长效石墨基导电混凝土接地降阻剂的制备与性能

2020-05-13曲瑞雪李靓洁彭月飞

四川水泥 2020年2期

曲瑞雪李靓洁彭月飞

（1. 四川金和新型建材有限公司，绵阳 621600；2. 重庆市綦江区住房和城乡建设委员会，重庆 401420； 3. 三棵树涂料股份有限公司，莆田 351100）

0 引言

接地降阻剂用于接地体和土壤之间，不仅能形成大的电流通面，而且可以降低周围土壤电阻率，在接地体周围形成一个变化平缓的低电阻区域[1-2]。降阻剂可分为无机固体降阻剂和有机液体降阻剂两大类种，其中无机固体降阻剂中比较常用的是导电水泥基材料降阻剂[3]。

降阻剂适用于电力、电信、建筑、石油、化工等行业中的电气接地装置中[4]，可用水平接地体代替难于施工的垂直接地体，解决施工场地受局限的困难，节省金属材料，具有长效性、稳定性和高防腐性等特点[5][6]。由于石墨基降阻剂绿色环保，制作流程简单，原料广泛，施工性好，易被大量推广使用[7][8]。

本文采用片状石墨制备降阻剂，检测不同掺量和不同粒径石墨对降阻剂的性能的影响，并验证降阻剂的微表面结构及土壤侵蚀耐受性，为石墨基降阻剂的工程应用提供借鉴。

1 实验原料与方法

1.1 实验原料

采用的主要原材料及生产厂家见表1。

表1 实验材料及生产厂家

1.2 降阻剂的制备及测试

按照相应配方，依次将砂石、石墨和水泥倒入搅拌锅中，先干拌1min，然后加水搅拌5min成均匀浆料，浆料的稀稠度控制在7左右，灌入抗压抗折模具和电气性能试验试品槽成型，标准养护28天。将养护完毕的降阻剂试品105℃烘至恒重，测定其表观密度、抗压强度和抗折强度。

2 实验结果与分析

2.1 石墨掺量对降阻剂性能的影响

选LG97-mix 石墨作为导电基元，按照表2 制备石墨掺量为0%～20%的降阻剂，测得其电阻率、强度和密度如图1 和图2。

表2 降阻剂配比

图1 渗滤阈值测试

图1 表明，随着石墨掺量的增加，降阻剂的电阻率随之下降。由于有导电相石墨的掺入，起始阶段（石墨掺量＜4%时）降阻剂的电阻率急速下降，当石墨掺量为4%～12%时，电阻率的降幅减缓；过a 点（石墨掺量为12%）后，降阻剂的电阻率又开始加速下降直至b 点（石墨掺量为14%），从a 点到b 点电阻率降幅为58.8%，说明石墨基导电砂浆的渗滤阈值是12%～14%。在阈值最低点b 点，降阻剂的电阻率为0.88Ω·m。

图2 石墨掺量对降阻剂性能的影响

图2 表明，随着石墨掺量的增加，降阻剂的密度降低，降阻剂的抗压和抗折强度下降。当石墨掺量小于6%时，降阻剂的强度随着石墨掺量的增加急速下降，石墨掺量大于6%后，降幅减缓，石墨对降阻剂的强度影响趋于稳定。其原因是一方面石墨具有较强的润滑性，掺量增大，层间接触面积增大，摩擦阻力减小，降阻剂强度减弱；另一方面石墨与水泥材料在胶凝过程中产生的界面结合力较小，且随着石墨掺量的增大，降阻剂拌和过程中所需水份含量增加，水灰比增大，妨碍了水泥的正常水化，同时也阻碍了水泥与沙石骨料的胶结，导致降阻剂强度下降。

2.2 石墨粒径对降阻剂性能的影响

选LG97-400、LG97-600、LG97-800、LG97-1000 和LG97-mix 五种不同粒径的石墨，按照编号08 制备降阻剂。经测试，石墨粒径对降阻剂的电阻率、抗压强度和抗折强度的影响如图3。

图3 石墨粒径对降阻剂性能的影响

图3 表明，随着石墨粒径的减小，降阻剂的强度和电阻率也随之降低。一方面石墨粒径越小，相同质量下石墨鳞片相互接触的概率越大，能够更多的形成石墨片层导电通路；另一方面，较多的细小鳞片结构对水泥胶凝材料和骨料胶结的阻碍程度加重，使得降阻剂的抗压强度和抗折强度随粒径的减少而降低。对于LG 97-mix 石墨，因为具有良好的粒径级配，又能很好的分散在体系中形成连续导电网络通路，所以配制的降阻剂强度相对较高，电阻率却更低。

2.3 土壤侵蚀对降阻剂性能的影响

以绵阳江油沙石粘土为侵蚀源，其pH 值为7.9。选编号08 的石墨基导电细石混凝土接地降阻剂试样埋入土壤中，埋入深度为1m，埋入时间为60 天。分别测试降阻剂埋入前、取出时和取出干燥后的重量、电阻率及强度。实验结果如表3。

表3 土壤侵蚀前后降阻剂的性能变化

从表3 可以得出，土壤侵蚀对降阻剂的电阻率影响较大。降阻剂与土壤充分接触并吸收水分，平均重量增加了5.4%，电阻率下降，降幅达11%。实验说明土壤水分对降阻剂的电阻率影响很大，随着水分的增加，降阻剂内部自由导电离子数量大幅增加，使其导电性能提高。降阻剂在取出干燥后由于水分的蒸发，自由导电离子大幅减少至埋入前水平，其电阻率升高到0.87Ω·m，而在土壤侵蚀过程中，降阻剂的强度基本没变，稳定在5.80 MPa。降阻剂在土壤侵蚀前后力学和电学性能相对稳定，具有了长效性的特征。