CN108424050A - 一种电磁屏蔽混凝土、混凝土预制板及混凝土预制板的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混凝土、混凝土预制板及混凝土预制板的制备方法，解决了现有混凝土导电、电磁屏蔽及力学增韧有待提高的问题。所述混凝土原材料按重量计包括：水泥14‑16份，高铁含量废渣8‑10份，废弃导电橡胶2‑2.5份，聚苯胺高聚物纳米管1‑2份，炭黑1‑2份，石英砂30‑34份，石子32‑36份，水7‑8份，高效减水剂1.8‑2份。本发明混凝土预制板由混凝土浇注而成，且设有多层腔体结构金属网。本发明混凝土废弃物利用率高、成本低，同时兼具导电、电磁屏蔽及力学增强增韧，本发明混凝土预制板的制备方法工艺简单可靠、生产成本低。

Description

一种电磁屏蔽混凝土、混凝土预制板及混凝土预制板的制备 方法

技术领域

本发明涉及一种混凝土、混凝土预制板及混凝土预制板的制备方法。

背景技术

混凝土是目前使用量最大的土木工程材料之一。而混凝土预制构件是一种新兴的建筑工业化生产方式，混凝土预制构件是目前混凝土材料发展的一个重要方向。

电磁屏蔽混凝土是通过在混凝土中引入电磁屏蔽功能组分而获得的一种具有防护或遮挡电磁波的混凝土材料，可防止建筑内部的电磁泄露，也可防止外部的电磁污染对室内设备及人体的危害。目前电磁屏蔽混凝土最常用的电磁屏蔽功能组分为碳纤维、钢纤维、铁粉、石墨粉。例如，中国专利CN104478348B公开了一种掺加碳纤维、铁粉等功能组分的电磁屏蔽混凝土；中国专利CN102219447B公开了一种掺加钢纤维、碳纤维、石墨粉等功能组分的电磁屏蔽混凝土；中国专利CN105418036A公开了一种掺加碳纤维、炭黑等功能组分的电磁屏蔽混凝土；中国专利CN1293012C公开了一种掺加铁氧体粉末、石墨粉、铁粉、碳纤维等功能组分的电磁屏蔽混凝土。然而，为了获得较好的电磁屏蔽效果，往往需要掺加大量的碳纤维、钢纤维、石墨粉等电磁屏蔽功能组分，由此带来较高的生产成本。其二，现有常规使用的石墨粉、铁粉等功能组分粒径较粗，难以在混凝土内部形成良好级配并与导电纤维一起搭接成为良好的导电网络，由此导致电磁屏蔽效果不佳；其三，未能从混凝土构件整体的角度考虑混凝土结构对电磁屏蔽效果的影响。因此，为了节约混凝土电磁屏蔽组分的成本，同时能保证良好的电磁屏蔽效果，迫切需要一种具有较高废弃物利用率，同时从材料的角度考虑电磁屏蔽功能组分的级配及良好搭接，从构件的角度考虑结构对电磁屏蔽的提升，形成一种具有导电、电磁屏蔽及力学增韧功能的绿色混凝土预制构件。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种废弃物利用率高、成本低，同时兼具导电、电磁屏蔽及力学增强增韧的多重功能的混凝土。

本发明还提供一种采用上述混凝土浇注而成的混凝土预制板。

本发明还提供一种工艺简单可靠、生产成本低的混凝土预制板的制备方法。

本发明混凝土的原材料按重量计包括：水泥14-16份，高铁含量废渣8-10份，废弃导电橡胶2-2.5份，聚苯胺高聚物纳米管1-2份，炭黑1-2份，石英砂30-34份，石子32-36份，水7-8份，高效减水剂1.8-2份。

所述废弃导电橡胶粒径在40-50μm，所述高铁含量废渣粒径在2.5μm以下，所述炭黑粒径为15-20μm，所述聚苯胺高聚物纳米管直径为10-20nm，长度为3-4μm。

