曲瑞雪 李靚潔 彭月飛
(1. 四川金和新型建材有限公司, 綿陽(yáng) 621600;2. 重慶市綦江區(qū)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)委員會(huì), 重慶 401420; 3. 三棵樹(shù)涂料股份有限公司, 莆田 351100)
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(gè)變化平緩的低電阻區(qū)域[1-2]。降阻劑可分為無(wú)機(jī)固體降阻劑和有機(jī)液體降阻劑兩大類種,其中無(wú)機(jī)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(chǎng)地受局限的困難,節(jié)省金屬材料,具有長(zhǎng)效性、穩(wěn)定性和高防腐性等特點(diǎn)[5][6]。由于石墨基降阻劑綠色環(huán)保,制作流程簡(jiǎn)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(cè)不同摻量和不同粒徑石墨對(duì)降阻劑的性能的影響,并驗(yàn)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。
采用的主要原材料及生產(chǎn)廠家見(jiàn)表1。
表1 實(shí)驗(yàn)材料及生產(chǎn)廠家
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(yàn)試品槽成型,標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28天。將養(yǎng)護(hù)完畢的降阻劑試品105℃烘至恒重,測(cè)定其表觀密度、抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度。
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(cè)得其電阻率、強(qiáng)度和密度如圖1 和圖2。
表2 降阻劑配比
圖1 滲濾閾值測(cè)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(shí))降阻劑的電阻率急速下降,當(dāng)石墨摻量為4%~12%時(shí),電阻率的降幅減緩;過(guò)a 點(diǎn)(石墨摻量為12%)后,降阻劑的電阻率又開(kāi)始加速下降直至b 點(diǎn)(石墨摻量為14%),從a 點(diǎn)到b 點(diǎn)電阻率降幅為58.8%,說(shuō)明石墨基導(dǎo)電砂漿的滲濾閾值是12%~14%。在閾值最低點(diǎn)b 點(diǎn),降阻劑的電阻率為0.88Ω·m。
圖2 石墨摻量對(duì)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(qiáng)度下降。當(dāng)石墨摻量小于6%時(shí),降阻劑的強(qiáng)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(duì)降阻劑的強(qiáng)度影響趨于穩(wěn)定。其原因是一方面石墨具有較強(qiáng)的潤(rùn)滑性,摻量增大,層間接觸面積增大,摩擦阻力減小,降阻劑強(qiáng)度減弱;另一方面石墨與水泥材料在膠凝過(guò)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(guò)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(shí)也阻礙了水泥與沙石骨料的膠結(jié),導(dǎo)致降阻劑強(qiáng)度下降。
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(hào)08 制備降阻劑。經(jīng)測(cè)試,石墨粒徑對(duì)降阻劑的電阻率、抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度的影響如圖3。
圖3 石墨粒徑對(duì)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(qiáng)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(xì)小鱗片結(jié)構(gòu)對(duì)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(qiáng)度和抗折強(qiáng)度隨粒徑的減少而降低。對(duì)于LG 97-mix 石墨,因?yàn)榫哂辛己玫牧郊?jí)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(qiáng)度相對(duì)較高,電阻率卻更低。
以綿陽(yáng)江油沙石粘土為侵蝕源,其pH 值為7.9。選編號(hào)08 的石墨基導(dǎo)電細(xì)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(shí)間為60 天。分別測(cè)試降阻劑埋入前、取出時(shí)和取出干燥后的重量、電阻率及強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)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(duì)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(dá)11%。實(shí)驗(yàn)說(shuō)明土壤水分對(duì)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(guò)程中,降阻劑的強(qiáng)度基本沒(méi)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(duì)穩(wěn)定,具有了長(zhǎng)效性的特征。
(1)降阻劑的電阻率及強(qiáng)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(qiáng)度降低,未經(jīng)過(guò)精細(xì)篩選的LG97-mix 石墨表現(xiàn)更優(yōu)。
(2)長(zhǎng)效石墨基導(dǎo)電混凝土接地降阻劑(配方編號(hào)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。