[发明专利]一种石墨碳纤维导电水泥土及其制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨碳纤维导电水泥土的制备方法，利用石墨和碳纤维的导电特性，将其用作水泥土的改性外掺剂，以改善其导电性能。其制备方法包括以下步骤：（1）按照配合比称量外掺剂（石墨5‑10份，碳纤维1‑2份）、水泥（15‑20份）和土样（100份），调配完毕后，倒入搅拌机加水（水灰比1‑2）搅拌5min。（2）搅拌均匀后采用静压法制样，将搅拌后的水泥土压实至模具中；（3）脱模完成后将试样标准养护28d后即可。本发明制备的石墨碳纤维导电水泥土导电性能好，力学性能和电学性能优良，制备成本低，其现场施工方式依托于现有的水泥土搅拌桩施工技术，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及水泥技术领域，具体为一种石墨碳纤维导电水泥土及其制备方法。

背景技术

改革开放以来，我国基础设施建设多集中于经济发达，人口集中的东部沿海沿江地区。这部分地区的地质条件具有显著的地域特色，大部分地区位于软土区。这些软土多具有高含水量、低强度、低渗透性、高压缩性和高灵敏度的特点，给工程建设带来了挑战。作为国内外最常用的软土地基处理方法，水泥土搅拌桩具有施工速度快、施工过程振动小、不排污、不排土、对相邻建筑影响小和经济效益较好的特点，在我国沿海沿江地区的软弱土地基处理中得到了广泛应用。水泥土是利用水泥等材料作为固化剂，通过特制的搅拌机械，就地将软土和固化剂强制搅拌，通过固化剂及软土之间的物理化学作用，形成具有一定强度、整体性和水稳性较好的固化土柱体，从而起到提高地基土强度和增大变形模量的目的。土-水相互作用是在多介质能场（热能场、电能场、磁能场）下进行的，其中电能场是这一多介质能场的核心，土-水系统的工程特性与其电特性密切相关。因此，增强水泥土搅拌桩的导电特性有着巨大的潜在应用潜力：如利用电热效应防止垫层冻胀破坏、通过电阻率测试技术对成墙成桩效果进行无损检测等。

石墨是碳元素的结晶矿物之一，作为颗粒导电材料，具有良好的导电性、化学性质稳定、耐酸碱、抗氧化性好等优点。但是，石墨粉末需要掺加较高产量才能在水泥系材料中形成相互联通的导电网络，且其需水量较大，需要大幅度增加水泥系材料施工拌合时的用水量，进而导致水泥土的强度随石墨粉掺量增加不断降低，因此导致石墨粉往往被用于对水泥系材料强度要求不高的领域。

碳纤维材料为纤维状导电材料，具有良好的力学-电学-热学特性，在水泥系材料中掺入碳纤维，有明显的阻裂效果，增强其力学性能。相较于石墨等导电颗粒，碳纤维的导电性能具有以下特点：（1）相对于导电粒子，更容易形成导电通路；（2）纤维越细，其直径越小，相同体积含量时，纤维根数越多，其总长度越大，越容易相互搭接，从而形成相互联通的导电纤维网络。但是碳纤维在运用中仍存在一定的问题，如价格太高、在水泥系材料中分散不易均匀等，严重阻碍了碳纤维在工程中的推广运用。

因此，有必要对现有技术进行改进，已解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨碳纤维导电水泥土及其制备方法，制备的石墨碳纤维导电水泥土导电性能好、力学性能和电学性能优良，而且制备成本低。具体而言通过以下技术方案实现：

本发明的石墨碳纤维导电水泥土，其原料组分包括软土、硅酸盐水泥、石墨粉、短切碳纤维、水，其采用的水泥掺量即硅酸盐水泥质量与湿土（软土和水混合得到湿土）质量比在15%-20%左右。石墨粉和短切碳纤维材料用作水泥土外掺剂，其掺量即石墨粉和短切碳纤维材料质量与与湿土质量比，分别在1%-2%和5-10%之间。水灰比，即水的用量与硅酸盐水泥用量的重量比值为1.0-2.0。

进一步，所述用土的基本物理性质指标由《公路土工试验规程》（JTG E40-2007）中规定的测试方法确定。

进一步，所述硅酸盐水泥强度等级为C45，硅酸盐水泥采用标号42.5的普通硅酸盐水泥。