所述废弃导电橡胶和高铁含量废渣均采用湿磨工艺磨细制得。

所述高铁含量废渣为铁渣粉、钢渣粉或镍铁合金渣粉中的至少一种，铁含量大于等于15％。

所述废弃导电橡胶为废旧硬质导电硅橡胶和/或导电塑料。

所述炭黑为乙炔气热裂解而成的超导电炭黑。

一种混凝土预制板，由上述混凝土浇注成型而成。

所述混凝土预制板内设有多层腔体结构的金属网，所述金属网的水平截面为中空的方框形或环形，所述金属网中金属丝的直径为2-10mm。

上述混凝土预制板的制备方法，包括

混凝土原料按重量计包括：水泥14-16份，高铁含量废渣8-10份，废弃导电橡胶2-2.5份，聚苯胺高聚物纳米管1-2份，炭黑1-2份，石英砂30-34份，石子32-36份，水7-8份，高效减水剂1.8-2份；

包括以下步骤：

1)将聚苯胺高聚物纳米管加入水中进行超声预分散，得到聚苯胺高聚物纳米管混合物备用；高铁含量废渣和废弃导电橡胶分别加水湿磨得到高铁含量废渣粉混合物及废弃导电橡胶粉混合物备用；

2)将所述高铁含量废渣粉混合物、废弃导电橡胶粉混合物与自然级配的石英砂及石子混合搅拌，再加入水泥与炭黑进一步搅拌得到拌合物；

3)将步骤1)得到的聚苯胺高聚物纳米管混合物及高效减水剂加入步骤3)得到的拌合物中，混合搅拌得到混凝土拌合物；

4)将多层腔体结构金属网放置到混凝土板模具的中央位置；

5)将步骤3)得到的混凝土拌合物浇注入步骤4)所述的模具中，振捣并抹平，固化后拆模，得到混凝土预制板。

所述废弃导电橡胶粒径在40-50μm，所述高铁含量废渣粒径在2.5μm以下，所述炭黑粒径为15-20μm，所述聚苯胺高聚物纳米管直径为10-20nm，长度为3-4μm。

针对背景技术中存在的问题，发明人对现有的混凝土配方进行深入的研究，摒弃现有电磁屏蔽用较贵的常规材料(如碳纤维、钢纤维、石墨粉等)，选用具有电磁屏蔽潜力的工业废弃物进行替代，如高铁含量废渣(如铁渣粉、钢渣粉、镍铁合金渣)、废弃导电橡胶等。这类材料虽然具有潜在的电磁屏蔽和导电特性，但是由于是废弃材料，因而存在活性低、粒径级配不良的问题，不经级配直接加入混凝土中时，易造成混凝土力学性能、耐久性能的显著降低，其自身的电磁屏蔽和导电特性也不能得到充分发挥。基于此，发明人作出如下改进：

(1)对关键组分的粒径进行限定，限定聚苯胺高聚物纳米管的直径为10-20nm，长度为3-4μm，可以在纳米尺度上发挥电磁屏蔽特性，同时促进水化，增强增韧；将高铁含量废渣超细化研磨至亚微米级的2.5μm以下，是考虑促进其中导电铁相的剥离及溶出，在亚微米尺度上发挥屏蔽功能；将超导电炭黑粒径控制在微米级别的15-20μm，废弃导电橡胶研磨至微米级别的40-50μm，可以使导电颗粒更加均匀的分散于混凝土内部，形成良好导电骨架位点，在微米尺度上发挥电磁屏蔽作用，同时降低大颗粒炭黑及橡胶对混凝土力学性能的负面效应。由此，通过进一步优化级配可在纳米、亚微米、微米尺度上形成良好导电级配，提高混凝土制品的导电能力、充分发挥电磁屏蔽的效果。

(2)采用湿磨研磨方式对高铁含量废渣超细化，湿磨过程一方能够使这类废弃物的潜在水化活性得到极大的提高，大大降低电磁屏蔽组分对混凝土强度的负面影响，另一方面，湿磨过程也能促进高铁含量废渣中的铁、铝等金属物相的分离，同时更细的颗粒粒径可细化电磁屏蔽混凝土内部的孔隙，优化微观结构，从而将缺点变优点，进一步提高混凝土的力学性能、导电性能、电磁屏蔽性能和耐久性能。

(3)发明人特别添加了聚苯胺高聚物纳米管，该纳米管不同于其它纳米管，具有导电性高，易制备，与混凝土适应性好，且具有加速水泥水化的特点，不仅能从纳米尺度上提供电磁屏蔽作用，还能为水泥等胶凝材料的水化提供晶核生长位点，促进水化的进行，从而起到微观增强增韧的作用。所述聚苯胺高聚物纳米管的添加量优选在1-2份，过多会造成聚苯胺高聚物纳米管分散性不良及成本过高，过少则不能保证良好的电磁屏蔽效果。

