CN112125582A - 一种水泥基导电复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种水泥基导电复合材料，涉及水泥材料技术领域，按重量份计包括以下组分：水泥80～100份；粉煤灰110～140份；硅灰80～100份；水70～120份；减水剂1～5份；橡胶粉10～15份；钢纤维1～5份；碳纤维1～3份；聚乙烯醇纤维1～3份；铁氧体30～50份，还提供了一种水泥基导电复合材料的制备方法，包括将水泥、粉煤灰、硅灰、橡胶粉混合均匀；加入水、钢纤维、碳纤维、聚乙烯醇纤维、铁氧体和减水剂，搅拌5～10min；倒入模具中，振动1～3min；加压排除气泡，刮平表面养护24～36h；脱模养护28～30d。本发明的材料在宽频率范围内具有较强的电磁波吸收功能，并具有较好地抗压强度。

Description

一种水泥基导电复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及水泥材料技术领域，特别是涉及一种水泥基导电复合材料及其制备方法。
背景技术
随着人们生活水平的不断提高，生活节奏的不断加快，为了方便我们的日常生活，各种设备电视、电脑、电冰箱、微波炉、电视转播塔、手机信号发射站走进了我们的生活。它们不仅给我们带来便利，也给我们带来了对身体的伤害。电子设备所辐射出的电磁波影响人体的心血管系统以及免疫、代谢功能，而且对人的视觉系统有不良影响。
在当今的建筑生产中，水泥与水泥基材料是应用量最大、应用范围最广的人造材料，传统的水泥材料已经不能满足人们的需求，研究具有健康环保功能的材料成为建筑材料发展的新方向。防电磁波建筑材料是一种防护人们免受电磁波辐射的最佳选择。
目前，已有水泥砂浆、水泥纤维板和泡沫混凝土等多种具有电磁屏蔽功能的水泥基导电复合材料，如通过在墙体中添加钢筋网架和钢丝网的方式来达到电磁防护的目的。但现有技术中的具有电磁屏蔽功能的水泥基导电复合材料，在宽频率范围(8～18GHz)内的电磁波吸收功能较差，影响了实际吸波能力。
发明内容
本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种水泥基导电复合材料，解决在宽频率范围内的电磁波吸收功能较差的问题。
一种水泥基导电复合材料，按重量份计包括以下组分：
水泥80～100份；
粉煤灰110～140份；
硅灰80～100份；
水70～120份；
减水剂1～5份；
橡胶粉10～15份；
钢纤维1～5份；
碳纤维1～3份；
聚乙烯醇纤维1～3份；
铁氧体30～50份。
另外，根据本发明上述的水泥基导电复合材料，还可以具有如下附加的技术特征：
进一步地，所述水泥按重量份计包括以下组分：：20.5～22份SiO2、3.2～3.8份Fe2O3、5.1～6.5份Al2O3、62.5～68.6份CaO、1.05～1.5份MgO、2～2.5份SO3、0.65～0.77份K2O。
进一步地，所述粉煤灰按重量份计包括以下组分：：52.5～55.8份SiO2、5.6～6.7份Fe2O3、30.6～32.3份Al2O3、3.9～4.7份CaO、1.2～1.8份MgO、1.5～1.8份SO3、1.5～1.8份K2O。
进一步地，所述硅灰按重量份计包括以下组分：94.5～96.2份SiO2、0.76～0.88份Fe2O3、0.25～0.3份Al2O3、0.5～0.6份CaO、0.95～1.05份MgO、0.7～0.9份SO3。
进一步地，所述减水剂为聚羧酸系粉剂。
进一步地，所述橡胶粉的细度为40目。
进一步地，所述钢纤维的直径为0.2～0.6mm，长径比为55～65。
进一步地，所述碳纤维的直径7.5～9μm，长度为10～15mm。
进一步地，所述铁氧体为Mn-Zn铁氧体或W型铁氧体。
本发明的另一方面还提供一种水泥基导电复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将称量好的水泥、粉煤灰、硅灰、橡胶粉倒入胶砂搅拌机中搅拌，使其均匀混合，得到混合料一；
往混合料一中加入水、钢纤维、碳纤维、聚乙烯醇纤维、铁氧体以及减水剂，继续搅拌5～10min，得到混合料二；
将混合料二倒入模具中，填满模具后置于振动台上振动1～3min；
对模具中的混合料二加压以排除气泡，然后刮平表面，于养护室内养护24～36h；
脱模，养护28～30d，完成水泥基导电复合材料的制备。
本发明至少具有以下有益效果之一：
