CN102875090B - 一种具有电磁防护功能的超轻集料泡沫混凝土板材及其制备方法 - Google Patents

一种具有电磁防护功能的超轻集料泡沫混凝土板材及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于建筑材料领域。一种具有电磁防护功能的超轻集料泡沫混凝土板材，其特征在于：它由水、水泥、超轻集料、碳纤维、Fe3O4粉末、TiO2粉末、发泡剂、羟甲基丙基纤维素及超塑化剂原料经拌合、浇筑、成型、养护而得到；各原料所占质量百分比为：水15%~20%、水泥38%~42%、超轻集料30%~35%、碳纤维0.35%~0.4%、Fe3O4粉5%~6.5%、TiO2粉2.5%~3.0%、发泡剂0.4%~0.6%、羟甲基丙基纤维素0.15%~0.25%、超塑化剂0.35%~0.55%，各原料所占质量百分比之和为100%。该方法制备的超轻集料泡沫混凝土板材，具有保温隔热性能和电磁防护性能，能以一定工艺粘贴在建筑物表面作为功能性建筑材料使用。

Description

一种具有电磁防护功能的超轻集料泡沫混凝土板材及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种具有电磁防护功能的超轻集料泡沫混凝土板材及其制备方法。
背景技术
无线通讯技术的快速发展，以及各种高频电子电器设备的广泛应用使有限空间内电磁波能量密度急剧增大，人类活动空间电磁环境持续恶化；电磁波已经成为大气、水和噪音污染之后的第四大污染源，其生物危害性日益引起重视。同时，由电磁信号泄漏失密带来的问题日益严重；另外，各种电磁信号相互干扰，易造成广播电视信号失真、计算机指令错误、通讯网络破坏、自动设备误操作、航空系统通讯中断等后果。普通建筑物对于电磁波的防护作用形同虚设，外来电磁波可长驱直入，建筑物内部仪器设备产生的电磁波泄往周围环境。
因此，将建筑材料本身设计制备成具有电磁防护功能具有重要意义，是建设可靠性高，建造、维护和使用成本低，使用寿命长的电磁防护建筑物的关键问题之一。为了解决这一难题，有的研究者将含有铁氧体等电磁吸收材料的涂料用于建筑物表面来实现对电磁波的防护；也有的研究者将钢丝网、钢筋网等将建筑物包裹笼罩而屏蔽电磁波；还有的研究者将钢纤维、碳纤维、碳粉、石墨粉等作为导电相掺加到水泥混凝土中，在水泥混凝土内部形成导电网络而实现其导电性能和一定的电磁屏蔽性能。
然而，涂料类的建筑物电磁屏蔽材料耐候性差、在自然环境中易老化破坏，因此保养困难，维护成本高。而导电混凝土制备成本较高，大规模用于建筑物存在一定的经济性问题；同时，导电混凝土宜于用到新建建筑物中，对于旧有建筑物而言要使用导电混凝土进行改造而实现电磁防护性能相当困难。另外，上述技术方法也存在功能单一的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有电磁防护功能的超轻集料泡沫混凝土板材及其制备方法,该方法制备的混凝土板材具备电磁防护和保温隔热性能。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种具有电磁防护功能的超轻集料泡沫混凝土板材，其特征在于：它由水、水泥、超轻集料、碳纤维、Fe3O4粉末、TiO2粉末、发泡剂、羟甲基丙基纤维素及超塑化剂原料经拌合、浇筑、成型、养护而得到；各原料所占质量百分比为：水15%~20%（最佳为16.5-19%）、水泥38%~42%、超轻集料30%~35%、碳纤维0.35%~0.4%、Fe3O4粉5%~6.5%、TiO2粉2.5%~3.0%、发泡剂0.4%~0.6%、羟甲基丙基纤维素0.15%~0.25%、超塑化剂0.35%~0.55%，各原料所占质量百分比之和为100%。
所述的水为普通自来水或洁净的自然水体中的水。
