CN101921094B - 一种高铁磨细钢渣轻质高韧性吸波混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种高铁磨细钢渣轻质高韧性吸波混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及到一种吸波混凝土及其制备方法。一种高铁磨细钢渣轻质高韧性吸波混凝土，其特征在于它由干粉料、骨料和外掺料制备而成，所述干粉料由硅酸盐水泥、粉煤灰和高铁磨细钢渣组成，所述骨料为陶砂，所述外掺料为高效减水剂、玄武岩纤维和水；各原料的配比(kg/m3)为：硅酸盐水泥：110～300，粉煤灰：80～120，高铁磨细钢渣：70～140，陶砂：600～1500，高效减水剂：3.0～4.5，玄武岩纤维30～50，水：150～180。本发明具有节能、环保、价格低廉的特点。

Description

一种高铁磨细钢渣轻质高韧性吸波混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于电磁学与材料学理论相结合的交叉技术领域，具体涉及到一种吸波混凝土及其制备方法。
背景技术
吸波混凝土是将电磁波转化成其它形式的能量而使电磁波耗散掉的一种建筑功能材料，它对建筑物的防护、电磁污染的净化、电磁信息的保密和地面军事建筑的隐身具有重要民用与军事意义。因此，新型低廉、高效、轻质吸波混凝土的开发具有广阔的发展前景。而目前对传统吸波混凝土的研究主要是在混凝土中添加细碳丝、铁丝，手性螺旋线圈、纳米吸波剂、复合吸波剂等，在经历了短短几十年的发展已经取得了长足的进步。但依然存在诸多问题，既包括组合结构、耐久性、功能性设计方面的问题，又包括频带窄、吸收效能低、稳定性差、环境适应差和质量重、成本高等材料自身的问题。严重制约了其在所须的建筑工程，尤其是在复杂地理与气候环境作用下建筑结构中的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种环保、价格低廉的高铁磨细钢渣轻质高韧性吸波混凝土及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种高铁磨细钢渣轻质高韧性吸波混凝土，其特征在于它由干粉料、骨料和外掺料制备而成，所述干粉料由硅酸盐水泥、粉煤灰和高铁磨细钢渣组成，所述骨料为陶砂，所述外掺料为高效减水剂、玄武岩纤维和水；各原料的配比(kg/m3)为：硅酸盐水泥：110～300，粉煤灰：80～120，高铁磨细钢渣：70～140，陶砂：600～1500，高效减水剂：3.0～4.5，玄武岩纤维30～50，水：150～180。
所述的硅酸盐水泥的强度等级为32.5MPa以上，比表面积大于350m2/kg。
所述的粉煤灰为II级粉煤灰或III级粉煤灰，密度为2.6～2.8g/cm3，比表面大于400cm2/g。
所述的高铁磨细钢渣为高铁含量的转炉钢渣经过高速球磨12小时后得到[所述高铁含量的转炉钢渣是指转炉钢渣中的Fe2O3质量含量大于30％；所述的高速是指转速为500-1000转/分钟]，Fe2O3(铁组分)质量含量大于30％；比表面积大于600m2/kg。
所述的陶砂的堆积密度小于500m3/kg；粒径为0.6～4.75mm。现有各种陶砂都适用于本发明。
所述的高效减水剂为聚羧酸高效减水剂，减水率为20％～25％，液态。
所述的玄武岩纤维为短切玄武岩纤维，直径为13μm，长度为10mm。
