CN102219447B - 一种电磁屏蔽混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种电磁屏蔽混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电磁屏蔽混凝土及制备方法。一种电磁屏蔽混凝土，其特征在于：包括胶凝材料、骨料、纤维、减水剂和水，所述胶凝材料由水泥和无机矿物掺合料组成，无机矿物掺合料由粉煤灰、矿渣粉中的至少一种和硅灰组成；所述骨料由粗骨料和细骨料组成，粗骨料为普通石子，粒径5~20mm；细骨料由砂子、钢砂和石墨粉组成，纤维由钢纤维和碳纤维组成，各组分的配比为：水175-180kg/m3，骨料1725~1760kg/m3，其中各组分的质量百分数为：细骨料35-40%，粗骨料60%-65%，水胶比为0.32~0.34，钢纤维的体积掺量为混凝土体积的0.8%-1.2%，碳纤维的质量掺量为胶凝材料质量的0.6~0.8%，减水剂的质量掺量占胶凝材料质量的0.5~2.0%。该电磁屏蔽混凝土能有效屏蔽频率为100MHz~1.5GHz的电磁辐射；并能有效利用废弃物，成本低廉，应用广泛。

Description

一种电磁屏蔽混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种电磁屏蔽混凝土及其制备方法。
背景技术
随着电子、通信技术突飞猛进的发展，电子元件逐渐小型化、高度集成化，电子仪器仪表逐渐轻量化、高速化，使得电子元件及仪器等极易受电磁干扰而导致动作失误，带来严重后果；且电磁辐射还会泄漏信息，使计算机等仪器无信息安全保障；此外，电磁辐射还给人们的生命及军事安全带来隐患，类似报道在国内外屡见不鲜。因而电磁辐射已成为一种新的污染源，被世界卫生组织列为世界第三大公害。
电磁屏蔽混凝土是通过对混凝土进行改性而得到的一种有效屏蔽电磁辐射的混凝土，其主要作用是对外部的电磁辐射进行反射和吸收，同时也可以阻止建筑内部电磁信号的泄露和电磁干扰。国内外对电磁屏蔽混凝土的研究大多集中在10GHz以下，成本较高，原材料来源受限，屏蔽效率低，制备工艺复杂等问题，而且主要应用在军事工程领域，在民用领域涉及较少。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是提供一种电磁屏蔽混凝土及其制备方法。该电磁屏蔽混凝土电磁屏蔽效果良好，应用广泛；制备工艺简单，原料来源广泛。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
一种电磁屏蔽混凝土，其特征在于：包括胶凝材料、骨料、纤维、减水剂和水，所述的胶凝材料由水泥和无机矿物掺合料组成，所述的无机矿物掺合料由粉煤灰、矿渣粉中的至少一种和硅灰组成；所述的骨料由粗骨料和细骨料组成，所述的粗骨料为普通石子，粒径为5～20mm，所述的细骨料由砂子、钢砂和石墨粉组成；所述的纤维由钢纤维和碳纤维组成，各组分的配比为：水175-180kg/m3，骨料1725～1760kg/m3，骨料中各组分的质量百分数为：细骨料35-40％，粗骨料60％-65％，水与胶凝材料的重量比为0.32～0.34，钢纤维的体积掺量为混凝土体积的0.8％-1.2％，碳纤维的质量掺量为胶凝材料质量的0.6～0.8％，减水剂的质量掺量为胶凝材料质量的0.5～2.0％，其中所述胶凝材料中各组分的重量百分数为：水泥70％-80％，无机矿物掺合料20-30％，所述无机矿物掺合料中硅灰的质量百分数为20％-40％，粉煤灰和矿渣粉两种混合时为任意配比，无机矿物掺合料中各组分的重量百分数之和为100％；所述细骨料中各组分的质量百分数为：砂58～64％，钢砂30～35％，石墨粉6～9％。
按上述方案，所述的电磁屏蔽混凝土中还包括有羧甲基纤维素钠，羧甲基纤维素钠的用量为3.5～3.6kg/m3。
