本发明属于防雷材料领域，具体涉及一种石墨烯制备的防雷生态环保基础及系统。可以制作电塔、桥梁、铁路、高铁、机场、信号塔、烟囱、高层建筑等设施设备的防雷构件、防雷基础、接地基础等。
背景技术
电力、交通、航空、通讯、建筑等基础设施大多容易遭受雷电灾害。比如电力设施中的电塔、电杆、路灯，交通设施中的桥梁、铁路、特别是高铁，通讯设施中的信号塔、发射塔、天线，建筑设施中的烟囱，这些设施设备多设置在旷野中且高度很高，极易遭受雷击。雷电灾害已经成为中国最严重的自然灾害之一。
基础是指建构筑物地面以下的承重结构，大多由混凝土制成，其作用是承受建构筑物上部结构传下来的荷载，并把它们连同自重一起传给地基。基础可以具有导电性，制成基础接地体，为了提高基础接地体的导电性通常使用大量钢筋和水分来提高导电性。具体施工中，混凝土浇灌前，各钢筋之间必须构成电气连接，主要是作为接地体的桩筋与承台的连接，选定作为引下线和均压环屏蔽网的梁柱筋驳接处必须作牢固的焊接，使之成为可靠的电气通道。其有如下不足，其一是在潮湿多雨的南方，钢筋的锈蚀，水泥浇注时的振动，使钢筋连接处成为不良接触，使应该作为防雷接地系统的各部分钢筋连接体未能形成良好的电气通路，不利于雷电流的泄放；其次，在选作接地装置的桩、梁、柱筋的连接，各接口的过渡电阻值不同，影响了雷电流的平衡分布；其三，因为雷电冲击连接点的可能性是不均匀的，而每次雷电流的冲击结果，已经使建筑物经历了一次局部的灾害，无论是墙柱体爆裂，或者是连接处周边产生的强烈电磁感应，对人体或设备的损害，特别是对电力、交通、通讯、航空等设施和现在所称的“智能大厦”，其危害是显然的。现有的基础无法种植绿化植物，并且往往暴露在环境中，为了协调环境需要用泥上或涂料覆盖，即增加成本又破坏环境。
中国地处温带和亚热带地区，雷暴活动十分频繁，雷电灾害是中国最严重的自然灾害之一，具有发生频次高、突发性强、危害严重、范围广、社会影响大的特点。雷电灾害对中国社会公共安全和人民生命财产安全形成了巨大威胁，做好防雷减灾工作，不仪是安全生产不可缺少的重要环节，也是关注民生所不可缺少的重要方面。
现有防雷技术多采用避雷针引导雷电流泄放，避雷针的接地线为了可靠接地通常采用大量金属构件深埋地下，比如深埋铜板、铜带等构件，金属材料价格高，因此费用高昂，易腐蚀，包括避雷针整体都面临腐蚀的危害，腐蚀后接地电阻增大，使接地性能下降，极易在雷击中损毁，甚至发生事故，不利于长期使用。而且具体施工时需要挖坑、安置金属构件、掩埋金属构件等步骤，施工复杂，且施工时容易导致金属构件电气连接不良，导致接地失败。因此研究一种耐腐蚀、易施工、成本低的防雷新材料具有积极意义。
技术实现要素：
为了解决上述不足，本发明提供一种石墨烯制备的多领域应用的防雷新材料及所用的助剂及制备方法，可以减少金属的用量，减少施工步骤，遇水性能更强，不腐蚀，寿命长成本低。
本发明的另一目的是提供一种石墨烯制备的多领域应用的防雷新材料所用的助剂及制备方法。
本发明的另一目的是提供一种石墨烯制备的防雷生态环保基础及系统，既能美化环境，不破坏生态平衡，又能提高泄放雷电流的能力。
为了实现本发明的发明目的，本发明采用如下的技术方案：
一种石墨烯制备的多领域应用的防雷新材料，按重量份组分为：水泥100～200份，砂90～160份，碎石50～120份、助剂5～30份；
所述助剂为：石墨烯215份、碳纤维10～35份、十二水硫酸铝钾5-20份、氯化铁5-20份、硫酸铝5-20份、二氯二茂锆3-15份。
优选的，所述助剂中还可以含有羟丙基淀粉醚、硫酸锌、海藻酸钠、硫化硒、硫代硫酸钠、藻酸丙二醇酯中的一种或多种。