上述一种高铁磨细钢渣轻质高韧性吸波混凝土的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：
1)按各原料的配比(kg/m3)为：硅酸盐水泥：110～300，粉煤灰：80～120，高铁磨细钢渣：70～140，陶砂：600～1500，高效减水剂：3.0～4.5，玄武岩纤维30～50，水：150～180，选取硅酸盐水泥、粉煤灰、高铁磨细钢渣、陶砂、高效减水剂、玄武岩纤维和水，备用；
2)将硅酸盐水泥、粉煤灰和高铁磨细钢渣干混5～10min后，再放到球磨机中球磨8小时后取出，得到球磨后的干混料，封存(其目的在于提高干粉料反应活性)；向球磨后的干混料中加入陶砂、玄武岩纤维，混合搅拌5～10min；再加入水和高效减水剂，搅拌2～5min，得到拌合物；然后将所得的拌合物倒入钢模具中，振动成型，成型1天后拆模，并在标准养护条件下(20±2℃，相对湿度为95％以上)养护28天。
本发明的有益效果是：
1)高铁磨细钢渣与粉煤灰工业副产品中含有大量分散的Fe2O3颗粒组分，具有磁性损耗与介电损耗特性，可作为廉价的建筑材料吸波剂。高铁磨细钢渣、粉煤灰来源广泛，价格低廉，实现了工业废弃物的资源化再利用，节能、环保。
2)大量既充当透波骨料又充当球型谐振腔的陶砂均匀的分散于混凝土中，改善了电磁波在混凝土中的传输通道，降低电磁波在混凝土表面的反射，又使电磁波在陶砂内发生谐振进一步损耗，显著提高混凝土的吸波性能；陶砂与水泥石的良好粘结，并发挥内部湿度补偿作用，提高了所形成骨架的承载力，弥补了高铁含量钢渣的引入对材料力学性能的不利影响。
3)通过设计引入了玄武岩纤维优化了起粘结作用的水泥基体，进一步改善了水泥基体的力学性能、韧性和耐久性能，实现了吸波混凝土的功能拓展，结构图见图1所示。采用了吸波混凝土的结构设计方法，提高了混凝土的力学性能、耐久性，同时也实现了混凝土的吸波功能拓展；配置出的吸波混凝土吸波性能满足以下性能要求：在8～18GHz频率范围内，其反射率小于-7dB的频带宽可达10GHz。
附图说明
图1是吸波混凝土结构图。
图2是实施例1-6得到的吸波混凝土的吸波性能图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1：
一种高铁磨细钢渣轻质高韧性吸波混凝土的制备方法，包括如下步骤：
1)原材料选取：按各原料的配比(kg/m3)为：硅酸盐水泥：110，粉煤灰：120，高铁磨细钢渣：70，陶砂：600，高效减水剂：3.0，玄武岩纤维50，水：154。
所述的硅酸盐水泥的强度等级为42.5MPa，比表面积大于350m2/kg；所述的粉煤灰为II级粉煤灰，密度为2.6～2.8g/cm3，比表面大于400cm2/g；所述的高铁磨细钢渣的铁组分质量含量(Fe2O3)大于30％，比表面积大于600m2/kg；所述的陶砂的堆积密度小于500m3/kg，粒径为0.6～4.75mm；所述的高效减水剂为聚羧酸高效减水剂，减水率为20％～25％，液态。所述的玄武岩纤维为短切玄武岩纤维，直径为13μm，长度为10mm。
2)将硅酸盐水泥、粉煤灰和高铁磨细钢渣干混5～10min后，再放到球磨机中球磨8小时后取出，得到球磨后的干混料，封存(其目的在于提高干粉料反应活性)；向球磨后的干混料中加入陶砂、玄武岩纤维，混合搅拌5～10min；再加入水和高效减水剂，搅拌2～5min，得到拌合物；然后将所得的拌合物倒入特制180mm×180mm×30mm钢模具中，振动成型，成型1天后拆模，并在标准养护条件下(20±2℃，相对湿度为95％以上)养护28天。