(4)混凝土预制板中不仅采用上述混凝土原料浇注而成，并且取代了过去预制板中加入多根增强钢筋的结构，创造性设置方框形或环形的多层腔体结构的金属网，采用多层腔体结构较普通单层丝网结构而言，具有更加显著的结构屏蔽效果及增强增韧效果，也易于浇注，优选所述金属网中金属丝的直径为2-10mm，过大会增加混凝土预制件成本及预制件自重，过小会则不利于增强增韧效果。除了增强混凝土构件的力学性能外，多层腔体结构还能在宏观尺度上(毫米至米)形成良好的导电网络，配合混凝土中的导电级配，在微观和宏观两个层面上实现导电、电磁屏蔽、力学增强增韧的多重功能。

有益效果：

本发明混凝土采用较高用量的废弃电磁屏蔽材料，取代常规组分，降低混凝土成本且对环境友好；采用湿磨工艺可极大程度上促进废渣的潜在活性，从而降低电磁屏蔽组分对混凝土强度的负面影响；电磁屏蔽组分的纳微尺度及宏观尺度的级配与匹配效果，从而形成更加良好的导电网络，提高电磁屏蔽效果；本发明混凝土预制板在使用本发明混凝土浇注的基础上，采用了多层腔体结构金属网实现结构屏蔽，结合混凝土的导电级配，从微观和宏观层面上全面提高混凝土预制板的导电、电磁屏蔽和力学性能。

附图说明

图1为本发明混凝土预制板横截面剖图。

图2为本发明混凝土预制板立面剖图。

其中，1-混凝土预制板、2－多层腔体结构的金属网、3－多层腔体。

具体实施方式

表1实施例1-7的混凝土原料组成(重量份数计)

上述实施例中，聚苯胺高聚物纳米管为实验合成(方法参照文献UltrasonicsSonochem,2003,(10):77-80；Polym Engineering and Sc i,2003,43(5):1138-1141)，直径10-20nm，长度为3-4μm；高铁含量废渣(铁渣粉、钢渣粉、镍铁合金渣粉)来源于武钢炼钢厂排放的高铁含量废渣，湿磨至粒径2.5μm以下；所述炭黑为乙炔气热裂解而成的超导电炭黑，为市购，粒径为15-20μm；废弃导电橡胶(废旧硬质导电硅橡胶、废旧导电塑料)来源于废弃橡胶回收厂，湿磨至粒径40-50μm。

所述高铁含量废渣和废弃导电橡胶分别采用湿磨工艺加水湿磨，物料与磨球之间的比例为3:7，转速为60Hz，分别得到高铁含量废渣粉混合物及废弃导电橡胶粉混合物备用；所述聚苯胺高聚物纳米管加入水中进行超声预分散，得到聚苯胺高聚物纳米管混合物备用；所述湿磨工艺和超声分散工艺中水分的添加量计入原料的含水总量(7-8份)中。

混凝土比较例1：

原料中除不添加聚苯胺高聚物纳米管外，其余同实施例1。

混凝土比较例2：

原料中高铁含量废渣和废弃导电橡胶粉分别磨细至中值粒径2.5μm及45μm，其余原料自然级配，其余同实施例1.

混凝土比较例3

采用铁粉和橡胶粉替代高铁含量废渣和废弃导电橡胶粉，所有原料自然级配，其余同实施例1。

采用混凝土抗折试验机及抗压试验机测试本产品混凝土的力学性能，采用AV3619型射频一体化矢量网格分析仪测试本发明产品的电磁屏蔽性能。

表2实施例1-7和比较例1-3混凝土主要性能

使用混凝土实施例1-7的原料进行下述步骤得到混凝土预制板1-7：

1)将聚苯胺高聚物纳米管加入水中进行超声预分散，得到聚苯胺高聚物纳米管混合物备用；高铁含量废渣和废弃导电橡胶分别加水湿磨得到高铁含量废渣粉混合物及废弃导电橡胶粉混合物备用；