所述的水泥为市售普通硅酸盐水泥。
所述的超轻集料是采用粘土、粉煤灰、湖泊或河流淤泥、污水处理厂污泥等其中一种或多种按任意配比配料、造粒并经烧制而得到（烧制温度为1200℃，升温速率为30~50℃/min，保温时间为5-10min），其表观容重为400～500kg/m3，粒径<10mm。
所述的碳纤维是市售PAN基碳纤维，长度5～10mm之间，单丝直径7～10μm，拉伸模量180～200GPa，线电阻180～240Ω.m-1。
所述的Fe3O4粉为市售工业产品，粒度<50μm。
所述Ti O2粉为市售工业产品，粒度<10μm。
所述的发泡剂是市售动物蛋白类泡沫混凝土发泡剂。
所述的羟甲基丙基纤维素为市售工业产品。
所述的超塑化剂为市售聚羧酸系列，减水率20～25%。
  上述一种具有电磁防护功能的超轻集料泡沫混凝土板材的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：
1）原料的选取：按各原料所占质量百分比为：水15%~20%、水泥38%~42%、超轻集料30%~35%、碳纤维0.35%~0.4%、Fe3O4粉5%~6.5%、TiO2粉2.5%~3.0%、发泡剂0.4%~0.6%、羟甲基丙基纤维素0.15%~0.25%、超塑化剂0.35%~0.55%，各原料所占质量百分比之和为100%；选取水、水泥、超轻集料、碳纤维、Fe3O4粉末、TiO2粉末、发泡剂、羟甲基丙基纤维素及超塑化剂原料，备用；
2）集料的预处理：将超轻集料装袋，浸没于水中12~24h进行饱水处理，之后捞出沥干至饱和面干状态，得到经饱水及沥干处理的超轻集料；
3）原材料的拌合：将水分为4等份（4等份拌合水）；取其中2等份，将羟甲基丙基纤维素和超塑化剂先后溶于其中，得到溶解了羟甲基丙基纤维素和超塑化剂的拌合水；然后将碳纤维与水泥混合，用搅拌机干拌3～5min，得到碳纤维和水泥的混合物；再将碳纤维和水泥的混合物加入溶解了羟甲基丙基纤维素和超塑化剂的拌合水中机械搅拌1～3min，得到碳纤维水泥浆体；与此同时，取另1等份水，将发泡剂加入其中并用高速剪切搅拌机搅拌1～3min，产生大量微细泡沫，得到泡沫体（包括少量未完全形成泡沫的溶解了发泡剂的拌合水），备用；将前述拌好的碳纤维水泥浆体与泡沫体混合并机械搅拌，1min后加入经饱水及沥干处理的超轻集料，同时将剩余的1等份水加入，再加入Fe3O4粉末和TiO2粉末，继续搅拌2～3min后形成混凝土拌合物；
4）浇筑与成型：将上述混凝土拌合物浇筑于放置在振动台的、涂布了脱模剂的观点181cm×60cm×8cm板材模具之中，振动10～30s后用刮刀将表面多余的浆体括除，然后将上表面收光；
5）养护与切割：将成型好的带模试件置于密闭养护室中，通入蒸汽养护6～8h（蒸汽温度为65℃），然后运出养护室并脱模，切割成60cm×60cm×8cm板材，制得具有电磁防护功能的超轻集料泡沫混凝土板材（成品）。
本发明使用了短切碳纤维作为导电组分和抗裂增强组分。使用了Fe3O4和TiO2细粉作为微波吸收增强组分。在制备过程中使用了羟甲基丙基纤维素增强碳纤维分散性，同时提高新拌混凝土浆体的抗离析泌水性能。
本发明的有益效果是:该方法制备的混凝土板材具备电磁防护和保温隔热性能，使用该方法制备的板材可用砂浆贴敷于建筑物的外墙体及顶板等，能增强建筑物对电磁波的防护作用，也提高建筑物的能源利用效率。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施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。
如下实施例中：
所述的水为普通自来水或洁净的自然水体中的水。
所述的水泥为市售普通硅酸盐水泥。