将本实例制得的高铁磨细钢渣轻质高韧性吸波混凝土的进行物理力学性能与吸波性能测试，结果如表1和图2所示。
实施例2：
一种高铁磨细钢渣轻质高韧性吸波混凝土的制备方法，包括如下步骤：
1)原材料选取：按各原料的配比(kg/m3)为：硅酸盐水泥：130，粉煤灰：90，高铁磨细钢渣：90，陶砂：620，高效减水剂：3.2，玄武岩纤维50，水：160。
所述的硅酸盐水泥的强度等级为42.5MPa，比表面积大于350m2/kg；所述的粉煤灰为III级粉煤灰，密度为2.6～2.8g/cm3，比表面大于400cm2/g；所述的高铁磨细钢渣的铁组分质量含量(Fe2O3)大于30％，比表面积大于600m2/kg；所述的陶砂的堆积密度小于500m3/kg；粒径为0.6～4.75mm；所述的高效减水剂为聚羧酸高效减水剂，减水率为20％～25％，液态。所述的玄武岩纤维为短切玄武岩纤维，直径为13μm，长度为10mm。
2)将硅酸盐水泥、粉煤灰和高铁磨细钢渣干混5～10min后，再放到球磨机中球磨8小时后取出，得到球磨后的干混料，封存(其目的在于提高干粉料反应活性)；向球磨后的干混料中加入陶砂、玄武岩纤维，混合搅拌5～10min；再加入水和高效减水剂，搅拌2～5min，得到拌合物；然后将所得的拌合物倒入特制180mm×180mm×30mm钢模具中，振动成型，成型1天后拆模，并在标准养护条件下(20±2℃，相对湿度为95％以上)养护28天。
将本实例制得的高铁磨细钢渣轻质高韧性吸波混凝土的进行物理力学性能与吸波性能测试，结果如表1和图2所示。
实施例3：
一种高铁磨细钢渣轻质高韧性吸波混凝土的制备方法，包括如下步骤：
1)原材料选取：按各原料的配比(kg/m3)为：硅酸盐水泥：150，粉煤灰：90，高铁磨细钢渣：110，陶砂：700，高效减水剂：3.5，玄武岩纤维50，水：171。
所述的硅酸盐水泥的强度等级为32.5MPa以上，比表面积大于350m2/kg；所述的粉煤灰为II级粉煤灰，密度为2.6～2.8g/cm3，比表面大于400cm2/g；所述的高铁磨细钢渣的铁组分质量含量(Fe2O3)大于30％，比表面积大于600m2/kg；所述的陶砂的堆积密度小于500m3/kg；粒径为0.6～4.75mm；所述的高效减水剂为聚羧酸高效减水剂，减水率为20％～25％，液态。所述的玄武岩纤维为短切玄武岩纤维，直径为13μm，长度为10mm。
2)将硅酸盐水泥、粉煤灰和高铁磨细钢渣干混5～10min后，再放到球磨机中球磨8小时后取出，得到球磨后的干混料，封存(其目的在于提高干粉料反应活性)；向球磨后的干混料中加入陶砂、玄武岩纤维，混合搅拌5～10min；再加入水和高效减水剂，搅拌2～5min，得到拌合物；然后将所得的拌合物倒入特制180mm×180mm×30mm钢模具中，振动成型，成型1天后拆模，并在标准养护条件下(20±2℃，相对湿度为95％以上)养护28天。
将本实例制得的高铁磨细钢渣轻质高韧性吸波混凝土的进行物理力学性能与吸波性能测试，结果如表1和图2所示。
实施例4：
一种高铁磨细钢渣轻质高韧性吸波混凝土的制备方法，包括如下步骤：
1)原材料选取：按各原料的配比(kg/m3)为：硅酸盐水泥：180，粉煤灰：90，高铁磨细钢渣：130，陶砂：800，高效减水剂：4.0，玄武岩纤维50，水：180。