上述一种石墨烯制备的多领域应用的防雷新材料的制备方法是：
1：制备防雷助剂：按组方配比选取各组分，先将氯化铁、硫酸铝混合均匀，然后加入石墨烯、碳纤维、二氯二茂锆用超声波搅拌5-20min，控制温度20-55℃，该工艺可以减少氯化铁潮解和结块，延长储存时间、减少包装；然后加入其余组分，采用机械搅拌的方式混合均匀即可，该工艺便于混凝上的混合，节约电能提高生产效率。超声波震荡冲击搅拌使碳纤维和混凝上的结合更牢固。
2：制备防雷新材料：按组方配比选取各组分，将防雷助剂和水泥、砂、碎石混合均匀即可。
上述助剂也可以按照上述工艺单独制备、包装，得到产品。
一种石墨烯制备的多领域应用的防雷生态环保基础，采用上述防雷新材料和水制成。
一种石墨烯制备的多领域应用的防雷生态环保基础的制备方法为：首先按照上述防雷新材料的制备工艺制得新材料，加水混合制得混凝土待用；在地上按照横竖交叉挖制沟槽，横竖沟槽的交叉点为节点，在每个节点处打洞，向沟槽中浇筑制备好的混凝土并使混凝土灌入洞中，浇注后在5-25℃的潮湿环境中进行养护1-5天，即得。
优选的沟槽的长度80-800cm，宽度5-20cm，深度10-30cm。
优选的打洞时洞深60-200cm，直径5-20cm。优选的节点间距为20-100cm。
再优选的，上述防雷基础中还可以含有金属构件。
本发明提供的新材料既是固定材料又是接地材料，可以显著降低施工步骤、缩短施工时间，减少占地面积；沟槽交叉形成的网格中种植绿化植物，美化环境的同时，并保持水分，提高新材料泄放雷电流的能力。
二氯二茂锆是无色或淡黄色晶体，在干燥的空气中稳定，其分子式为c10h10cl2zr，cas号：1291-32-3。氯化铁化学式fecl3，为黑棕色结晶，也有薄片状，熔点306℃、沸点315℃，易溶于水并且有强烈的吸水性，能吸收空气里的水分而潮解；其和硫酸铝合用于建筑工业用于制备混凝土，以增强混凝土的强度、抗腐蚀性和防水性。氯化铁、硫酸铝和石墨烯、碳纤维、十二水硫酸铝钾合用于混凝土时能够提高防水性和金属的粘接性能，但凝固时混凝土构件表面粗糙、易磨损、有颗粒风化脱落。二氯二茂锆减弱上述组分造成的表面粗糙和风化脱落，使混凝土构件表面平整光洁、耐磨。混凝土防水性提高可以延长其使用寿命但会减弱导电性能，二氯二茂锆增强混凝土导电性能，并可以调节、弱化上述组分的防水性能，增强混凝土吸附能力，当在混凝土构件表面再次使用水泥涂抹修补美化时粘接紧密，新涂层不易分离剥落。在加水制备混凝土时，碳纤维表面易产生气泡在混凝土中产生空腔影响强度，上述助剂可以避免产生空腔。
石墨烯(graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，具有优异的光学、电学、力学等特性。水泥中加入石墨烯，其弹性模量、力学强度、热稳定性、导电性能均得到明显提高，成为导电材料。但要提高其导电性能需要加入大量的石墨烯，而发明人发现水泥的力学强度却和石墨烯的用量成倒u形关系，即水泥砂浆中石墨烯的添加有利于提高硬化水泥石的力学性能，并在一个恰当的掺量时，水泥石力学性能增强效果达到最高，若继续提升石墨烯掺量，其力学性能反而开始下降。例如：当石墨烯掺量为0.08％时，水泥石的力学性能达到最高，此时，抗折强度为9.75mpa、抗压强度为58.42mpa；石墨烯掺量加大，其抗折抗压强度反而开始降低。石墨烯掺量增至最大0.14％时，硬化水泥石的抗折强度与抗压强度分别低至8.13mpa和45.34mpa。发明人发现，若要提高水泥石的导电性能所需石墨烯用量会明显减低水泥石力学强度，二氯二茂锆的应用可以使水泥石的力学性能适应更大量的石墨烯而不衰减。因此本发明提供的材料具有更优异的力学强度和导电性能。