按上述方案，所述的水泥为42.5级普通硅酸盐水泥，所述水泥的用量根据所需配制的混凝土强度等级要求决定。
按上述方案，所述的减水剂为FDN减水剂、蜜胺系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂或聚羧酸系减水剂，优先选用聚羧酸系减水剂。
按上述方案，所述的钢纤维特征为：钢纤维长度为25～35mm，截面直径为0.4～0.6mm，。
按上述方案，所述的碳纤维特征为：长度4～10mm，直径为6～10μm。
按上述方案，所述的石墨粉特征为：普通鳞片石墨，平均体积粒度为38～40μm。
按上述方案，所述的粉煤灰为普通二级灰；所述的硅粉为普通硅粉，比表面积为150000～200000m2/kg。
按上述方案，所述的钢砂特征为：粒径0.5～5.0mm，铁含量＞80％；
上述电磁屏蔽混凝土的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)原料的准备：按照各组分的配比为：水175-180kg/m3，骨料1725～1760kg/m3，骨料中各组分的质量百分数为：细骨料35-40％，粗骨料60％-65％，水与胶凝材料的重量比为0.32～0.34，钢纤维的体积掺量为混凝土体积的0.8％-1.2％，碳纤维的质量掺量为胶凝材料质量的0.6～0.8％，减水剂的质量掺量为胶凝材料质量的0.5～2.0％，其中所述胶凝材料中各组分的重量百分数为：水泥70％-80％，无机矿物掺合料20-30％，所述无机矿物掺合料中硅灰的质量百分数为20％-40％，粉煤灰和矿渣粉两种混合时为任意配比，无机矿物掺合料中各组分的重量百分数之和为100％，所述细骨料中各组分的质量百分数为：砂58～64％，钢砂30～35％，石墨粉6～9％，选取胶凝材料、粗骨料、细骨料、钢纤维、碳纤维、减水剂和水；
2)将粗骨料、细骨料和钢纤维倒入搅拌机中机械搅拌1～1.5分钟，在搅拌过程中加入胶凝材料，搅拌3min，停机后，向搅拌机内加入碳纤维，再进行机械搅拌，使碳纤维能够充分分散，然后加入减水剂和水，机械搅拌，将搅拌好的物料倒入模具，震动成型，震动时间为15～25s，再进行标准养护，脱模，养护即得。
本发明主要通过在混凝土中掺加钢纤维、碳纤维、石墨粉和钢砂，充分利用这四种物质的长度特性，使成型后的混凝土内部形成三维导电网络结构，且钢砂和石墨粉填充于纤维之间，从而可使外部电荷沿着混凝土内部的三维导电结构接地，避免了电荷富集而引起危害。同时在混凝土里掺加的无机矿物掺合料能提高混凝土的力学性能、工作性能和耐久性等其他性能，降低水化热，从而制备出能够有效屏蔽电磁辐射的混凝土试件。本发明通过在混凝土中复合掺加钢纤维和碳纤维，同时辅助掺加石墨粉和钢砂，不但可以利用钢纤维和碳纤维的复合效能，提高混凝土的力学性能，降低生产成本，同时复合掺加的钢砂和石墨粉可以提高电磁屏蔽能力，也可弥补单掺石墨粉而导致的混凝土强度较低的缺陷，
本发明的有益效果：
(1)本发明提供的电磁屏蔽混凝土能有效屏蔽频率为100MHz～1.5GHz的电磁辐射；同时掺加的无机矿物掺合料能够提高混凝土的力学性能、工作性能和耐久性能，降低水化热；有较好的实际应用价值，可应用于军事工程如雷达站，民用工程如大型计算中心等电磁辐射较多的地方，应用广泛。
(2)该电磁屏蔽混凝土的制备方法工艺简单，原材料较易获得，并能有效利用废弃物，成本低廉，可以根据实际需要成型成各种形状的混凝土试件。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但发明的内容不仅仅局限于下面的实施例：
实施例1-6
以配制1m3电磁屏蔽混凝土为例，根据表1中的配比选取原材料，各原料具体如下：
水泥：采用湖北亚东P·O42.5普通硅酸盐水泥；
粉煤灰：采用阳逻电厂提供的二级粉煤灰，45μm方孔筛筛余16％，密度为2860kg/m3，比表面积为420m2/kg；