所述的硅酸盐水泥的强度等级为32.5MPa以上，比表面积大于350m2/kg；所述的粉煤灰为II级粉煤灰或III级粉煤灰，密度为2.6～2.8g/cm3，比表面大于400cm2/g；所述的高铁磨细钢渣的铁组分质量含量(Fe2O3)大于30％，比表面积大于600m2/kg；所述的陶砂的堆积密度小于500m3/kg；粒径为0.6～4.75mm；所述的高效减水剂为聚羧酸高效减水剂，减水率为20％～25％，液态。所述的玄武岩纤维为短切玄武岩纤维，直径为13μm，长度为10mm。
2)将硅酸盐水泥、粉煤灰和高铁磨细钢渣干混5～10min后，再放到球磨机中球磨8小时后取出，得到球磨后的干混料，封存(其目的在于提高干粉料反应活性)；向球磨后的干混料中加入陶砂、玄武岩纤维，混合搅拌5～10min；再加入水和高效减水剂，搅拌2～5min，得到拌合物；然后将所得的拌合物倒入特制180mm×180mm×30mm钢模具中，振动成型，成型1天后拆模，并在标准养护条件下(20±2℃，相对湿度为95％以上)养护28天。
将本实例制得的高铁磨细钢渣轻质高韧性吸波混凝土的进行物理力学性能与吸波性能测试，结果如表1和图2所示。
实施例5：
一种高铁磨细钢渣轻质高韧性吸波混凝土的制备方法，包括如下步骤：
1)原材料选取：按各原料的配比(kg/m3)为：硅酸盐水泥：220，粉煤灰：90，高铁磨细钢渣：140，陶砂：850，高效减水剂：4.5，玄武岩纤维50，水：182。
所述的硅酸盐水泥的强度等级为32.5MPa以上，比表面积大于350m2/kg；所述的粉煤灰为II级粉煤灰，密度为2.6～2.8g/cm3，比表面大于400cm2/g；所述的高铁磨细钢渣的铁组分质量含量(Fe2O3)大于30％，比表面积大于600m2/kg；所述的陶砂的堆积密度小于500m3/kg；粒径为0.6～4.75mm；所述的高效减水剂为聚羧酸高效减水剂，减水率为20％～25％，液态。所述的玄武岩纤维为短切玄武岩纤维，直径为13μm，长度为10mm。
2)将硅酸盐水泥、粉煤灰和高铁磨细钢渣干混5～10min后，再放到球磨机中球磨8小时后取出，得到球磨后的干混料，封存(其目的在于提高干粉料反应活性)；向球磨后的干混料中加入陶砂、玄武岩纤维，混合搅拌5～10min；再加入水和高效减水剂，搅拌2～5min，得到拌合物；然后将所得的拌合物倒入特制180mm×180mm×30mm钢模具中，振动成型，成型1天后拆模，并在标准养护条件下(20±2℃，相对湿度为95％以上)养护28天。
将本实例制得的高铁磨细钢渣轻质高韧性吸波混凝土的进行物理力学性能与吸波性能测试，结果如表1和图2所示。
实施例6：
一种高铁磨细钢渣轻质高韧性吸波混凝土的制备方法，包括如下步骤：
1)原材料选取：按各原料的配比(kg/m3)为：硅酸盐水泥260，粉煤灰：90，高铁磨细钢渣：130，陶砂：1040，高效减水剂：4.5，玄武岩纤维50，水：180。
所述的硅酸盐水泥的强度等级为32.5MPa以上，比表面积大于350m2/kg；所述的粉煤灰为II级粉煤灰，密度为2.6～2.8g/cm3，比表面大于400cm2/g；所述的高铁磨细钢渣的铁组分质量含量(Fe2O3)大于30％，比表面积大于600m2/kg；所述的陶砂的堆积密度小于500m3/kg；粒径为0.6～4.75mm；所述的高效减水剂为聚羧酸高效减水剂，减水率为20％～25％，液态。所述的玄武岩纤维为短切玄武岩纤维，直径为13μm，长度为10mm。
2)将硅酸盐水泥、粉煤灰和高铁磨细钢渣干混5～10min后，再放到球磨机中球磨8小时后取出，得到球磨后的干混料，封存(其目的在于提高干粉料反应活性)；向球磨后的干混料中加入陶砂、玄武岩纤维，混合搅拌5～10min；再加入水和高效减水剂，搅拌2～5min，得到拌合物；然后将所得的拌合物倒入特制180mm×180mm×30mm钢模具中，振动成型，成型1天后拆模，并在标准养护条件下(20±2℃，相对湿度为95％以上)养护28天。