本发明的有益效果：
1.本发明提供的新材料强度高、导电性好，可以不使用金属，从根源避免锈蚀，无需维护。
2.新材料便于施工，减少施工步骤，容易施工，生产效率高，只要用机械挖槽和打洞即可，利自动化操作，无需布置安装金属。
3.雷电往往伴随暴雨，而本申请的材料遇水导电性能更强。
4.新材料制备过程在常压下进行，并且大多通过搅拌完成，不需昂贵设备，工艺流程简单，生产成本低。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例1
一种石墨烯制备的多领域应用的防雷新材料，按重量份组分为：水泥125份，砂95份，碎石100份、助剂12份；
所述助剂为：石墨烯4份、碳纤维25份、十二水硫酸铝钾6份、氯化铁7份、硫酸铝15份、二氯二茂锆5份。
制备方法是：
1：制备防雷助剂：按组方配比选取各组分，先将氯化铁、硫酸铝混合均匀，然后加入石墨烯、碳纤维、二氯二茂锆用超声波搅拌6min，控制温度2055℃，然后加入其余组分，采用机械搅拌的方式混合均匀即可。
2：制备防雷新材料：按组方配比选取各组分，将防雷助剂和水泥、砂、碎石混合均匀即可。
实施例2
一种石墨烯制备的多领域应用的防雷新材料，按重量份组分为：水泥180份，砂150份，碎石60份、助剂27份；
所述助剂为：石墨烯13份、碳纤维15份、十二水硫酸铝钾18份、氯化铁16份、硫酸铝8份、二氯二茂锆13份。
制备方法是：
1：制备防雷助剂：按组方配比选取各组分，先将氯化铁、硫酸铝混合均匀，然后加入石墨烯、碳纤维、二氯二茂锆用超声波搅拌15min，控制温度25-40℃，然后加入其余组分，采用机械搅拌的方式混合均匀即可。
2：制备防雷新材料：按组方配比选取各组分，将防雷助剂和水泥、砂、碎石混合均匀即可。
实施例3
一种石墨烯制备的多领域应用的防雷新材料，按重量份组分为：水泥150份，砂125份，碎石85份、助剂16份；
所述助剂为：石墨烯9份、碳纤维23份、十二水硫酸铝钾12份、氯化铁11份、硫酸铝13份、二氯二茂锆9份。
制备方法是：
1：制备防雷助剂：按组方配比选取各组分，先将氯化铁、硫酸铝混合均匀，然后加入石墨烯、碳纤维、二氯二茂锆用超声波搅拌12min，控制温度20-55℃，然后加入其余组分，采用机械搅拌的方式混合均匀即可。
2：制备防雷新材料：按组方配比选取各组分，将防雷助剂和水泥、砂、碎石混合均匀即可。
实施例4
一种石墨烯制备的多领域应用的防雷新材料的助剂，按重量份组分为：
石墨烯12份、碳纤维20份、十二水硫酸铝钾10份、氯化铁14份、硫酸铝6份、二氯二茂锆7份、羟丙基淀粉醚10份、硫酸锌9份。
制备方法是：按组方配比选取各组分，先将氯化铁、硫酸铝混合均匀，然后加入石墨烯、碳纤维、二氯二茂锆用超声波搅拌14min，控制温度30-50℃，然后加入其余组分，采用机械搅拌的方式混合均匀即可。
实施例5
一种石墨烯制备的多领域应用的防雷新材料的助剂，按重量份组分为：
石墨烯5份、碳纤维30份、十二水硫酸铝钾8份、氯化铁10份、硫酸铝13份、二氯二茂锆12份、硫化硒10份。
制备方法是：按组方配比选取各组分，先将氯化铁、硫酸铝混合均匀，然后加入石墨烯、碳纤维、二氯二茂锆用超声波搅拌8min，控制温度30-55℃，然后加入其余组分，采用机械搅拌的方式混合均匀即可。
实施例6
