一种碳纤维水泥基、制作方法和冬季室内制暖装置与流程

本发明涉及碳纤维水泥基的电热性能的应用技术，具体是一种碳纤维水泥基、制作方法和冬季室内制暖装置。

背景技术：

随着人民生活水平的提高，室内环境成为房屋设计时重要考虑因素。而冬季的制暖是必不可少的内容。现流行的制暖方式为热水或蒸汽制暖，该方式需要铺设大量管道，同时需要换热站、补偿器等众多附属结构，工艺上管道开挖对市区交通产生不利影响，管道焊接、试运行等需要大量人力物力。同时这种制暖效果不稳定，建筑物高层居民制暖效果常常不理想，而且制备热水与蒸汽需要燃烧大量化石燃料，对环境造成极大污染。

碳纤维混凝土是近十年新发展出来的材料，碳纤维的加入极大地改善了混凝土的电阻率，实验证明碳纤维可将混凝土的电阻率提高8~11³-8~11⁶倍，使混凝土成为导电性较好的材料。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种碳纤维水泥基、制作方法和冬季室内制暖装置，利用碳纤维水泥基优良的电热性质，可以仅仅通过控制电流就能实现恒温的控制，避免大量使用空调，暖气，可以极大地节约能源。

本发明通过一以下技术方案实现：一种碳纤维水泥基，包括水泥、水、碳纤维、硅粉、分散剂、消泡剂；按质量配比为：水泥1200~1305份、水600~652.5份、碳纤维16.83~20.85份、硅粉197.5~227.5份、分散剂8~11份、消泡剂4~6份。

其进一步是：所述水泥是强度等级为大于或等于42.5的硅酸盐水泥；所述硅粉中sio2含量为96%~99%；所述碳纤维长4~7mm，碳纤维电阻率为10⁷ω•mm²/m。

一种碳纤维水泥基的制作方法，包括以下步骤：

①选取原料，原料按质量配比为：水泥1200~1305份、水600~652.5份、碳纤维16.83~20.85份、硅粉197.5~227.5份、分散剂8~11份、消泡剂4~6份；

②用双氧水溶液氧化碳纤维，氧化时间为4~7min，增强纤维的亲水性与表面积，将碳纤维制作成4~7mm长的短束；

③将碳纤维、水、分散剂、消泡剂放入温度为50~70℃的容器中，放在振动台上振动55~70s，使碳纤维分散开；

④向容器中加入一半的水泥、硅粉，搅拌55~70s；

⑤向容器中加入另一半的水泥、硅粉，搅拌110~150s；

⑥在模具中加入电极，然后将步骤⑤搅拌完成的材料倒入模具中，在养护室中养护25~40d，养护环境为温度28~32℃，湿度96%~99%。

其进一步是：所述步骤④、⑤中的搅拌方法应采用超声波震荡法或球磨法。

所述步骤⑥中，搅拌完成的材料分两层装入模具中，并放在振动台上振动55~70s。

一种冬季室内制暖装置，包括产热层，产热层为碳纤维水泥基；

所述产热层下侧面连接有养护层，养护层下侧面和产热层上侧面均连接有封装层；

所述产热层左右侧面连接有电极，电极连接有导线。

其进一步是：所述产热层、养护层和上、下侧的封装层上预留有相对的连接孔，连接孔直径为14~7mm，连接孔相互之间的距离为250mm；连接孔中套装有塑料套筒；预应力螺栓穿过塑料套筒，并通过螺母紧固产热层、养护层、封装层；在预应力螺栓的螺帽端和螺母端均设有金属垫片。