将本实例制得的高铁磨细钢渣轻质高韧性吸波混凝土的进行物理力学性能与吸波性能测试，结果如表1和图2所示。
表1各实例制得的吸波混凝土物理力学性能
Figure BDA0000025332550000051
由表1可知，随各实例中硅酸盐水泥用量的增加，吸波混凝土的表观密度变大，抗压、抗折强度升高，通过调整不同材料的比例可以制备出28d抗压强度大于20MPa、28d抗折强度大于40MPa表观密度大于1000kg·m-3的吸波混凝土。
由图2表明，各实例吸波混凝土的电磁波反射率都小于-5dB；除实例1、2、3、6吸波混凝土在高频区(12-18GHz)的反射率大于-7dB外，其他吸波混凝土的反射率在8-18GHz内基本都小于-7dB，具有较好的电磁波吸收性能。
实施例7：
一种高铁磨细钢渣轻质高韧性吸波混凝土的制备方法，它包括如下步骤：
1)按各原料的配比(kg/m3)为：硅酸盐水泥：110，粉煤灰：80，高铁磨细钢渣：70，陶砂：600，高效减水剂：3.0，玄武岩纤维30，水：150，选取硅酸盐水泥、粉煤灰、高铁磨细钢渣、陶砂、高效减水剂、玄武岩纤维和水，备用；
所述的硅酸盐水泥的强度等级为32.5MPa以上，比表面积大于350m2/kg；
所述的粉煤灰为II级粉煤灰，密度为2.6～2.8g/cm3，比表面大于400cm2/g；
所述的高铁磨细钢渣为高铁含量的转炉钢渣经过高速球磨12小时后得到[所述高铁含量的转炉钢渣是指转炉钢渣中的Fe2O3质量含量大于30％；所述的高速是指转速为500-1000转/分钟]，Fe2O3(铁组分)质量含量大于30％；比表面积大于600m2/kg；
所述的陶砂的堆积密度小于500m3/kg；粒径为0.6～4.75mm；
所述的高效减水剂为聚羧酸高效减水剂，减水率为20％～25％，液态；
所述的玄武岩纤维为短切玄武岩纤维，直径为13μm，长度为10mm；
2)将硅酸盐水泥、粉煤灰和高铁磨细钢渣干混5min后，再放到球磨机中球磨8小时后取出，得到球磨后的干混料，封存(其目的在于提高干粉料反应活性)；向球磨后的干混料中加入陶砂、玄武岩纤维，混合搅拌5min；再加入水和高效减水剂，搅拌2min，得到拌合物；然后将所得的拌合物倒入钢模具中，振动成型，成型1天后拆模，并在标准养护条件下(20±2℃，相对湿度为95％以上)养护28天。
实施例8：
一种高铁磨细钢渣轻质高韧性吸波混凝土的制备方法，它包括如下步骤：
1)按各原料的配比(kg/m3)为：硅酸盐水泥：300，粉煤灰：120，高铁磨细钢渣：140，陶砂：1500，高效减水剂：4.5，玄武岩纤维50，水：180，选取硅酸盐水泥、粉煤灰、高铁磨细钢渣、陶砂、高效减水剂、玄武岩纤维和水，备用；
所述的硅酸盐水泥的强度等级为32.5MPa以上，比表面积大于350m2/kg；
所述的粉煤灰为III级粉煤灰，密度为2.6～2.8g/cm3，比表面大于400cm2/g；
所述的高铁磨细钢渣为高铁含量的转炉钢渣经过高速球磨12小时后得到[所述高铁含量的转炉钢渣是指转炉钢渣中的Fe2O3质量含量大于30％；所述的高速是指转速为500-1000转/分钟]，Fe2O3(铁组分)质量含量大于30％；比表面积大于600m2/kg；
所述的陶砂的堆积密度小于500m3/kg；粒径为0.6～4.75mm；
所述的高效减水剂为聚羧酸高效减水剂，减水率为20％～25％，液态；