矿渣粉：采用湖北武汉盛大有限公司提供的矿渣粉，密度2.86g/m3，比表面积为405m2/kg；
硅灰：武汉新必达微硅粉有限公司提供，密度2.3g/cm3左右，比表面积为150000～200000m2/kg；
碳纤维：上海博迪纺织新材料有限公司提供，长度4～10mm，直径为6～10μm；
钢纤维：重庆凌豪钢纤维有限公司提供的波浪型钢纤维，长度为25～35mm，截面直径为0.4～0.6mm，密度7.83g/cm3。
粗骨料：普通石子，粒径为5～20mm；
钢砂：山东传洋金属磨料有限公司生产，粒径0.5～5.0mm，密度7.8g/cm3，铁含量＞80％；
石墨粉：普通鳞片石墨，平均体积粒度为38～40μm；
减水剂：采用武汉浩源混凝土外加剂有限公司生产的聚羧酸高效减水剂；
羧甲基纤维素钠：河北省新乐市蓝博化工厂生产；
水：普通生活用水；
(2)将步骤(1)中选取的粗骨料、砂子、钢砂、石墨粉和钢纤维倒入搅拌机中机械搅拌1～1.5分钟，在搅拌过程中加入胶凝材料，搅拌3min，停机后，将羧甲基纤维素钠与少量水混合搅拌得到羧甲基纤维素钠水溶液，然后向其中加入碳纤维，搅拌制得碳纤维混合溶液，然后向搅拌机内加入该碳纤维的羧甲基纤维素钠水溶液，再进行机械搅拌，使碳纤维能够充分分散，然后加入减水剂和剩余的水，将搅拌好的物料倒入模具，震动成型，震动时间为15～25s，再进行标准养护、脱模，养护即得。
表1
  原材料组分   实施例1   实施例2   实施例3   实施例4   实施例5   实施例6
  水泥   410.3   410.3   386   408.8   382.9   437.6
  粉煤灰   82   82   25.75   54.5   57.5   0
  矿渣粉   0   0   51.5   54.5   57.5   65.6
  硅粉   54.7   54.7   51.5   27.2   49.1   43.8
  钢纤维   94   78.3   62.7   94   94   78.3
  碳纤维   3.3   3.3   4.1   3.6   3.3   3.3
  钢砂   221.2   207.3   225.3   211.3   221.2   207.3
  石墨粉   55.3   41.5   63.3   42.3   55.3   41.5
  砂   414.7   442.4   415.4   350.2   414.7   442.4
  石子   1036.8   1036.8   1056   1121.2   1036.8   1036.8
  水   175   175   175   180   175   175
  减水剂   5.5   2.8   10.3   5.5   5.5   5.5
  羧甲基纤维素钠   3.5   3.5   3.5   3.6   3.5   3.5
根据上述实施例1-4，成型厚度为3.6mm的试件，然后采用Aglient HP 4291B阻抗分析仪对样品在100MHz～1.5GHz范围内的电磁屏蔽传输系数曲线进行扫描，所得实验数据如下，见表2：
表2实施例1-4的电磁屏蔽混凝土的电磁屏蔽性能测试
  频率  实施例1(dB)  实施例2(dB)  实施例3(dB)  实施例4(dB)
  100MHz   5.2   6.4   6.9   5.8
  300MHz   17.2   16.7   17.8   15.3
  600MHz   15.7   16   15.1   14.2
  1GHz   25.5   27.6   26.8   24.4
  1.2GHz   24.3   23   23.9   22.4
  1.5GHz   29.6   31.2   28.3   32.8
由表2可看出：该实施例1-4制备的电磁屏蔽混凝土的电磁屏蔽效果良好。

Claims (10)