所述导线中连接有温控开关，温控开关置于室内；当室内温度大于设定温度时，温控开关断开电路；当室内温度小于设定温度时，温控开关闭合电路。

所述养护层为透水性混凝土；透水性混凝土的空隙率为15～25%，透水性为200-280~340升/m2/min，抗压强度不小于20mpa，抗折强度不低于2mpa；

透水性混凝土包括水、胶凝材料、细骨料、粗骨料，按质量配比为：水90~119份、胶凝材料280~340份、细骨料600~670份、粗骨料600~670份；

养护层的制作方法是：

①将胶凝材料、细骨料、粗骨料放入容器中混合搅拌55~70s；

②将水放入步骤①中的容器中混合搅拌55~70s；

③将步骤②得到的混合物料倒入模具养护25~40d。

所述封装层包括环氧树脂、粉煤灰、水泥、固化剂和水，按质量配比为：环氧树脂5~7份、粉煤灰1.5~2.5份、水泥8~11份、固化剂13~16份、水9~14份；

封装层的制作方法是：

①将粉煤灰、水泥放入容器中混合搅拌55~70s；

②将固化剂、环氧树脂和水放入步骤①中的容器中混合搅拌55~70s；

③将步骤②得到的混合物料倒入模具养护25~40d。

和现有技术相比，本发明具有如下优点：

1，产热层减少了碳纤维的用量，增加了硅粉的用量，在增加材料导电性的同时降低了价格；碳纤维水泥基材保证了电阻率，但不作为承重层使用；

2，产热层用封装层隔开，具有很好的耐热性、耐碱性和绝缘性等，安全性高；

3，冬季室内制暖装置敷设地板下面，犹如电热毯对房屋进行加热；由于采用辐射采暖的方法，制热效果好，舒适度高且不需要加热太高温度即可得到温暖的环境，节省能源；

4，相对传统的空调、暖气制热，本发明不需要燃烧天然气、煤等化石燃料，对环境影响小；

5，通过调节连接电路的电压大小即可对温度进行控制，操作简单；

6，所需附属设备少，仅需采用电压转换头将电极连接家庭线路和温控开关即可。

附图说明

图1是本发明实施例二碳纤维水泥基的制作方法的流程图；

图2是本发明实施例三冬季室内制暖装置立体结构示意图；

图3是本发明实施例三冬季室内制暖装置中预应力螺栓处的截面图；

图4是本发明实施例三冬季室内制暖装置制备工艺示意图；

图5是本发明实施例四冬季室内制暖装置通电电压与复合材料电阻示意图；

图中：1一封装层，2一导线，3一电极，4一养护层，5一产热层，6预应力螺栓，7一螺母，8一金属垫片，9—产热层，8~11一塑料套筒，11—温控开关。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，现结合附图对本发明作进一步说明。

实施例一

一种碳纤维水泥基，包括水泥、水、碳纤维、硅粉、分散剂、消泡剂；按质量配比为：水泥1200份、水652.5份、碳纤维20.85份、硅粉227.5份、分散剂8~份、消泡剂4份。

优选的：水泥是强度等级为42.5的硅酸盐水泥；硅粉中sio2含量为99%；碳纤维长7mm，碳纤维电阻率为10⁷ω•mm²/m。

实施例二

一种碳纤维水泥基，包括水泥、水、碳纤维、硅粉、分散剂、消泡剂；按质量配比为：水泥1305份、水600份、碳纤维16.83份、硅粉197.5份、分散剂11份、消泡剂6份。

优选的：水泥是强度等级为46的硅酸盐水泥；硅粉中sio2含量为99%；碳纤维长4，碳纤维电阻率为10⁷ω•mm²/m。

实施例三

一种碳纤维水泥基，包括水泥、水、碳纤维、硅粉、分散剂、消泡剂；按质量配比为：水泥1250份、水625份、碳纤维18.5份、硅粉210.5份、分散剂9份、消泡剂5份。