所述的玄武岩纤维为短切玄武岩纤维，直径为13μm，长度为10mm；
2)将硅酸盐水泥、粉煤灰和高铁磨细钢渣干混10min后，再放到球磨机中球磨8小时后取出，得到球磨后的干混料，封存(其目的在于提高干粉料反应活性)；向球磨后的干混料中加入陶砂、玄武岩纤维，混合搅拌10min；再加入水和高效减水剂，搅拌5min，得到拌合物；然后将所得的拌合物倒入钢模具中，振动成型，成型1天后拆模，并在标准养护条件下(20±2℃，相对湿度为95％以上)养护28天。
本发明各原料的上下限、区间取值，以及工艺参数(如时间等)的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。

Claims (8)

1.一种高铁磨细钢渣轻质高韧性吸波混凝土，其特征在于它由干粉料、骨料和外掺料制备而成，所述干粉料由硅酸盐水泥、粉煤灰和高铁磨细钢渣组成，所述骨料为陶砂，所述外掺料为高效减水剂、玄武岩纤维和水；各原料的配比为：硅酸盐水泥：110～300kg/m3，粉煤灰：80～120kg/m3，高铁磨细钢渣：70～140kg/m3，陶砂：600～1500kg/m3，高效减水剂：3.0～4.5kg/m3，玄武岩纤维30～50kg/m3，水：150～180kg/m3。
2.根据权利要求1所述的一种高铁磨细钢渣轻质高韧性吸波混凝土，其特征在于：所述的硅酸盐水泥的强度等级为32.5MPa以上，比表面积大于350m2/kg。
3.根据权利要求1所述的一种高铁磨细钢渣轻质高韧性吸波混凝土，其特征在于：所述的粉煤灰为II级粉煤灰或III级粉煤灰，密度为2.6～2.8g/cm3，比表面大于400cm2/g。
4.根据权利要求1所述的一种高铁磨细钢渣轻质高韧性吸波混凝土，其特征在于：所述的高铁磨细钢渣为高铁含量的转炉钢渣经过高速球磨12小时后得到，Fe2O3质量含量大于30％；比表面积大于600m2/kg。
5.根据权利要求1所述的一种高铁磨细钢渣轻质高韧性吸波混凝土，其特征在于：所述的陶砂的堆积密度小于500m3/kg；粒径为0.6～4.75mm。
6.根据权利要求1所述的一种高铁磨细钢渣轻质高韧性吸波混凝土，其特征在于：所述的高效减水剂为聚羧酸高效减水剂，减水率为20％～25％，液态。
7.根据权利要求1所述的一种高铁磨细钢渣轻质高韧性吸波混凝土，其特征在于：所述的玄武岩纤维为短切玄武岩纤维，直径为13μm，长度为10mm。
8.如权利要求1所述的一种高铁磨细钢渣轻质高韧性吸波混凝土的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：
1)按各原料的配比为：硅酸盐水泥：110～300kg/m3，粉煤灰：80～120kg/m3，高铁磨细钢渣：70～140kg/m3，陶砂：600～1500kg/m3，高效减水剂：3.0～4.5kg/m3，玄武岩纤维30～50kg/m3，水：150～180kg/m3，选取硅酸盐水泥、粉煤灰、高铁磨细钢渣、陶砂、高效减水剂、玄武岩纤维和水，备用；
2)将硅酸盐水泥、粉煤灰和高铁磨细钢渣干混5～10min后，再放到球磨机中球磨8小时后取出，得到球磨后的干混料；向球磨后的干混料中加入陶砂、玄武岩纤维，混合搅拌5～10min；再加入水和高效减水剂，搅拌2～5min，得到拌合物；然后将所得的拌合物倒入钢模具中，振动成型，成型1天后拆模，并在标准养护条件下养护28天。
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