1.一种电磁屏蔽混凝土，其特征在于：包括胶凝材料、骨料、纤维、减水剂和水，所述的胶凝材料由水泥和无机矿物掺合料组成，所述的无机矿物掺合料由粉煤灰、矿渣粉中的至少一种和硅灰组成；所述的骨料由粗骨料和细骨料组成，所述的粗骨料为普通石子，粒径为5~20mm，所述的细骨料由砂子、钢砂和石墨粉组成；所述的纤维由钢纤维和碳纤维组成，各组分的配比为：水 175-180 kg/m3，骨料1725~1760kg/m3，骨料中各组分的质量百分数为：细骨料35-40%，粗骨料60%-65%，水与胶凝材料的重量比为0.32~0.34，钢纤维的体积掺量为混凝土体积的0.8%-1.2%，碳纤维的质量掺量为胶凝材料质量的0.6~0.8%，减水剂的质量掺量为胶凝材料质量的0.5~2.0%，其中所述胶凝材料中各组分的重量百分数为：水泥70%-80%，无机矿物掺合料20-30%，所述无机矿物掺合料中硅灰的质量百分数为20%-40%，粉煤灰和矿渣粉两种混合时为任意配比，无机矿物掺合料中各组分的重量百分数之和为100%；所述细骨料中各组分的质量百分数为：砂58~64%，钢砂30~35%，石墨粉6~9%。
2.根据权利要求1所述的电磁屏蔽混凝土，其特征在于：所述的电磁屏蔽混凝土中还包括有羧甲基纤维素钠，羧甲基纤维素钠的用量为 3.5~3.6kg/m3。
3.根据权利要求1所述的电磁屏蔽混凝土，其特征在于：所述的水泥为42.5级普通硅酸盐水泥。
4.根据权利要求1所述的电磁屏蔽混凝土，其特征在于：所述的减水剂为FDN减水剂、蜜胺系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂或聚羧酸系减水剂。
5.根据权利要求1所述的电磁屏蔽混凝土，其特征在于：所述的钢纤维特征为：钢纤维长度为25~35mm，截面直径为0.4~0.6mm。
6.根据权利要求1所述的电磁屏蔽混凝土，其特征在于：所述的碳纤维特征为：长度4~10mm，直径为6~10μm。
7.根据权利要求1所述的电磁屏蔽混凝土，其特征在于：所述的石墨粉特征为：普通鳞片石墨，平均体积粒度为38~40μm。
8.根据权利要求1所述的电磁屏蔽混凝土，其特征在于：所述的粉煤灰为普通二级灰；所述的硅灰为普通硅粉，比表面积为150000~200000m2/kg。
9.根据权利要求1所述的电磁屏蔽混凝土，其特征在于：所述的钢砂特征为：粒径0.5~5.0mm，铁含量>80%。
10.根据权利要求1所述的电磁屏蔽混凝土的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）原料的准备：按照各组分的配比为：水 175-180 kg/m3，骨料1725~1760kg/m3，骨料中各组分的质量百分数为：细骨料35-40%，粗骨料60%-65%，水与胶凝材料的重量比为0.32~0.34，钢纤维的体积掺量为混凝土体积的0.8%-1.2%，碳纤维的质量掺量为胶凝材料质量的0.6~0.8%，减水剂的质量掺量为胶凝材料质量的0.5~2.0%，其中所述胶凝材料中各组分的重量百分数为：水泥70%-80%，无机矿物掺合料20-30%，所述无机矿物掺合料中硅灰的质量百分数为20%-40%，粉煤灰和矿渣粉两种混合时为任意配比，各组分的重量百分数之和为100%；所述细骨料中各组分的质量百分数为：砂58~64%，钢砂30~35%，石墨粉6~9%，选取胶凝材料、粗骨料、细骨料、钢纤维、碳纤维、减水剂和水；
2）将粗骨料、细骨料和钢纤维倒入搅拌机中机械搅拌1~1.5分钟，在搅拌过程中加入胶凝材料，搅拌3min，停机后，向搅拌机内加入碳纤维，再进行机械搅拌，使碳纤维能够充分分散，然后加入减水剂和水，机械搅拌，将搅拌好的物料倒入模具，震动成型，震动时间为15~25s，再进行标准养护，脱模，养护即得。
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