長效石墨基導(dǎo)電混凝土接地降阻劑的制備與性能

曲瑞雪 李靚潔 彭月飛

（1. 四川金和新型建材有限公司， 綿陽 621600；2. 重慶市綦江區(qū)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)委員會， 重慶 401420； 3. 三棵樹涂料股份有限公司， 莆田 351100）

0 引言

接地降阻劑用于接地體和土壤之間，不僅能形成大的電流通面，而且可以降低周圍土壤電阻率，在接地體周圍形成一個變化平緩的低電阻區(qū)域[1-2]。降阻劑可分為無機固體降阻劑和有機液體降阻劑兩大類種，其中無機固體降阻劑中比較常用的是導(dǎo)電水泥基材料降阻劑[3]。

降阻劑適用于電力、電信、建筑、石油、化工等行業(yè)中的電氣接地裝置中[4]，可用水平接地體代替難于施工的垂直接地體，解決施工場地受局限的困難，節(jié)省金屬材料，具有長效性、穩(wěn)定性和高防腐性等特點[5][6]。由于石墨基降阻劑綠色環(huán)保，制作流程簡單，原料廣泛，施工性好，易被大量推廣使用[7][8]。

本文采用片狀石墨制備降阻劑，檢測不同摻量和不同粒徑石墨對降阻劑的性能的影響，并驗證降阻劑的微表面結(jié)構(gòu)及土壤侵蝕耐受性，為石墨基降阻劑的工程應(yīng)用提供借鑒。

1 實驗原料與方法

1.1 實驗原料

采用的主要原材料及生產(chǎn)廠家見表1。

表1 實驗材料及生產(chǎn)廠家

1.2 降阻劑的制備及測試

按照相應(yīng)配方，依次將砂石、石墨和水泥倒入攪拌鍋中，先干拌1min，然后加水?dāng)嚢?min成均勻漿料，漿料的稀稠度控制在7左右，灌入抗壓抗折模具和電氣性能試驗試品槽成型，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護28天。將養(yǎng)護完畢的降阻劑試品105℃烘至恒重，測定其表觀密度、抗壓強度和抗折強度。

2 實驗結(jié)果與分析

2.1 石墨摻量對降阻劑性能的影響

選LG97-mix 石墨作為導(dǎo)電基元，按照表2 制備石墨摻量為0%～20%的降阻劑，測得其電阻率、強度和密度如圖1 和圖2。

表2 降阻劑配比

圖1 滲濾閾值測試

圖1 表明，隨著石墨摻量的增加，降阻劑的電阻率隨之下降。由于有導(dǎo)電相石墨的摻入，起始階段（石墨摻量＜4%時）降阻劑的電阻率急速下降，當(dāng)石墨摻量為4%～12%時，電阻率的降幅減緩；過a 點（石墨摻量為12%）后，降阻劑的電阻率又開始加速下降直至b 點（石墨摻量為14%），從a 點到b 點電阻率降幅為58.8%，說明石墨基導(dǎo)電砂漿的滲濾閾值是12%～14%。在閾值最低點b 點，降阻劑的電阻率為0.88Ω·m。

圖2 石墨摻量對降阻劑性能的影響

圖2 表明，隨著石墨摻量的增加，降阻劑的密度降低，降阻劑的抗壓和抗折強度下降。當(dāng)石墨摻量小于6%時，降阻劑的強度隨著石墨摻量的增加急速下降，石墨摻量大于6%后，降幅減緩，石墨對降阻劑的強度影響趨于穩(wěn)定。其原因是一方面石墨具有較強的潤滑性，摻量增大，層間接觸面積增大，摩擦阻力減小，降阻劑強度減弱；另一方面石墨與水泥材料在膠凝過程中產(chǎn)生的界面結(jié)合力較小，且隨著石墨摻量的增大，降阻劑拌和過程中所需水份含量增加，水灰比增大，妨礙了水泥的正常水化，同時也阻礙了水泥與沙石骨料的膠結(jié)，導(dǎo)致降阻劑強度下降。

2.2 石墨粒徑對降阻劑性能的影響

選LG97-400、LG97-600、LG97-800、LG97-1000 和LG97-mix 五種不同粒徑的石墨，按照編號08 制備降阻劑。經(jīng)測試，石墨粒徑對降阻劑的電阻率、抗壓強度和抗折強度的影響如圖3。

圖3 石墨粒徑對降阻劑性能的影響

圖3 表明，隨著石墨粒徑的減小，降阻劑的強度和電阻率也隨之降低。一方面石墨粒徑越小，相同質(zhì)量下石墨鱗片相互接觸的概率越大，能夠更多的形成石墨片層導(dǎo)電通路；另一方面，較多的細小鱗片結(jié)構(gòu)對水泥膠凝材料和骨料膠結(jié)的阻礙程度加重，使得降阻劑的抗壓強度和抗折強度隨粒徑的減少而降低。對于LG 97-mix 石墨，因為具有良好的粒徑級配，又能很好的分散在體系中形成連續(xù)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)通路，所以配制的降阻劑強度相對較高，電阻率卻更低。

2.3 土壤侵蝕對降阻劑性能的影響

以綿陽江油沙石粘土為侵蝕源，其pH 值為7.9。選編號08 的石墨基導(dǎo)電細石混凝土接地降阻劑試樣埋入土壤中，埋入深度為1m，埋入時間為60 天。分別測試降阻劑埋入前、取出時和取出干燥后的重量、電阻率及強度。實驗結(jié)果如表3。

表3 土壤侵蝕前后降阻劑的性能變化

從表3 可以得出，土壤侵蝕對降阻劑的電阻率影響較大。降阻劑與土壤充分接觸并吸收水分，平均重量增加了5.4%，電阻率下降，降幅達11%。實驗說明土壤水分對降阻劑的電阻率影響很大，隨著水分的增加，降阻劑內(nèi)部自由導(dǎo)電離子數(shù)量大幅增加，使其導(dǎo)電性能提高。降阻劑在取出干燥后由于水分的蒸發(fā)，自由導(dǎo)電離子大幅減少至埋入前水平，其電阻率升高到0.87Ω·m，而在土壤侵蝕過程中，降阻劑的強度基本沒變，穩(wěn)定在5.80 MPa。降阻劑在土壤侵蝕前后力學(xué)和電學(xué)性能相對穩(wěn)定，具有了長效性的特征。

3 結(jié)論

（1）降阻劑的電阻率及強度隨著導(dǎo)電基元石墨的增加而降低，其電阻率的濾閾值在12%～14%之間；隨著石墨粒徑的減小，降阻劑的電阻率和強度降低，未經(jīng)過精細篩選的LG97-mix 石墨表現(xiàn)更優(yōu)。

（2）長效石墨基導(dǎo)電混凝土接地降阻劑（配方編號08）被土壤侵蝕60 天，經(jīng)充分吸收水分后，重量增加了5.4%，電阻率降低了11%至0.78Ω·m。