摘要：本文综述了国内电力系统工程中对接地介子电阻值的要求，通过对掺入导电材料达到混凝土电阻率的变化规律，根据具体设计要求匹配导电材料的添加量，在保证混凝土结构各项性能的情况下，改变电力系统常规施工思路，方便施工且效果良好。
关键词：电力系统；导电混凝土；导电纤维；石墨；钢纤维
Research and Application of a Technology to Reduce the Resistance of Concrete
Li Chengdong, Zhang Hang,Wang Dai, Zeng Tao, Yang Hang
（China State Railway Investment and Construction Group Co., Ltd., Dalian Liaoning 116000）
Abstract：This article summarizes the requirements for ground meson resistance in domestic power system engineering. Change in resistivity of concrete by incorporating conductive materials. According to the specific design requirements, the amount of conductive materials is matched to ensure the performance of the concrete structure. Change the general construction thinking of the power system, which is convenient for construction and has good results.
Key words：Power system; conductive concrete; conductive fiber; graphite; steel fiber
0背景
电力系统中的接地具体是指将各类电气设备的金属部分经由接地线与接地电极进行可靠连接，在多数情况下指的是中性点与大地相连接。通过接地除了可以有效防止人体触电之外，还能确保电力系统的安全运行，给线路及电气设备的绝缘提供了有效保护。
1引言
本文所提相关数据及资料全部来源于某在建项目，该电力项目建设规模200MW/800MWh,项目建成后将成为全球规模最大的全钒液流电池储能电站。本文中所提项目接地装置原设计为深度-3.2m间距≤4m*4m水平裸铜导线（120mm ）+垂直接地体采用铜镀钢（?16埋深6.0m），施工时需对地下接地体区域至筏板底标高（-2.2m）整体进行低电阻土壤换填。对施工进度与工施工难度造成极大困扰。本文主要对以下内容进行研发：通过试验在混凝土中添加如特种导电纤维、碳纤维、钢纤维、石墨粉（不限于以上）等能降低混凝土电阻率的材料，通过设置平行试验组得到添加材料最优比例，在保证混凝土结构各项性能的情况下，将混凝土的电阻率降低达到≤100Ω.m的设计要求。保证所得出结论满足合理性与经济性的要求，为今后解决混凝土电阻率降低难题提供借鉴与参考。
2试验概述
通过在普通混凝土中加入降阻导电纤维材料，如：特种导电纤维、碳纤维、钢纤维、石墨粉（不限于以上）等，达到降低混凝土电阻率的目的以满足设计电阻率≤100Ω·m的要求。
混凝土用导电纤维具有良好的导电性和耐久性，特别是在低湿度下仍具有良好的耐久抗静电性。
钢纤维是指以切断细钢丝法、冷轧带钢剪切、钢锭铣削或钢水快速冷凝法制成长径比（纤维长度与其直径的比值，当纤维截面为非圆形时，采用换算等效截面圆面积的直径）为40～80的纤维。
石墨粉是化学反应很灵敏的物质，用在不同的材料和环境石墨粉电阻值也会不一样。
碳黑，是一种无定形碳。轻、松而极细的黑色粉末，表面积非常大，范围从10~3000m2/g，是含碳物质（煤、天然气、重油、燃料油等）在空气不足的条件下经不完全燃烧或受热分解而得的产物
3试验过程
本试验采用C20混凝土，试验所用水泥为P.O42.5R型普通硅酸盐水泥，选用的河砂，粒径范围为0-5mm，石屑粒径范围为0-5mm。粗骨料最大粒径为25mm，粒径范围为5-25mm；粉煤灰等级为二级；减水剂为HDK-PC羧酸减水剂；混凝土拌合水为城市自来水。
试验设计的混凝土试件为边长为100mm的立方体试件，采用塑料模具成型。搅拌机为强制式搅拌机，如图1所示。搅拌工序和搅拌时间根据可根据试验现场确定，采用振动台振动，振动时间可根据现场浇筑情况确定。在本次试验中，规定搅拌时间为三分钟，振动时间为三十秒。
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图1 强制式搅拌机