优选的：水泥是强度等级为45的硅酸盐水泥；硅粉中sio2含量为98%；碳纤维长6mm，碳纤维电阻率为10⁷ω•mm²/m。

实施例四

结合图1所示，一种用于实施例一至实施例三中任一碳纤维水泥基的制作方法，包括以下步骤：

选取原料；

②用双氧水溶液氧化碳纤维，氧化时间为7min，增强纤维的亲水性与表面积，将碳纤维制作成预定长度的短束；

③将碳纤维、水、分散剂、消泡剂放入温度为50℃的容器中，放在振动台上振动70s，使碳纤维分散开；

④向容器中加入一半的水泥、硅粉，采用超声波震荡法或球磨法搅拌70s；

⑤向容器中加入另一半的水泥、硅粉，采用超声波震荡法或球磨法搅拌110s；

⑥在模具中加入电极，然后将步骤⑤搅拌完成的材料分两层装入模具中，每一层装入之后都放在振动台上振动70s；

然后，在养护室中养护40d，养护环境为温度32℃，湿度96%。

实施例五

结合图1所示，一种用于实施例一至实施例三中任一碳纤维水泥基的制作方法，包括以下步骤：

选取原料；

②用双氧水溶液氧化碳纤维，氧化时间为4min，增强纤维的亲水性与表面积，将碳纤维制作成预定长度长的短束；

③将碳纤维、水、分散剂、消泡剂放入温度为50℃的容器中，放在振动台上振动70s，使碳纤维分散开；

④向容器中加入一半的水泥、硅粉，采用超声波震荡法或球磨法搅拌55s；

⑤向容器中加入另一半的水泥、硅粉，采用超声波震荡法或球磨法搅拌150s；

⑥在模具中加入电极，然后将步骤⑤搅拌完成的材料分两层装入模具中，每一层装入之后都放在振动台上振动70s；

然后，在养护室中养护25d，养护环境为温度27℃，湿度99%。

实施例六

结合图2和图3所示，一种使用实施例四或五中碳纤维水泥基的冬季室内制暖装置，

包括产热层9，产热层9即为碳纤维水泥基；产热层9下侧面连接有养护层4，养护层4下侧面和产热层9上侧面均连接有封装层1。

产热层9、养护层4和上、下侧的封装层1上预留有相对的连接孔，连接孔直径为14~7mm，连接孔相互之间的距离为250mm；连接孔中套装有塑料套筒8~11；预应力螺栓6穿过塑料套筒8~11，并通过螺母7紧固产热层9、养护层4、封装层1；在预应力螺栓6的螺帽端和螺母7端均设有金属垫片8。

产热层9左右侧面连接有电极3，电极3连接有导线2。导线2中连接有温控开关11，温控开关11置于室内；当室内温度大于设定温度时，温控开关11断开电路；当室内温度小于设定温度时，温控开关11闭合电路。

优选的：养护层4为透水性混凝土；透水性混凝土的空隙率为15～25%，透水性为200-280~340升/m2/min，抗压强度不小于20mpa，抗折强度不低于2mpa；

透水性混凝土包括水、胶凝材料、细骨料、粗骨料，按质量配比为：水90~119份、胶凝材料280~340份、细骨料600~670份、粗骨料600~670份；

养护层4的制作方法是：

①将胶凝材料、细骨料、粗骨料放入容器中混合搅拌55~70s；

②将水放入步骤①中的容器中混合搅拌55~70s；

将步骤②得到的混合物料倒入模具养护25~40d。

优选的：封装层1包括环氧树脂、粉煤灰、水泥、固化剂和水，按质量配比为：环氧树脂5~7份、粉煤灰1.5~2.5份、水泥8~11份、固化剂13~16份、水9~14份；

封装层1的制作方法是：

①将粉煤灰、水泥放入容器中混合搅拌55~70s；

②将固化剂、环氧树脂和水放入步骤①中的容器中混合搅拌55~70s；

③将步骤②得到的混合物料倒入模具养护25~40d。

实施例七

结合图4所示，一种实施例三中冬季室内制暖装置的制作方法。

步骤一，准备产热层，养护层，封装层所需原材料

步骤二，制作相应的模具

步骤三，分别配制搅拌各层所需原材料

步骤四，将搅拌后的原材料倒入相应的模具养护成型

步骤五，将养护层放置于产热层底部，用封装层将两者封装起来

步骤六，插入预应力螺栓，施加预应力，并将导线与电极连接起来，导线连接温控开关；

冬季室内制暖装置制作完成；

如图5所示，为制作完成后的冬季室内制暖装置通电电压与复合材料（产热层）电阻示意图。