低电压下钢纤维石墨导电混凝土升温性能研究.pdf
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1、2 0 1 3年第 6期 6月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C0NCRETE AND CEMENT PRODUC I 2 01 3 No 6 J u n e 低 电压下钢纤维石墨导电混凝土升温性能研究 钱 兴 , 赵若红 , 傅 继 阳 ( 广州大学广东高校结构安全与健康监测工程技术研究中心; 广州市结构安全与健康监测重点实验室, 5 1 0 0 0 6 ) 摘要 : 在 混凝土 中掺加钢 纤维和石 墨制备道路桥 梁融雪除冰 用导 电混凝 土, 并在 3 6 V人体安全 电压作用下 进行升 温实验 , 得 出不 同配合 比导 电混凝 土升温性能 曲线 , 通过对 比分析发现
2、混合掺加钢 纤维和石 墨材 料比单独 使 用 一 种 材 料 的 升 温 性 能要 好 , 其 中掺 加 质 量 分 数 为 2 钢 纤 维 加 1 6 7 石 墨 的 导 电 混凝 土 升 温性 能 最优 , 且 抗 压 强度 满足 设 计 要 求 。 关键词 : 导电混凝 土; 安全 电压 ; 融雪除冰 ; 钢纤维 ; 石墨 Ab s t r a c t : A t y p e o f c o n d u c t i v e c o n c r e t e c o n t a i n i n g s t e e l fi b e r a n d g r a p h i t e i s d
3、e v e l o p e d f o r h e a t i n g a n d d e i c i n g F o r t h e p u r p o s e o f o b s e r v i n g t h e h e a t i n g p e r f o r ma n c e of t h e c o n d u c t i v e c o n c r e t e ,a n h e a t i n g e x p e r i me n t i s c o n d u c t e d a t 3 6 V w h i c h i s a n s a f e v o l t a g e
4、f o r h u ma n b o d y T h e r e s u l t s o f e x p e r i me n t s h o w t h at the h e ati n g p e r f o rm a n c e o f the c o n c r e t e b o t h a d d i n g s t e e l fi b e r a n d gra p h i t e i s b e t t e r t h a n t h a t o f t h e c o n c r e t e o n l y c o n t a i n i n g s t e e l fi
5、b e r o r g r a p h i t e An d t h e c o n d u c r i v e c o n c r e t e c o n t a i n i n g 2 s t e e l fib e r a n d 1 6 7 g r a p h i t e h a s the b e s t h e a t i n g p e rf o r ma n c e a n d the c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f t h e c o n c r e t e s a t i s fi e s t h e d e s i g n
6、 r e q u i r e me n t s a s we l 1 Ke y wo r d s : Co n d u c t i v e c o n c r e t e ;Hu ma n s afe t y v o l t a g e ; He a t i n g a n d d e i c i n g ; S t e e l fi b e r ; G r a p h i t e 中图分类号 : T M3 4 4 1 文献标识码 : A 文章编 号 : 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 3) 0 6 3 7 0 3 0前 言 我 国北方 地 区冬 季 常常 出现冰 雪 天气 ,