搅拌工序:
对于素混凝土，先将石、砂、石屑、水泥以及粉煤灰加入搅拌锅中稍加搅拌，再加入水并搅拌三分钟。
对于掺加碳黑的试件组，碳黑将与石砂等-起加入搅拌锅中，在有特别说明的情况下，碳黑是与水预先混合，并与水同时加入搅拌锅进行搅拌;
对于掺加导电纤维的试件组，将在混凝土搅拌过程中单独加入，此过程尽量做到导电纤维相互分散;
对于掺加石墨的试件组，石墨将与石砂等一同加入搅拌锅中;对于掺有钢纤维的试件组，钢纤维是与水预先混合，在水中搅拌使钢纤维相互分开后，与水一同加入搅拌锅中。
混凝土内置2片铜网作为电极。混凝土试件在实验室标准养护条件下养护28天，电阻测量时保证混凝土表面干燥。
本试验测试方法为:两电极法，测试装置示意图2所示。采用安捷伦U1733C LCR测试仪测量混凝土试件的电阻并计算电阻率。同一组试件数量为3块，测量结果取平均数。
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图2 混凝土试件检测示意
试验混凝土导电相及其掺量见表1。表中PC代表素混凝土(普通混凝土)，CB 代表碳黑，CF代表导电纤维，SF 代表钢纤维，S代表碳黑掺入混凝土之前与水搅拌，再加入水泥、骨料等中一起搅拌。字母前面的数字代表的是碳黑的品种编号，字母后面的数字代表的是掺量。
表1 混凝土导电相及其掺量
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4试验结果与分析
本试验，各导电相掺量下，混凝土抗压强度和试件电阻如表2所示。其中四组素混凝土分别为不同批次浇筑的试件，用作对比同一批试件的相关指标。
表2 混凝土导电相及其掺量、试件电阻、抗压强度
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由表2可看出:按照甲方指定的配合比，C20 普通混凝土28天的电阻率在111.6-133.12Ω·m范围内，强度在24.5- 29.8MPa范围内。在掺碳黑的试件中，发现下列现象:
●1-CB对混凝土电阻率没有降低作用，对抗压强度没有明显影响。
●掺加2-CB的混凝土电阻率没有降低作用，抗压强度显著降低。
●掺加3-CB的混凝土电阻率有所下降，当掺量为2kg/m3时其电阻率在100Ω·m附近波动，抗压强度略有提升。
●对于掺加4-CB的混凝土，掺量为2kg/m2电阻率略有下降，但未降至100Ω·m以下，抗压强度无明显变化，但掺量为10kg/m3 时电阻率明显下降，低至73.42 Ω·m,此时抗压强度略有降低，低至22.5Mpa.掺量为30kgm',混凝土电阻率显著降低，抗压强度显著降低。
掺导电纤维的试件，电阻率有所下降，达到96.32Ω·m,抗压强度明显降低，低至19.9Mpa, 并在试验过程中发生混凝土体积膨胀现象，混凝土体积膨胀约10%。
掺石墨的试件，电阻率没有下降，抗压强度略有降低，并在试验过程中发生泌水现象。
掺钢纤维的试件，电阻率随掺量的提升而降低， 掺量为5kg/m3时，电阻率已经低至93.4Ω·m,掺量变化时，抗压强度无明显变化。
5结论
通过对普通混凝土以及掺有各种导电材料的混凝土的电阻率以及抗压强度对比研究，总结出下列可满足项目要求的建议方案:
1.当钢纤维的掺量仅为5kg/m3时混凝土的电阻率可以降至要求的电阻率100Ω·m之下。随着钢纤维掺量的提高，混凝土电阻率下降效果显著，同时对抗压强度无负面影响。采用钢纤维时，需要采用强制式搅拌机以使纤维分散均匀。(优化方案)
2.当掺加2 kg/m3的3-CB时，混凝土电阻率在100Ω·m附近上下波动，有一定概率超过电阻率的限制，但对抗压强度影响甚微。(较优方案)
3.掺加10 kg/m3的4-CB,电阻率将明显下降，低于要求电阻率，但抗压强度会有一定程度的降低(下降比例在10%-15%之间) ;此时，混凝土的和易性较低，需要额外增加减水剂以满足混凝土的工作度要求。
通过对混凝土中增加导电材料，引起混凝的导电性能提升，电阻率大幅降低，达到了设计100Ω以下的要求，结果很理想。本项技术为实施项目在投入少量成本的情况下，既缩短了工期，节约了更深层埋设接地设备的成本，同时为自然环境节材节地起到了减少破坏土地的作用，一举多得。
6工程应用实例
大连液流电池储能调峰电站国家示范项目是国家能源局批准建设的第一个大型化学储能国家示范项目。导电混凝土的应用为本项目节约了工期的情况下，还节约了成本，具有一定的社会价值，未来该项技术的应用将为电力系统工程提供一定的参考作用。
参考文献：
[1]高中民.导电混凝土的研究与应用[J].科技资讯,2011,15: 25-26
[2]周宏友.导电混凝土配制技术研究综述[J].低温建筑技术,2016,8：14-16
[3]王冲.导电沥青混凝土应用技术的研究[J].赤峰学院学报,2016,12：61-62