所述的超轻集料是采用粘土、粉煤灰、湖泊或河流淤泥、污水处理厂污泥等其中一种或多种按任意配比配料、造粒并经烧制而得到（烧制温度为1200℃，升温速率为30~50℃/min，保温时间为5-10min），其表观容重为400～500kg/m3，粒径<10mm。
所述的碳纤维是市售PAN基碳纤维，长度5～10mm之间，单丝直径7～10μm，拉伸模量180～200GPa，线电阻180～240Ω.m-1。
所述的Fe3O4粉为市售工业产品，粒度<50μm。
所述Ti O2粉为市售工业产品，粒度<10μm。
所述的发泡剂是市售动物蛋白类泡沫混凝土发泡剂（如：世隆公司生产的FP180系列）。
所述的羟甲基丙基纤维素为市售工业产品。
所述的超塑化剂为市售聚羧酸系列，减水率20～25%（如：华威混凝土外加剂厂生产的XS100系列）。
实施例1：
一种具有电磁防护功能的超轻集料泡沫混凝土板材，它由水、水泥、超轻集料、碳纤维、Fe3O4粉末、TiO2粉末、发泡剂、羟甲基丙基纤维素及超塑化剂为原料制备而得到，各原料所占质量百分比为：水18.5%、水泥42%、超轻集料30%、碳纤维0.35%、Fe3O4粉5%、TiO2粉3.0%、发泡剂0.4%、羟甲基丙基纤维素0.2%及超塑化剂0.55%。
上述一种具有电磁防护功能的超轻集料泡沫混凝土板材的制备方法，它包括如下步骤：
1）原料的选取：按各原料所占质量百分比为：水18.5%、水泥42%、超轻集料30%、碳纤维0.35%、Fe3O4粉5%、TiO2粉3.0%、发泡剂0.4%、羟甲基丙基纤维素0.2%及超塑化剂0.55%，选取水、水泥、超轻集料、碳纤维、Fe3O4粉末、TiO2粉末、发泡剂、羟甲基丙基纤维素及超塑化剂原料，备用；
2）集料的预处理：将超轻集料装袋，浸没于水中18h进行饱水处理，之后捞出沥干至饱和面干状态，得到经饱水及沥干处理的超轻集料；
3）原材料的拌合：将水分为4等份（4等份拌合水）；取其中2等份，将羟甲基丙基纤维素和超塑化剂先后溶于其中，得到溶解了羟甲基丙基纤维素和超塑化剂的拌合水；然后将碳纤维与水泥混合，用搅拌机干拌3min，得到碳纤维和水泥的混合物；再将碳纤维和水泥的混合物加入溶解了羟甲基丙基纤维素和超塑化剂的拌合水中机械搅拌3min，得到碳纤维水泥浆体；与此同时，取另1等份水，将发泡剂加入其中并用高速剪切搅拌机搅拌2min，产生大量微细泡沫，得到泡沫体（包括少量未完全形成泡沫的溶解了发泡剂的拌合水），备用；将前述拌好的碳纤维水泥浆体与泡沫体混合并机械搅拌，1min后加入经饱水及沥干处理的超轻集料，同时将剩余的1等份水加入，再加入Fe3O4粉末和TiO2粉末，继续搅拌3min后形成混凝土拌合物；
4）浇筑与成型：将上述混凝土拌合物浇筑于放置在振动台的、涂布了脱模剂的观点181cm×60cm×8cm板材模具之中，振动10s后用刮刀将表面多余的浆体括除，然后将上表面收光；
5）养护与切割：将成型好的带模试件置于密闭养护室中，通入蒸汽养护6h（蒸汽温度为65℃），然后运出养护室并脱模，切割成60cm×60cm×8cm板材，制得具有电磁防护功能的超轻集料泡沫混凝土板材（成品），其性能如下：
表1说明本发明具备电磁防护和保温隔热性能。
实施例2：
一种具有电磁防护功能的超轻集料泡沫混凝土板材，它由水、水泥、超轻集料、碳纤维、Fe3O4粉末、TiO2粉末、发泡剂、羟甲基丙基纤维素及超塑化剂为原料制备而得到，各原料所占质量百分比为：水16.5%、水泥38%、超轻集料35%、碳纤维0.4%、Fe3O4粉6.5%、TiO2粉2.5%、发泡剂0.6%、羟甲基丙基纤维素0.15%及超塑化剂0.35%。
上述一种具有电磁防护功能的超轻集料泡沫混凝土板材的制备方法，它包括如下步骤：
