[发明专利]一种可充电、储电、放电的混凝土材料及制备方法

说明书

本发明涉及一种可充电、储电、放电的混凝土材料及制备方法，该混凝土材料包括以下原料组分：水泥、石英砂、石英粉、硅灰、碳纳米材料、钢纤维、减水剂、表面活性剂和水，按重量份数计，水泥的用量为600‑1000份，石英砂用量为660‑1100份，石英粉用量为210‑350份，硅灰用量为150‑251份，碳纳米材料为水泥总用量的0％～0.2％、钢纤维的体积掺量为1.0％～2.0％，减水剂用量为水泥总重量的1.0％～2.0％，表面活性剂用量为碳纳米材料用量的1.0～10.0。本发明通过掺加钢纤维和碳纳米材料，促使混凝土内部形成电容，在通电时，外界电能会储存在电容中，在断电后，储存的电能会自主释放。与现有技术相比，本发明混凝土具有高力学性能、高韧性、高抗渗性，还兼具充电、储存电能和释放电能的能力。

技术领域

本发明属于新型节能建筑材料技术领域，涉及一种可充电、储电、放电的混凝土材料及制备方法。

背景技术

混凝土材料在基础设施中扮演着不可替代的角色。随着人类社会的不断进步和科技水平的蓬勃发展，尤其是随着智慧城市概念的提出，人们对混凝土材料的要求并不仅仅局限于超高力学性能、高抗渗性能和高耐久性，混凝土材料还应兼具结构健康检测、自感知、储存能量等智能功能。

长期以来，人们一直利用化学电池、燃料电池提供可再生能源，但是这些电池会产生汞、镉、铅、锌等重金属有毒物质，还会向环境中排放有毒气体。为此科学家发明各种装置利用太阳能、风能、潮汐能等新型清洁能源，但是为了科学高效的利用这些能源需要配备昂贵的设备和广阔的应用空间，此外，设备的耐久性以及产生的电能可否有效存储仍然是亟需解决的问题。如果可以把这些能源产生的电能储存在力学性能优异且工程造价低廉的混凝土之中，再把储存的电能合理利用转化成其他能量，那么将会引起一种新的能源革命。

科学家已初步将电容器件埋入混凝土中或者往混凝土中注入电解质溶液以赋予混凝土储存电能的能力，但是这种方法不仅会大幅提高混凝土的造价，还会对混凝土的力学性能和耐久性能造成不利影响，降低混凝土结构的服役寿命。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种可充电、储电、放电的混凝土材料及制备方法，以克服现有技术中混凝土的力学性能或耐久性能被破坏等问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的技术方案之一在于提供一种可充电、储电、放电的混凝土材料，包括以下原料组分：水泥、石英砂、石英粉、硅灰、碳纳米材料、钢纤维、减水剂、表面活性剂和水，按重量份数计，水泥的用量为600-1000份，石英砂用量为660-1100份，石英粉用量为210-350份，硅灰用量为150-251份，碳纳米材料为水泥总用量的0％～0.2％、钢纤维的体积掺量为1.0％～2.0％，减水剂用量为水泥总重量的1.0％～2.0％，表面活性剂用量为碳纳米材料用量的1.0～10.0倍。此处，当碳纳米材料加入量为水泥总用量的0％时，即表示此时碳纳米材料不添加，对应的，表面活性剂也不添加。

进一步的，所述水泥为比表面积为398m²/kg的硅酸盐水泥。

进一步的，所述石英砂的粒径范围为0.250mm-0.595mm或0.147mm-0.210mm中的一种或两种。

进一步的，所述石英砂与所述水泥的重量比为1.0～1.2：1。

进一步的，所述硅灰的比表面积为21.36m²/g。

进一步的，所述硅灰与所述水泥的重量比为0.24～0.28:1。

进一步的，水与水泥的重量比为0.21～0.26。

进一步的，所述碳纳米材料为碳纳米管、纳米碳纤维、石墨烯或氧化石墨烯的一种或者几种。

进一步的，所述碳纳米材料的纯度为80％～95％。