導電混凝土研究

彭景元

（廣州大學土木工程學院 廣東廣州 510006）

1 導電混凝土技術

1.1 導電混凝土定義

導電混凝土是由導電性材料部分或全部取代普通混凝土中的骨料，然后和膠凝材料、水、摻合料以一定的比例混合制作而得到的具有一定的導電性能和力學性能的特種混凝土。

根據膠凝材料不同可以將導電混凝土大體分為三種類型：無機類（由導電性無機材料作為主要材料制作而成的導電混凝土）、有機類（由有機導電材料制作的導電混凝土）和復合類（如新型導電性聚合類材料制作的導電混凝土）。

1.2 導電混凝土主要性能指標

導電混凝土的工程性能指標還包括抗壓強度、導電性的好壞以及滿足一些特殊性能要求的耐久性和熱傳導性等。導電性用電阻率來衡量，導電混凝土的電阻率視其用途而異，變化范圍一般為10-3～102Ω·m。混凝土強度影響因素很多，跟普通混凝土相比較，導電相材料本身的機械強度、粒度、形狀、級配和含量對混凝土的強度有較深的影響，尤其是碳質導電相材料，由于其自身的強度性能較差，它在混凝土中所占的體積百分率對導電混凝土的強度起決定性作用。對使用環境有特殊要求時，還需要考慮混凝土的干縮性和導熱性等指標。

2 不同導電混凝土制作手法

導電混凝土可根據其導電相材料不同進行劃分種類，導電相材料一般有如下幾類：碳纖維、石墨、鋼纖維等。通常情況下，碳質導電相材料會對混凝土的強度有較大的影響。制造過程只需要澆筑和成模設備即可，且其用法和常規混凝土基本類似。

2.1 石墨導電混凝土

石墨具有良好的導電性，與一般金屬粉末相比，具有穩定的化學性質，且具有較好的耐酸堿、抗氧化性能。但是，摻量足夠大時才能在混凝土內部形成相互連通的導電網絡，而且石墨導電混凝土需水量也較大，直接導致了混凝土強度的下降。因此，石墨導電混凝土適合應用在對混凝土強度要求不太高的地方，如建筑物的非承重部位。考慮到石墨導電混凝土強度低的弊端，可以采用濕法高壓擠壓成型制作工藝，使得石墨導電混凝土既能具有良好的導電性，又能較好地提高其力學強度。但該方法在制作上需要能提供較大壓力的機械。

周浩、陳隆道等人[1]的研究發現，石墨含量會明顯地影響導電混凝土的電阻率，當石墨含量低于一定值時，電阻率會以較快速度下降。吳少鵬等人[2]用滲流模型來模擬研究石墨導電瀝青混凝土的導電效應，當石墨含量達到滲流閾值后，電阻率會以指數的形式下降，導電混凝土以及導電高分子復合材料都會存在一定的電導滲流現象。

2.2 碳纖維導電混凝土

碳纖維綜合具有碳和纖維的多種優良特性。碳纖維導電混凝土具有廣泛的應用領域，可以充分利用其導電、發熱性能將其應用在多種工程環境中。碳纖維混凝土有著比石墨混凝土更為出色的導電性能，是由于碳纖維密集地分布在混凝土中，更容易在混凝土中形成導電網絡，從而提高其導電能力。唐祖全等人[3]研究發現，水泥漿中加入碳纖維后，滲流閾值會保持在0.85%附近。當混凝土中含有較多的碳纖維時，混凝土會由于不均勻攪拌而出現纖維結團現象，同時在攪拌時不可避免地會引入大量氣泡，從而增加了混凝土的氣孔率，降低混凝土的平整性以及力學強度。因此，制作中通常需要加入一定量的分散劑（如甲基纖維素和消泡劑）。制作時應先用分散劑將碳纖維在水中充分分散，再和水泥、砂石一同進行攪拌。在碳纖維混凝土中加入適量的硅灰能夠部分降低混凝土的電阻率，同時可在一定程度上提高碳纖維的分散性。

在選用較粗的骨料配制用于發熱的導電混凝土時，不宜摻入太多的石子。侯作富等人[4]通過實驗研究發現，當水泥、砂、石子摻量為1：1：2時，碳纖維導電混凝土的綜合性能最佳。

2.3 鋼纖維導電混凝土

鋼纖維最大的特點就是具有較高的抗拉強度，同時又能夠有較好的導電性能。所以，鋼纖維常常作為制作導電混凝土的導電相材料。有學者通過研究發現，混凝土中鋼纖維的電阻率會隨著時間的推移明顯增大，原因是混凝土呈堿性，金屬在其中會銹蝕形成膜，從而加大其電阻率。

魏小勝等人[5]在試驗中采用長度25～45mm、直徑0.5～0.8mm的鋼纖維配制導電混凝土來進行試驗，實驗結果表明，在鋼纖維體積分數達到0.5%之前，鋼纖維導電混凝土的電阻率會隨著含量的增加而明顯下降。所以，導電混凝土不宜單獨采用鋼纖維或是金屬粉末作為導電介質。

3 導電混凝土的發展展望

目前，在世界范圍內，用工業鹽融雪化冰還是最為主要和普遍的除雪方法。但這種方法局限性太多。①施撒工業鹽需要工人無論在多么極端的天氣下去人工撒鹽融化冰雪；②工業鹽對路面以及其他的混凝土都會有一定傷害，并且可能對環境造成一定的影響。利用導電混凝土的電熱效應，道路和建筑上的積雪和冰會自動融化，人們生產生活將不會受到冰凍天氣的影響。所以導電混凝土的研究發展會對人們的生產生活具有十分重要的意義。并且，隨著經濟的發展以及材料科學的發展，導電混凝土一定會像普通混凝土那樣變得便宜，一定會在今后的工程中得到廣泛的應用。

[1]周浩，陳隆道.導電混凝土及其應用[J].混凝土與水泥制品，1992（04）：12～13.

[2]吳少鵬，磨煉同，水中和，等.導電瀝青混凝土的制備研究[J].武漢理工大學學報（交通科學與工程版），2002（05）：567～570.

[3]唐祖全，李卓球，錢覺時.碳纖維導電混凝土在路面除冰雪中的應用研究[J].建筑材料學報，2004（02）：215～220.

[4]侯作富，李卓球，唐祖全.融雪化冰用碳纖維混凝土的導電性能研究[J].武漢理工大學學報，2002（08）：32～34.

[5]魏小勝，肖蓮珍，李宗津，等.鋼纖維水泥基材料的導電機理和水化特性[J].混凝土，2006（04）：11～13.