2)将所述高铁含量废渣粉混合物、废弃导电橡胶粉混合物与自然级配的石英砂及石子混合搅拌，再加入水泥与炭黑进一步搅拌得到拌合物；

3)将步骤1)得到的聚苯胺高聚物纳米管混合物及高效减水剂加入步骤3)得到的拌合物中，混合搅拌得到混凝土拌合物(即本发明混凝土)；

4)将多层腔体结构金属网放置到混凝土板模具的中央位置；

5)将步骤3)得到的混凝土拌合物浇注入步骤4)所述的模具中，振捣并抹平，固化后拆模，得到混凝土预制板1-7。

所述混凝土预制板结构参见图1及图2，混凝土预制板1内中央位置设有多层腔体结构的金属网2，从图1的横截面剖图上看，其为中空的方框形，从图2的立面剖图上看，可以看到多层金属网之间具有的多层腔体3，腔体3内填充有混凝土，所述金属网中金属丝的直径为2-10mm。

混凝土预制板比较例1：

除不设置多层腔体结构的金属网2外，其余同混凝土预制板实施例1。

采用MTS试验机评价本发明产品的力学性能，采用屏蔽室窗口测试法评价本发明产品的电磁屏蔽性能。

表3混凝土预制板实施例1-7和比较例1主要性能

Claims (10)

1.一种具有导电、电磁屏蔽及力学增韧功能的混凝土，其特征在于，原材料按重量计包括：水泥14-16份，高铁含量废渣8-10份，废弃导电橡胶2-2.5份，聚苯胺高聚物纳米管1-2份，炭黑1-2份，石英砂30-34份，石子32-36份，水7-8份，高效减水剂1.8-2份。

2.如权利要求1所述的具有导电、电磁屏蔽及力学增韧功能的混凝土，其特征在于，所述废弃导电橡胶粒径在40-50μm，所述高铁含量废渣粒径在2.5μm以下，所述炭黑粒径为15-20μm，所述聚苯胺高聚物纳米管直径为10-20nm，长度为3-4μm。

3.如权利要求2所述的具有、电磁屏蔽及力学增韧功能的混凝土，其特征在于，所述废弃导电橡胶和高铁含量废渣均采用湿磨工艺磨细制得。

4.如权利要求1-3任一项所述的具有、电磁屏蔽及力学增韧功能的混凝土，其特征在于，所述高铁含量废渣为铁渣粉、钢渣粉或镍铁合金渣粉中的至少一种，铁含量大于等于15％。

5.如权利要求1-3任一项所述的具有、电磁屏蔽及力学增韧功能的混凝土，其特征在于，所述废弃导电橡胶为废旧硬质导电硅橡胶和/或导电塑料。

6.如权利要求1-3任一项所述的具有、电磁屏蔽及力学增韧功能的混凝土，其特征在于，所述炭黑为乙炔气热裂解而成的超导电炭黑。

7.一种混凝土预制板，其特征在于，采用权利要求1-6任一项混凝土浇注成型而成。

8.如权利要求7所述的混凝土预制板，其特征在于，所述混凝土预制板内设有多层腔体结构的金属网，所述金属网的水平截面为中空的方框形或环形，所述金属网中金属丝的直径为2-10mm。

9.一种权利要求7或8所述混凝土预制板的制备方法，其特征在于，

所述混凝土原材料按重量计包括：水泥14-16份，高铁含量废渣8-10份，废弃导电橡胶2-2.5份，聚苯胺高聚物纳米管1-2份，炭黑1-2份，石英砂30-34份，石子32-36份，水7-8份，高效减水剂1.8-2份；

包括以下步骤：

1)将聚苯胺高聚物纳米管加入水中进行超声预分散，得到聚苯胺高聚物纳米管混合物备用；高铁含量废渣和废弃导电橡胶分别加水湿磨得到高铁含量废渣粉混合物及废弃导电橡胶粉混合物备用；

2)将所述高铁含量废渣粉混合物、废弃导电橡胶粉混合物与自然级配的石英砂及石子混合搅拌，再加入水泥与炭黑进一步搅拌得到拌合物；

3)将步骤1)得到的聚苯胺高聚物纳米管混合物及高效减水剂加入步骤3)得到的拌合物中，混合搅拌得到混凝土拌合物；

4)将多层腔体结构金属网放置到混凝土板模具的中央位置；

5)将步骤3)得到的混凝土拌合物浇注入步骤4)所述的模具中，振捣并抹平，固化后拆模，得到混凝土预制板。

10.如权利要求9所述混凝土预制板的制备方法，其特征在于，所述废弃导电橡胶粒径在40-50μm，所述高铁含量废渣粒径在2.5μm以下，所述炭黑粒径为15-20μm，所述聚苯胺高聚物纳米管直径为10-20nm，长度为3-4μm。