CN112110700B - 一种电磁屏蔽混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁屏蔽混凝土及其制备方法，涉及混凝土材料技术领域。一种电磁屏蔽混凝土，由包括以下重量份的混凝土原料制得:水泥450‑550份，碎石950‑1050份，砂子500‑600份，沸石粉100‑160份，水120‑180份；所述混凝土原料还包括添加剂和调节剂；所述添加剂包括以下重量份的原料：碳纤维4‑8份，钢纤维2‑8份；所述调节剂由以下重量份的原料组成：石墨粉35‑45份，盐酸金刚烷胺8‑15份，铝溶胶15‑25份；电磁屏蔽混凝土具有电磁屏蔽性能好的优点。电磁屏蔽混凝土的制备方法包括以下步骤：添加剂制备、调节剂制备、混料和混凝土制备等；其具有可提高混凝土电磁屏蔽性能的优点。

Description

一种电磁屏蔽混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土材料技术领域，尤其是涉及一种电磁屏蔽混凝土及其制备方法。

背景技术

随着时代的发展，电子通信技术得到快速发展，由此带来的电磁辐射污染问题越来越受到人们的重视。尤其是军事工程领域，电磁辐射给军事设施带来一定的干扰，存在一定的安全隐患。人们开始研究电磁屏蔽混凝土，电磁屏蔽混凝土是在混凝土中引入具有电磁屏蔽功能组分的混凝土，可减弱外部的电磁污染给室内的设备和人体带来的危害。

CN109336515A公开了一种高频电磁屏蔽混凝土及其制备方法，其组成包括：普通硅酸盐水泥、不锈钢纤维、石墨、焦碳、水、砂子，该混凝土组成重量份数为：普通硅酸盐水泥100份、不锈钢纤维1.5-2.5份、石墨10-15份，焦碳含量10-15份、水35-55份、砂250-300份。该技术方案通过在混凝土中加入具有电磁屏蔽功能的石墨、焦炭和不锈钢纤维，制备出具有电磁屏蔽功能的混凝土。

然而，石墨、焦炭与混凝土中其它组分之间的相容性不佳，容易导致电磁屏蔽混凝土中石墨和焦炭的分布不均，不便于更好地发挥混凝土的电磁屏蔽功能。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种电磁屏蔽混凝土，其具有电磁屏蔽性能好和抗压性能好的优点。

本发明的第二个目的在于提供一种电磁屏蔽混凝土的制备方法，其具有可提高混凝土电磁屏蔽性能的优点。

为实现上述第一个目的，本发明提供了如下技术方案：一种电磁屏蔽混凝土，主要由包括以下重量份的混凝土原料制得:水泥450-550份，碎石950-1050份，砂子500-600份，沸石粉100-160份，水120-180份；所述混凝土原料还包括添加剂和调节剂；所述添加剂包括以下重量份的添加剂原料：碳纤维4-8份，钢纤维2-8份，聚羧酸类减水剂20-50份；所述调节剂由以下重量份的原料组成：石墨粉35-45份，盐酸金刚烷胺8-15份，铝溶胶15-25份。

通过采用上述技术方案，在混凝土中加入石墨粉、碳纤维和钢纤维等低电阻的导电材料，石墨粉、碳纤维和钢纤维对电磁波能量具有优异的吸收作用，钢纤维对电磁波辐射能量还具有一定的反射作用，当电磁波辐射传递至电磁屏蔽混凝土产品时，电磁屏蔽混凝土产品中石墨粉、碳纤维和钢纤维对电磁波中的能量进行吸收和反射，使电磁辐射损耗而阻碍电磁波能量传递，使混凝土具有优异的电磁屏蔽性能；在混凝土中加入铝溶胶，铝溶胶中含有一定量的高粘度的胶体粒子，铝溶胶中的胶体粒子与石墨粉结合，有助于改变石墨粉的表面性质，有助于防止石墨漂浮或沉降，提高石墨粉与混凝土中其它组分的相容性，提高石墨粉的分散度；在混凝土中加入盐酸金刚烷胺，盐酸金刚烷烷胺分子上同时含有亲水性的胺基基团和亲油性的金刚烷基，金刚烷基上含有三个相互连接的碳六元环，金刚烷基与石墨粉之间具有一定的相互吸附作用，在混凝土中加入盐酸金刚烷胺有助于提高石墨粉与混凝土中的水泥等其它组分之间的相容性，使石墨粉更均匀分散在混凝土中，提高密实性，更好地发挥电磁屏蔽功效，提高混凝土产品电磁屏蔽性能，同时有助于提高混凝土抗压性能；而在混凝土施工完成后，盐酸金刚烷胺分子中的氯离子被吸附储存在沸石粉的孔道中，降低混凝土中游离态的氯离子浓度，有助于提高混凝土抗腐蚀性能，延长混凝土使用寿命。本申请通过同时加入铝溶胶、盐酸金刚烷胺和沸石粉，有助于扩大电磁屏蔽混凝土产品的电磁屏蔽范围，本申请制备的电磁屏蔽混凝土产品能有效屏蔽频率为10MHz-1500MHz的电磁波辐射。

