀且成本低廉，并能方便地施工，在保证导电混凝土具备 满足要求的力学性能的同时，提高其导电性。
[0005] 为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
[0006] -种负载改性琼脂凝胶的导电多孔轻骨料的制备方法，包括如下步骤：
[0007] (1)制备改性琼脂水溶液：将琼脂粉先加入水中，加热直至琼脂完全溶解后，加入 无机盐类电解质，保持溶液温度在90°C以上并持续搅拌30s以上，制得改性琼脂水溶液；
[0008] (2)将多孔陶粒浸没于改性琼脂水溶液中，保持温度90°C以上持续搅拌5mins以 上；捞出经上述浸渍处理的陶粒，快速风冷待琼脂凝固为凝胶状，剥离其表面多余琼脂凝 胶，即得到负载改性琼脂的导电多孔轻骨料。
[0009] 所述无机盐类电解质为NaOH和似勵2的混合液或其他强碱性电解质如Ca(0H)2或 K0H电解质。
[0010] 所述改性琼脂水溶液中各原料所占重量份数为：水100份、NaN026_6. 5份、 NaOHO. 5-0. 6份、琼脂粉3~3. 5份。
[0011] 所述的多孔陶粒为市售多孔陶粒，具体性质要求为：表观密度不高于1. 19g/cm3， 吸水率6. 48%以上，平均粒径不低于3. 26mm且筒压强度不低于4MPa的粘土质多孔陶粒。[0012] 所述的琼脂，为市售琼脂粉，参数分别为：所用琼脂粉分子式为（C12Hls03)n，凝胶强 度（Celstrength)>1300g/cm2,相对分子质量为150. 09g/mol。注：市售琼脂粉均为天然植 物经一定工艺后提取出的琼脂多糖粉剂，由于原材料植物及制备加工工艺区别，不同产区 琼脂多糖粉剂可能在分子式等方面性质稍有差异，但并不影响本发明的正常使用。本发明 所应用的琼脂多糖原料粉剂也并不止于所枚举的该种原料。
[0013] 所述亚硝酸钠为市售分析纯固体亚硝酸钠粉末，所述亚硝酸钠（NaN02)相对分子 质量为69g/mol，纯度彡90. 0%，符合GB/T633-1994标准的试剂。
[0014] 所述的氢氧化钠为市售分析纯固体氢氧化钠颗粒，相对分子质量为40g/mol，纯度 为彡96. 0%，符合GB/T629-1997标准的试剂。
[0015] 上述方法制备的负载改性琼脂凝胶的导电多孔轻骨料在导电或防静电的水泥基 材料中应用。具体是将水泥、多孔轻骨料与水搅拌均匀，即形成水泥基材料，其中：水泥与多 孔轻骨料的质量比为1:0. 7~2,水与水泥质量比为0. 4~0. 6:1。
[0016] 在上述应用过程中，还可以加入普通水泥砂浆中普遍使用的外加剂、掺合料，用以 改善水泥砂浆的工作性能与物理力学性能。外加剂、掺合料的加入量与普通水泥砂浆制备 中的加入量相同。
[0017] 将本发明的负载改性琼脂凝胶的导电多孔轻骨料应用于钢筋混凝土结构当中，可 以改善混凝土的导电性能，同时降低混凝土容重。将本发明所述导电多孔轻骨料应用在导 电砂浆中，能显著降低砂浆的电阻率，通过均匀复合导电骨料相的方式获得较好的改善导 电性能的效果。同时，由于该导电多孔轻骨料容重低，还能有效降低砂浆的容重，一定程度 上减少混凝土结构的负担。相比于其它用于制备导电混凝土的掺合料或者复合纤维，多孔 陶粒复合改性琼脂轻质导电骨料具有价格低廉，制备工艺简易的特点。
[0018] 本发明的负载改性琼脂凝胶的导电多孔轻骨料是根据导电混凝土的要求进行设 计与制备，具体优点如下：
[0019] (1)本发明的负载改性琼脂凝胶的导电多孔轻骨料具备良好的导电性能，所制得 的改性琼脂凝胶电导率范围在：58~72mS/cm(即为复合导电轻骨料的导电增强相）。经模 拟实验测试，所制备的复合导电骨料电阻率在1Q?m以下（空隙率80%以下情况适用）。 在相同水灰比条件下，采用本发明所述工艺制备的导电多孔轻骨料替代机制砂，可以明显 降低电阻率，砂浆各龄期电阻率数值见图2。试验证明，所制得的复合砂浆电阻率28d龄期 不高于25Q 相比未复合改性琼脂以及采用标准砂制备的电阻率，改性琼脂复合陶粒的 砂浆28d电阻率获得了较为明显的降低。相比于碳纤维复合导电砂浆，陶粒复合改性琼脂 轻质导电骨料作为导电增强相分布更为均匀。本发明的多孔陶粒复合改性琼脂轻质导电骨 料可以很好解决在导电混凝土构筑物中电流分布不均的问题。