7、 2 0 0 8年 全 国范 围 出现雪 灾 ,仅 京珠 高 速就 出现 了长达 3 6 h 的持续交通堵塞。冰雪灾害对道路 、 桥涵等交通设 施 的安全性和耐久性危害严重。传统的机械除冰工 作效益低 ,撤盐 除冰等化学方法容易造成环境 污 染 更容易造成混凝土材料的氯离子侵害。因此 , 在 不影 响结构 安全 和周边 环境 的基础上急需发展一 种高效的融雪除冰方法。上世纪 7 0年代 已经有人 提 出在混凝土中添加碳纤维 、 钢纤维等导 电材料 以 改善混凝土性能 , 实现 自动融雪 除冰I , 但 现有导 电混凝土融雪除冰试验一般采用的均为高电压。 A P e r e z等人嘲 利 用 2
8、 0 0 V左 右 的 电压进 行 长 期 的融 雪 除 冰 : C h r i s t o p h e r Y T u a n教 授 同 将 导 电 混 凝 土 应 用 到 R o c a S p u r 大桥桥面 , 在 2 0 8 V电压作用下成功实 现了融雪除冰。但高电压融雪除冰系统在使用中难 以保证安全性, 且耗电量巨大。鉴于此 , 本试验拟在 混凝土中添加钢纤维与石墨 , 研发一种在人体安全 的 3 6 V 电压 下 , 施 工 方便 , 强 度 可靠 , 且 升 温性 能 良 好 的融 雪除 冰混凝 土材 料 。 1试 件 的制备 1 1 原 材料 基金项 目: 广东省科技计划
9、国际合作项 目( 2 0 1 0 8 0 5 0 1 0 0 1 8 ) ; 教 育 部 2 0 1 2年 度 高 等 学 校 博 士 学 科 点 专 项 科 研 基 金 ( 2 0 1 2 4 41 0 1 2 0 0 1M ) 。 水 泥 : P C 3 2 5级 ,容重 3 1 0 0 k g m 。 ,初 凝 时 间 4 5 mi n , 碱含 量 0 6 。 砂 : 中砂 , 平 均 粒 径 O 2 5 0 5 mm, O 2 5 m m 粒 径砂 占 5 0 。 石 : 1 0 2 0 m m级 配 良好 的碎石 。 减水 剂 : T 1 2 0 , 密度 ( 1 0 9 - s
10、O 0 3 ) k g m , 减水 率 1 4 , 浅棕色微粘液体 ; 固含量 ( 2 2 + 2 ) ; 氯离子含 量 0 0 3 。 石 墨 :导 电性 良好 的高纯石 墨粉 ,粒径 4 l O Ix m 含碳量 9 O 9 9 9 。 含水率 0 5 。 钢纤 维 :导 电性 良好 的 C s 0 4 0 8 3 2型 钢纤 维 , 长 ( 4 0 + 1 ) m m, 宽 ( 4 0 1 ) m m, 抗 拉强度 6 0 0 MP a 。 1 2 配合 比设计 面层 以 C 4 0混凝土配合 比设计方法确定 , 具体 配 合 比为水 泥 : 砂 : 石 子 : 水 : 减 水 剂=
11、1 0 0 : 1 3 7 : 2 7 3 : 0 3 6 : 0 0 1 5 。 在面层混凝土配合比基础上, 以一 定质量比掺人钢纤维和石墨作为导电材料 , 钢纤维 掺加 比例为 1 5 , 石墨掺加比例分别为 0 5 6、 0 9 3 、 1 3 0 和 2 0 4。 1 3 混凝 土制 备设 备与 工艺 采 用 4 0 c mx 3 0 c mx 5 c m 混 凝 土板 模拟 融 雪 除 冰 路面。 力学性能测试采用 1 5 0 mm x 1 5 0 mr n x 1 5 0 m m立 方体试块 , 混凝土搅拌使用 H J w一 6 0型单 卧轴强制 式搅拌机 , 使用振捣棒振捣 ,
12、试件使用振动台振实 。 采用 H B Y 一 4 0 B养 护 箱进 行 养护 ,立方 体 试件 抗压 一 3 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3年第 6期 混凝 土与水 泥制 品 总 第 2 0 6期 强度测 试使 用 Y E 一 1 0 0 0 E型万 能试 验机 。考 虑到 导 电混 凝 土 内含 水率 对 试件 导 电性 能 的影 响很 大 , 导 电试验试件在养护箱标准养护 2 8 d后 , 置于室内再 常温养护一个月 , 总计养护时间 6 0 d 。 混 凝 土分 三层 铺装 , 上下 各铺 一 层 l e m厚 普通 混凝 土面 层
13、 中间层铺 3 e m 厚导 电混凝 土 。上 下两 层与中间层铺设 1 1 0钢丝网作为电极 , 并在电极 网两端连接导线 。导电混凝土浇筑成型流程为模板 上油一底层混凝土浇筑一振动捣实 一铺设下层 电 极 网 浇 导 电混 凝 土一 振 动捣 实一 铺设 上层 电极 网一 浇 面 层 混 凝 土一 铺 平 一 振 动捣 实 一 镘 平一 覆 盖养护一 性 能试验 。 导 电混 凝土试 件 立面及 平 面如 图 1 所示 。 2升温 性能试 验及 结 果分析 2 1 升 温试验 方 案 对 6 0 d龄期 的各 组 试 件 加 3 6 V低 电压 测 量 升 温性 能 , 试 验 电路 如
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- 电压 纤维 石墨 导电 混凝土 升温 性能 研究
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