超低温环境下导电混凝土除冰及其冻融循环性能研究

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发布时间：2021-09-07

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超低温环境下导电混凝土除冰及其冻融循环性能研究
赵若红，钱兴，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，510006)
摘要：选用钢纤维和石墨作为导电混凝土导电相材料，通过室内常温条件下升温试验测试比较各配方的导
电性能，选取导电性能优良的试块，验证其在超低温-32℃ 条件下的融雪除冰性能。试验结果表明，质量比例2％钢
纤维加1．5％石墨所制备的导电混凝土试件融冰效果最好。该试件经历五次超低温冻融循环仍保持良好的除冰性
能。能够长期用于超低温除冰。
关键词：导电混凝土；除冰性能；超低温环境
Abstract： e steel fiber and graphite are used as conductive paste materials to pi'oduee the conductive concrete．
The conductivity of conductive concrete with diferent mix proportion was tested under the condition of the indoor temperature
by the elevated temperature test，and the snowmeh deicing performance of the specimens with better conductivity
were tested at an ultra—low temperature of一32oC．The results show that山e conductivity concrete specimen with 2％ steel
fiber and 1．5％ graphite has great snowmeh deicing perform ance，and after five deicing experiments，the specimen Can still
keep good deicing performance，SO it Can be used on long—term deicing at low temperature．
Key words：Conductive concrete；Deicing perform ance；Ultra-low temperature environment
中图分类号：TU375．4 文献标识码：A 文章编号：1000—4637(2013)12—41—03
0 前言
自2003年美国内布拉斯加州道路管理局设计
完成了世界上首座导电混凝土融雪除冰的Roca
Spur大桥后it]．Christopher Y．Tuan教授等人用5年
时间，基于该州条件进行了研究和观测团，成果受到
世界各国关注。此后多个国家开始了相关研究[31。国
内导电混凝土方面的研究起步较晚，唐祖全教授等
人以碳纤维作为导电相材料做了大量的研究工作
嗍
．大连理工大学[31、武汉理工大学[6-7]以钢纤维石墨
作为导电相材料进行了试验研究。但目前的试验多
局限于常温或普通低温环境，尚未见对极端超低温
环境的系统试验。作为应用型材料，导电混凝土必
须能够在超低温环境下多次冻融循环融雪除冰且
不出现明显的融冰效应下降。我国幅员辽阔。南北
约跨49。，距离约5500km，黑龙江部分地区冬季平
均气温低至一30℃。因此，在我国应用的导电混凝土
必须能够满足极寒条件下的工作性能。
本文在大量室内升温试验的基础上，完成了导
电混凝土试件在一32℃超低温环境下的融冰试验，对
基金项目：国家自然科学基金项目(51308138)；广东省科技
计划国际合作项目(2010805010018)；教育部高等学校博士
点专项科研基金(20124410120004)；广东高校优秀青年创新
人才培养计划(LYM1 1099)。
不同配比混凝土的除冰性能进行了比较。同时进行
了导电混凝土板的多次冻融循环试验。
1 试件制备
1．1 原材料
水泥为P·O 42．5级，容重3000kg／m。，3d抗压强
度30．6MPa，初凝时间135min。砂为中砂，平均粒径
0．25～0．5mm，占总质量50％砂的粒径≤0．25mm。石
为级配良好的12型碎石，粒径10～20mm。减水剂为
T120型超塑剂，减水率≥14％，氯离子含量≤
0．03％。石墨的粒径4～lOIxm，含碳量90％～99．9％。钢
纤维的长度为(30~1)mm，等效直径0．8mm，抗拉强
度600MPa。
1．2 试件制备
制作了18个配比的试件。其中钢纤维组分5
组，石墨组分5组，钢纤维石墨混合组分13组。图1
为所制试件的平面和立面尺寸。采用40cmx30cmx
5cm浇筑模板，上下两层为普通混凝土，中间为导电
混凝土层。采用C40混凝土，按国家标准设计配合
比。质量比例为水泥：砂：石子：水：减水剂=1．00：
1．37：2．73：O．36：0．015。试件制备流程见图2，分三层
铺装，上下两层为lcm厚普通混凝土，中间为3cm
厚导电层混凝土。三层中间均埋设了 1@l0钢丝电
极网，通过铜导线电极接出两端。