优选的，主要由包括以下重量份的混凝土原料制得:水泥480-520份，碎石980-1020份，砂子540-560份，沸石粉100-160份，水120-180份；所述添加剂包括以下重量份的添加剂原料：碳纤维4-8份，钢纤维4-6份，聚羧酸类减水剂20-50份；所述调节剂由以下重量份的原料组成：石墨粉35-45份，盐酸金刚烷胺10-12份，铝溶胶18-22份。

通过采用上述技术方案，使用更优的混凝土原料配比，有助于提高混凝土的稳定性，更好地发挥混凝土电磁屏蔽功效，同时有助于改善混凝土机械性能。

优选的，所述铝溶胶为纳米铝溶胶，所述纳米铝溶胶的中位粒径为10-30nm，所述纳米铝溶胶的固含量为15-20％。

通过采用上述技术方案，使用粒径大小和固含量合适的纳米铝溶胶，有助于提高混凝土的稳定性，有助于石墨粉均匀分散在混凝土中，更好地发挥电磁屏蔽功效，提高混凝土电磁屏蔽性能。

优选的，所述碎石的粒径为5-15mm，所述砂子的粒径为0.5-5mm，所述沸石粉的粒径为不大于60μm。

通过采用上述技术方案，使用粒径大小合适的碎石、砂子和沸石粉，有助于提高混凝土的机械性能，提高混凝土抗压性能，有助于延长混凝土使用寿命。

优选的，所述碳纤维长度为8mm，所述钢纤维的长度为6mm，所述石墨粉的粒径为不大于50μm。

通过采用上述技术方案，通过控制碳纤维、钢纤维和石墨粉的尺寸，有助于提高碳纤维、钢纤维和石墨粉在混凝土中的分散度，更好地发挥电磁屏蔽功效，提高电磁屏蔽效果。

优选的，所述添加剂原料还包括2-4重量份的凹凸棒土。

通过采用上述技术方案，在混凝土中加入少量具有一定的触变性能的凹凸棒土，使混凝土具有一定的触变性，在混凝土制备和施工时混凝土具有一定的流动性，提高施工便利性；当施工完成，混凝土开始硬化后，混凝土又具有较高的粘度，有助于提高混凝土抗压性能，有助于延长产品使用寿命。

优选的，所述添加剂原料还包括1-4重量份的羟丙基淀粉醚。

通过采用上述技术方案，在混凝土中加入一定量的羟丙基淀粉醚，有助于提高混凝土保水性，有助于使水泥充分水化，有助于减少空鼓，有助于提高混凝土抗裂性能和抗压性能，有助于延长产品使用寿命。

优选的，所述钢纤维为波浪形钢纤维。

通过采用上述技术方案，使用波浪形钢纤维，有助于吸收更多的电磁波辐射，提高电磁屏蔽效果，扩大电磁屏蔽范围。

为实现上述第二个目的，本发明提供了如下技术方案：一种电磁屏蔽混凝土的制备方法，包括以下步骤：

S1添加剂制备：称取添加剂原料，混合均匀，制得添加剂；

S2调节剂制备：称取调节剂原料，混合均匀，制得调节剂；

S3混料：按设定的比例称取碎石，加入砂子、沸石粉和水泥，混合均匀，制得粉料；

S4混凝土制备：按设定的比例称取水，以200-500转/分钟的转速搅拌，加入步骤S1制得的添加剂和步骤S2制得的调节剂，搅拌80-150s，再加入步骤S3制得的粉料，继续搅拌100-300s，制得电磁屏蔽混凝土。

通过采用上述技术方案，先将石墨粉、铝溶胶和盐酸金刚烷胺等调节剂原料混合均匀制备成调节剂，有助于充分发挥铝溶胶和盐酸金刚烷胺的分散功效，提高石墨粉的分散度，更好地发挥电磁屏蔽功能，有助于提高混凝土电磁屏蔽性能。