1）原料的选取：按各原料所占质量百分比为：水16.5%、水泥38%、超轻集料35%、碳纤维0.4%、Fe3O4粉6.5%、TiO2粉2.5%、发泡剂0.6%、羟甲基丙基纤维素0.15%及超塑化剂0.35%；选取水、水泥、超轻集料、碳纤维、Fe3O4粉末、TiO2粉末、发泡剂、羟甲基丙基纤维素及超塑化剂原料，备用；
2）集料的预处理：将超轻集料装袋，浸没于水中24h进行饱水处理，之后捞出沥干至饱和面干状态，得到经饱水及沥干处理的超轻集料；
3）原材料的拌合：将水分为4等份（4等份拌合水）；取其中2等份，将羟甲基丙基纤维素和超塑化剂先后溶于其中，得到溶解了羟甲基丙基纤维素和超塑化剂的拌合水；然后将碳纤维与水泥混合，用搅拌机干拌4min，得到碳纤维和水泥的混合物；再将碳纤维和水泥的混合物加入溶解了羟甲基丙基纤维素和超塑化剂的拌合水中机械搅拌2min，得到碳纤维水泥浆体；与此同时，取另1等份水，将发泡剂加入其中并用高速剪切搅拌机搅拌1min，产生大量微细泡沫，得到泡沫体（包括少量未完全形成泡沫的溶解了发泡剂的拌合水），备用；将前述拌好的碳纤维水泥浆体与泡沫体混合并机械搅拌，1min后加入经饱水及沥干处理的超轻集料，同时将剩余的1等份水加入，再加入Fe3O4粉末和TiO2粉末，继续搅拌2min后形成混凝土拌合物；
4）浇筑与成型：将上述混凝土拌合物浇筑于放置在振动台的、涂布了脱模剂的观点181cm×60cm×8cm板材模具之中，振动10～30s后用刮刀将表面多余的浆体括除，然后将上表面收光；
5）养护与切割：将成型好的带模试件置于密闭养护室中，通入蒸汽养护8h（蒸汽温度为65℃），然后运出养护室并脱模，切割成60cm×60cm×8cm板材，制得具有电磁防护功能的超轻集料泡沫混凝土板材（成品），其性能如下：
表2说明本发明具备电磁防护和保温隔热性能。
实施例3：
一种具有电磁防护功能的超轻集料泡沫混凝土板材，它由水、水泥、超轻集料、碳纤维、Fe3O4粉末、TiO2粉末、发泡剂、羟甲基丙基纤维素及超塑化剂为原料制备而得到，各原料所占质量百分比为：水19%、水泥40%、超轻集料31%、碳纤维0.38%、Fe3O4粉5.5%、TiO2粉2.8%、发泡剂0.55%、羟甲基丙基纤维素0.25%及超塑化剂0.52%，各原料质量百分比之和为100%。
上述一种具有电磁防护功能的超轻集料泡沫混凝土板材的制备方法，它包括如下步骤：
1）原料的选取：按各原料所占质量百分比为：水19%、水泥40%、超轻集料31%、碳纤维0.38%、Fe3O4粉5.5%、TiO2粉2.8%、发泡剂0.55%、羟甲基丙基纤维素0.25%及超塑化剂0.52%，各原料所占质量百分比之和为100%；选取水、水泥、超轻集料、碳纤维、Fe3O4粉末、TiO2粉末、发泡剂、羟甲基丙基纤维素及超塑化剂原料，备用；
2）集料的预处理：将超轻集料装袋，浸没于水中12h进行饱水处理，之后捞出沥干至饱和面干状态，得到经饱水及沥干处理的超轻集料；
3）原材料的拌合：将水分为4等份（4等份拌合水）；取其中2等份，将羟甲基丙基纤维素和超塑化剂先后溶于其中，得到溶解了羟甲基丙基纤维素和超塑化剂的拌合水；然后将碳纤维与水泥混合，用搅拌机干拌5min，得到碳纤维和水泥的混合物；再将碳纤维和水泥的混合物加入溶解了羟甲基丙基纤维素和超塑化剂的拌合水中机械搅拌1min，得到碳纤维水泥浆体；与此同时，取另1等份水，将发泡剂加入其中并用高速剪切搅拌机搅拌2min，产生大量微细泡沫，得到泡沫体（包括少量未完全形成泡沫的溶解了发泡剂的拌合水），备用；将前述拌好的碳纤维水泥浆体与泡沫体混合并机械搅拌，1min后加入经饱水及沥干处理的超轻集料，同时将剩余的1等份水加入，再加入Fe3O4粉末和TiO2粉末，继续搅拌2.5min后形成混凝土拌合物；
4）浇筑与成型：将上述混凝土拌合物浇筑于放置在振动台的、涂布了脱模剂的观点181cm×60cm×8cm板材模具之中，振动10～30s后用刮刀将表面多余的浆体括除，然后将上表面收光；