一种石墨烯制备的多领域应用的防雷新材料的助剂，按重量份组分为：
石墨烯10份、碳纤维28份、十二水硫酸铝钾16份、氯化铁13份、硫酸铝10份、二氯二茂锆10份、羟丙基淀粉醚15份、藻酸丙二醇酯10份。
制备方法是：按组方配比选取各组分，先将氯化铁、硫酸铝混合均匀，然后加入石墨烯、碳纤维、二氯二茂锆用超声波搅拌9min，控制温度20-35℃，然后加入其余组分，采用机械搅拌的方式混合均匀即可。
实施例7
一种石墨烯制作的具有防雷功能的环保生态基础，采用实施例1防雷新材料、水、植物制成。
制备方法为：首先按照上述防雷新材料的制备工艺制得新材料，加水混合制得混凝土待用；在地上按照横竖交叉挖制沟槽，沟槽的长度120cm，宽度10cm，深度15cm，横竖沟槽的交叉点为节点，在每个节点处打直径6cm、深80cm的洞，节点间距为20cm。向沟槽中浇筑制备好的混凝土并使混凝土灌入洞中，浇注后在20℃的潮湿环境中进行养护3天，即得。
一种石墨烯制作的具有防雷功能的环保生态系统：在沟槽交叉形成的网格中种植丁香、紫荆，美化环境的同时，并保持水分，提高新材料泄放雷电流的能力。
实施例8
一种石墨烯制作的具有防雷功能的环保生态基础，采用实施例2防雷新材料、水、植物制成。
制备方法为：首先按照上述防雷新材料的制备工艺制得新材料，加水混合制得混凝土待用；在地上按照横竖交叉挖制沟槽，沟槽的长度800cm，宽度20cm，深度30cm，横竖沟槽的交叉点为节点，在每个节点处打直径16cm、深200cm的洞，节点间距为80cm。向沟槽中浇筑制备好的混凝土并使混凝土灌入洞中，浇注后在23℃的潮湿环境中进行养护5天，即得。
一种石墨烯制作的具有防雷功能的环保生态系统：在沟槽交叉形成的网格中种植大叶黄杨、月季，美化环境的同时，并保持水分，提高新材料泄放雷电流的能力。
实施例9
一种石墨烯制作的具有防雷功能的环保生态基础，采用实施例3防雷新材料、水、植物制成。
制备方法为：首先按照上述防雷新材料的制备工艺制得新材料，加水混合制得混凝土待用；在地上按照横竖交叉挖制沟槽，沟槽的长度450cm，宽度15cm，深度20cm，横竖沟槽的交叉点为节点，在每个节点处打直径12cm、深150cm的洞，节点间距为60cm。向沟槽中浇筑制备好的混凝土并使混凝土灌入洞中，浇注后在15℃的潮湿环境中进行养护4天，即得。
一种石墨烯制作的具有防雷功能的环保生态系统：在沟槽交叉形成的网格中种植大叶黄杨、紫叶小蘖、月季，美化环境的同时，并保持水分，提高新材料泄放雷电流的能力。
对照试验1：
实验材料：分别选用实施例l-3提供的新材料制成混凝土块，对照组采用不使用本发明提供的防雷助剂的混凝土块，其余材料相同。
分别测量：雨淋：模拟暴雨降雨，降雨量50～99.9毫米。降雨一定时间后，测量混凝土电阻率。7d后抗压强度、7d后抗折强度。
结果如下表：
表1
小时电阻率为对应时间测得的电阻率，从开始喷洒计时。电阻率的单位为ω·m。0小时电阻率为干燥状态的电阻率。
实施例1-3混凝土块表面光洁、无颗粒，摩擦无脱落。
对照试验2；选用实施例4-6提供的防雷助剂，对照例1-3分别选用和实施例4-6相同的组方，制备方法为全部组分加到一起，采用机械搅拌。将实施例和对照例裸露放置，气温10-25℃。
放置10天：实施例无结块；对照例有轻微结块、有返潮。
放置20天：实施例无结块；对照例有结块，有返潮。
放置30天：实施例轻微结块；对照例严重结块、返潮，粘接成团。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。