综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

1.在混凝土中加入石墨粉、碳纤维和钢纤维，使混凝土具有一定的电磁屏蔽功效；在混凝土中加入盐酸金刚烷胺，盐酸金刚烷胺分子上同时含有亲水性的胺基和亲油性的金刚烷基，金刚烷基对石墨粉具有一定的吸附作用，盐酸金刚烷胺对石墨粉表面进行改性，提高石墨粉与水泥等混凝土中其它组分之间的相容性，提高混凝土抗压性能，加入含有胶体粒子的高粘性的铝溶胶，有助于提高石墨粉的稳定性，有助于使石墨粉更均匀分散在混凝土中，更好地发挥电磁屏蔽功效，改善电磁屏蔽效果；而加入盐酸金刚烷胺引入了对混凝土抗腐蚀性不利的氯离子，加入沸石粉有助于减少混凝土中游离态的氯离子，提高混凝土抗腐蚀性，有助于延长混凝土使用寿命；

2.本申请通过控制铝溶胶、石墨粉、碳纤维和钢纤维的尺寸，有助于提高石墨粉、碳纤维和钢纤维在混凝土中的分散度，更好地发挥电磁屏蔽功效，有助于提高混凝土电磁屏蔽性能；

3.本申请通过加入凹凸棒土、加入羟丙基淀粉醚、控制碎石粒径等方式，有助于提高混凝土抗裂性能和抗压性能，有助于延长混凝土使用寿命。

具体实施方式

实施例

本发明所涉及的原料均为市售，部分原料的型号及来源如表1所示。

表1原料的规格型号及来源

以下实施例中使用的碎石、砂子均产自四川，碎石为山体岩石经爆破和粉碎制得的碎石，砂子为机制砂。纳米铝溶胶是以异丙醇铝为原料，将异丙醇铝水解制得的含有AlOOH胶体粒子的铝溶胶水溶液。

实施例1：一种电磁屏蔽混凝土制备方法，包括如下步骤：

S1添加剂制备：称取0.6kg碳纤维，加入0.5kg钢纤维、4kg聚羧酸类减水剂、0.3kg凹凸棒土和0.2kg羟丙基淀粉醚，混合均匀，制得添加剂。

S2调节剂制备：用孔径为50μm的筛网筛分石墨粉，粒径大于50μm的颗粒用粉碎机粉碎至粒径不大于50μm为止，选用粒径不大于50μm的石墨粉。称取4kg粒径不大于50μm的石墨粉，加入1.1kg盐酸金刚烷胺和2kg铝溶胶(杭州九朋新材料有限责任公司，型号为CY-L10A，中位粒径D50为10nm，固含量20％，中位粒径为累计粒度分布达到50％时所对应的粒径)，混合均匀，制得调节剂。

S3混料：用孔径分别为5mm和15mm的筛网筛分碎石，粒径大于15mm的颗粒用粉碎机粉碎至粒径不大于15mm为止，选用粒径为5-15mm的碎石颗粒。用孔径分别为0.5mm和5mm的筛网筛分砂子，粒径大于5mm的颗粒用粉碎机粉碎至粒径不大于5mm为止，选用粒径为0.5-5mm的砂子颗粒。用孔径为60μm的筛网筛分沸石粉，粒径大于60μm的颗粒用粉碎机粉碎至粒径不大于60μm为止，选用粒径不大于60μm的沸石粉。称取100kg粒径为5-15mm的碎石，加入55kg粒径为0.5-5mm的砂子、12kg粒径不大于60μm的沸石粉和50kg水泥，混合均匀，制得粉料。

S4混凝土制备：称取15kg水，以400转/分钟的转速搅拌，加入步骤S1制得的添加剂和步骤S2制得的调节剂，搅拌120s，再加入步骤S3制得的粉料，继续搅拌200s，制得电磁屏蔽混凝土。

实施例2

实施例2与实施例1的区别在于，实施例2使用的铝溶胶规格不同，实施例2用中位粒径为30nm、固含量为15％的铝溶胶，其它均与实施例1保持一致。

实施例3

实施例3与实施例1的区别在于，实施例3不加入凹凸棒土，其它均与实施例1保持一致。

实施例4

实施例4与实施例1的区别在于，实施例4不加入羟丙基淀粉醚，其它均与实施例1保持一致。

实施例5-12

实施例5-12与实施例1的区别在于，实施例5-12各原料的添加量不同,实施例5-12各步骤工艺参数与实施例1保持一致，实施例5-12中使用的碎石、砂子、沸石粉和石墨粉的粒径均与实施例1保持一致，实施例5-12各原料的添加量见表2。

表2实施例5-12的各原料的加量

实施例13-16

实施例13-16与实施例1的区别在于，实施例13-16工艺参数不同，实施例13-16工各原料的添加量与实施例1保持一致，实施例13-16中使用的碎石、砂子、沸石粉和石墨粉的粒径均与实施例1保持一致，实施例13-16工艺参数见表3。