5）养护与切割：将成型好的带模试件置于密闭养护室中，通入蒸汽养护7h（蒸汽温度为65℃），然后运出养护室并脱模，切割成60cm×60cm×8cm板材，制得具有电磁防护功能的超轻集料泡沫混凝土板材（成品），其性能如下：
表3说明本发明具备电磁防护和保温隔热性能。
本发明所列举的各原料都能实现本发明，以及各原料的上下限取值、区间值都能实现本发明，本发明的工艺参数（如搅拌时间等）的上下限取值以及区间值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。

Claims (3)

1.一种具有电磁防护功能的超轻集料泡沫混凝土板材，其特征在于：它由水、水泥、超轻集料、碳纤维、Fe3O4粉末、TiO2粉末、发泡剂、羟甲基丙基纤维素及超塑化剂原料经拌合、浇筑、成型、养护而得到；各原料所占质量百分比为：水15%~20%、水泥38%~42%、超轻集料30%~35%、碳纤维0.35%~0.4%、Fe3O4粉5%~6.5%、TiO2粉2.5%~3.0%、发泡剂0.4%~0.6%、羟甲基丙基纤维素0.15%~0.25%、超塑化剂0.35%~0.55%，各原料所占质量百分比之和为100%；
所述的超轻集料是采用粘土、粉煤灰、湖泊或河流淤泥、污水处理厂污泥其中一种或多种按任意配比配料、造粒并经烧制而得到，烧制温度为1200℃，升温速率为30~50℃/min，保温时间为5-10min，其表观容重为400～500kg/m3，粒径<10mm。
2.根据权利要求1所述的一种具有电磁防护功能的超轻集料泡沫混凝土板材，其特征在于：所述的水泥为市售普通硅酸盐水泥。
3.如权利要求1所述的一种具有电磁防护功能的超轻集料泡沫混凝土板材的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：
1）原料的选取：按各原料所占质量百分比为：水15%~20%、水泥38%~42%、超轻集料30%~35%、碳纤维0.35%~0.4%、Fe3O4粉5%~6.5%、TiO2粉2.5%~3.0%、发泡剂0.4%~0.6%、羟甲基丙基纤维素0.15%~0.25%、超塑化剂0.35%~0.55%，各原料所占质量百分比之和为100%；选取水、水泥、超轻集料、碳纤维、Fe3O4粉末、TiO2粉末、发泡剂、羟甲基丙基纤维素及超塑化剂原料，备用；
2）集料的预处理：将超轻集料装袋，浸没于水中12~24h进行饱水处理，之后捞出沥干至饱和面干状态，得到经饱水及沥干处理的超轻集料；
3）原材料的拌合：将水分为4等份；取其中2等份，将羟甲基丙基纤维素和超塑化剂先后溶于其中，得到溶解了羟甲基丙基纤维素和超塑化剂的拌合水；然后将碳纤维与水泥混合，用搅拌机干拌3～5min，得到碳纤维和水泥的混合物；再将碳纤维和水泥的混合物加入溶解了羟甲基丙基纤维素和超塑化剂的拌合水中机械搅拌1～3min，得到碳纤维水泥浆体；取另1等份水，将发泡剂加入其中并用高速剪切搅拌机搅拌1～3min，得到泡沫体，备用；将前述拌好的碳纤维水泥浆体与泡沫体混合并机械搅拌，1min后加入经饱水及沥干处理的超轻集料，同时将剩余的1等份水加入，再加入Fe3O4粉末和TiO2粉末，继续搅拌2～3min后形成混凝土拌合物；
4）浇筑与成型；
5）养护与切割，制得具有电磁防护功能的超轻集料泡沫混凝土板材。
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CN1657475A (zh) * 2005-03-01 2005-08-24 蒋发学 墙体外保温材料
CN1978375A (zh) * 2005-11-30 2007-06-13 甘肃省建材科研设计院 轻集料砼保温板

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