表3实施例13-16的步骤中的参数

对比例

对比例1

对比例1与实施例1的区别在于，对比例1不加入铝溶胶和盐酸金刚烷胺，其它均与实施例1保持一致。

性能检测

1、抗压强度：参照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》，将混凝土产品制作成若干边长为150mm的标准试块，室温养护28天，参照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行抗压强度，实验结果如表4。

2、电磁屏蔽效能检测：将电磁屏蔽混凝土样品制备成3.6mm的试件，采用AglientHP 4291B阻抗分析仪对样品在600MHz-1GHz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。

表4不同混凝土产品性能测试结果对比表

对比例1未加入铝溶胶和盐酸金刚烷胺，制备出的电磁屏蔽混凝土产品电磁屏蔽效能不高，电磁屏蔽效果不佳，抗压性能不佳，不利于产品市场推广。

对比实施例1和对比例1的实验结果，可以看出，在制备电磁屏蔽混凝土的过程中，加入铝溶胶和盐酸金刚烷胺，制备出的电磁屏蔽混凝土产品的抗压性能和电磁屏蔽性能均显著提升，有助于延长使用寿命，有利于产品市场推广。

对比实施例1和实施例2的实验结果，实施例2用不同规格的铝溶胶，制备出的产品抗压性能和电磁屏蔽效果差别不大。对比实施例1和实施例3的实验结果，实施例3未加入凹凸棒土，制备出的产品电磁屏蔽性能差别不大，抗压性能显著降低，不利于产品市场推广。对比实施例1和实施例4的实验结果，实施例4未加入羟丙基淀粉醚，制备出的产品电磁屏蔽性能差别不大，抗压性能显著降低，不利于产品市场推广。

相比于实施例1，实施例5-12各原料的添加量不同，制备出的产品具有优异的抗压性能和电磁屏蔽性能，有助于延长产品使用寿命，有利于产品市场推广。相比于实施例1，实施例13-16制备过程中工艺参数有所变化，制备出的产品具有优异的抗压性能和电磁屏蔽性能，有助于延长产品使用寿命，有利于产品市场推广。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电磁屏蔽混凝土，其特征在于，主要由包括以下重量份的混凝土原料制得:水泥450-550份，碎石950-1050份，砂子500-600份，沸石粉100-160份，水120-180份；所述混凝土原料还包括添加剂和调节剂；所述添加剂包括以下重量份的添加剂原料：碳纤维4-8份，钢纤维2-8份，聚羧酸类减水剂20-50份；所述调节剂由以下重量份的原料组成：石墨粉35-45份，盐酸金刚烷胺8-15份，铝溶胶15-25份；所述铝溶胶为纳米铝溶胶，所述纳米铝溶胶的中位粒径为10-30nm，所述纳米铝溶胶的固含量为15-20%；所述石墨粉的粒径为不大于50μm。

2.根据权利要求1所述的一种电磁屏蔽混凝土，其特征在于，主要由包括以下重量份的混凝土原料制得:水泥480-520份，碎石980-1020份，砂子540-560份，沸石粉100-160份，水120-180份；所述添加剂包括以下重量份的添加剂原料：碳纤维4-8份，钢纤维4-6份，聚羧酸类减水剂20-50份；所述调节剂由以下重量份的原料组成：石墨粉35-45份，盐酸金刚烷胺10-12份，铝溶胶18-22份。

3.根据权利要求1所述的一种电磁屏蔽混凝土，其特征在于：所述碎石的粒径为5-15mm，所述砂子的粒径为0.5-5mm，所述沸石粉的粒径为不大于60μm。

4.根据权利要求3所述的一种电磁屏蔽混凝土，其特征在于：所述碳纤维长度为8mm，所述钢纤维的长度为6mm。

5.根据权利要求1所述的一种电磁屏蔽混凝土，其特征在于：所述添加剂原料还包括2-4重量份的凹凸棒土。

6.根据权利要求1所述的一种电磁屏蔽混凝土，其特征在于：所述添加剂原料还包括1-4重量份的羟丙基淀粉醚。

7.根据权利要求1所述的一种电磁屏蔽混凝土，其特征在于：所述钢纤维为波浪形钢纤维。

8.一种如权利要求1-7任一项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：

S1添加剂制备：称取添加剂原料，混合均匀，制得添加剂；

S2调节剂制备：称取调节剂原料，混合均匀，制得调节剂；

S3混料：按设定的比例称取碎石，加入砂子、沸石粉和水泥，混合均匀，制得粉料；

S4混凝土制备：按设定的比例称取水，以200-500转/分钟的转速搅拌，加入步骤S1制得的添加剂和步骤S2制得的调节剂，搅拌80-150s，再加入步骤S3制得的粉料，继续搅拌100-300s，制得电磁屏蔽混凝土。