(1)本发明提供的水泥基导电复合材料通过掺加合理重量份数的碳纤维、钢纤维、铁氧体，碳纤维因具有半导体特性而具有良好的吸波能力，碳纤维具有类似金属的特性，电磁波在碳纤维之间传播时，除了趋肤效应产生电损耗外，在每束碳纤维之间的部分电磁波经散射而发生类似相位相消的现象，从而减少了电磁波的反射；钢纤维具有增强增韧作用，铁氧体的吸波性能来源于其既具有亚铁磁性又具有介电性能，其相对磁导率和相对电导率均旱复数形式，既能产生介电损耗又能产生磁致损耗，吸波性能优良，通过协同增效作用，最终使得该水泥基导电复合材料在宽频率(8～18GHz)范围内的具有较强的电磁波吸收功能。
(2)本发明通过在水泥中加入粉煤灰和硅灰，不仅能够提高材料的流动性、粘聚性和保水性，使得钢纤维、碳纤维、铁氧体和聚乙烯醇纤维能够更均匀的分散在材料中，并且通过选用直径为0.2～0.6mm、长径比为55～65的钢纤维以及直径为7.5～9μm，长度为10～15mm的碳纤维，使得钢纤维和碳纤维能够更好地分散在水泥中，从而使得材料具有较好的电磁波吸收效果，而且通过粉煤灰、硅灰与水泥的协同增效作用能够提高材料的耐久性，提高材料的使用寿命。
(3)由于碳纤维存在自身难以均匀分散的问题，因而较难均匀分散在水泥中，本发明通过将碳纤维、聚乙烯醇纤维以及橡胶粉配合，能够起到协同增效作用，并且选用细度为40目的橡胶粉，使橡胶粉能够与碳纤维、聚乙烯醇纤维更加混合均匀，既解决碳纤维自身难以均匀分散的问题，又能够提升了水泥基复合材料的性能稳定性，进而增强了材料的抗压强度。
(4)经过试验，本发明制得的水泥基导电复合材料，在宽频率(8～18GHz)范围内的最小反射率为-16～-14dB，明显低于现有技术的最小反射率，能够更有效的使反射波能力衰减；并且抗压强度能够达到0.8MPa以上，提高材料的使用寿命。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照各实施例对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明的实施方式提供了一种水泥基导电复合材料，按重量份计包括以下组分：
水泥80～100份；
粉煤灰110～140份；
硅灰80～100份；
水70～120份；
减水剂1～5份；
橡胶粉10～15份；
钢纤维1～5份；
碳纤维1～3份；
聚乙烯醇纤维1～3份；
铁氧体30～50份。
优选地，所述水泥按重量份计包括以下组分：20.5～22份SiO2、3.2～3.8份Fe2O3、5.1～6.5份Al2O3、62.5～68.6份CaO、1.05～1.5份MgO、2～2.5份SO3、0.65～0.77份K2O。
优选地，所述粉煤灰按重量份计包括以下组分：：52.5～55.8份SiO2、5.6～6.7份Fe2O3、30.6～32.3份Al2O3、3.9～4.7份CaO、1.2～1.8份MgO、1.5～1.8份SO3、1.5～1.8份K2O。
优选地，所述硅灰按重量份计包括以下组分：94.5～96.2份SiO2、0.76～0.88份Fe2O3、0.25～0.3份Al2O3、0.5～0.6份CaO、0.95～1.05份MgO、0.7～0.9份SO3。
优选地，所述减水剂为聚羧酸系粉剂。
优选地，所述橡胶粉的细度为40目。
优选地，所述钢纤维的直径为0.2～0.6mm，长径比为55～65。
优选地，所述碳纤维的直径7.5～9μm，长度为10～15mm。
优选地，所述铁氧体为Mn-Zn铁氧体或W型铁氧体。
下面分多个实施例对本发明实施例进行进一步的说明。本发明实施例不限定于以下的具体实施例。在不变主权利的范围内，可以适当的进行变更实施。
实施例1
称取以下重量份数的原料：
水泥80份；
粉煤灰120份；
硅灰85份；
水85份；
DH-4004型减水剂2份；
橡胶粉10份；
钢纤维5份；
碳纤维2份；
聚乙烯醇纤维2份；
铁氧体45份。
其中，水泥包括以下重量份数的原料：20.5份SiO2、3.2份Fe2O3、5.1份Al2O3、62.5份CaO、1.05份MgO、2份SO3、0.65份K2O。
粉煤灰包括以下重量份数的原料：52.5份SiO2、5.6份Fe2O3、30.6份Al2O3、3.9份CaO、1.2份MgO、1.5份SO3、1.5份K2O。
硅灰包括以下重量份数的原料：94.5份SiO2、0.76份Fe2O3、0.25份Al2O3、0.5份CaO、0.95份MgO、0.7份SO3。
所述橡胶粉的细度为40目。
所述钢纤维的直径为0.3mm，长径比为55。
所述碳纤维的直径8.5μm，长度为10mm。
所述铁氧体为Mn-Zn铁氧体。
本实施例的水泥基导电复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将称量好的水泥、粉煤灰、硅灰、橡胶粉倒入胶砂搅拌机中搅拌，使其均匀混合，得到混合料一；
S2、往混合料一中加入水、钢纤维、碳纤维、聚乙烯醇纤维、铁氧体以及减水剂，继续搅拌5min，得到混合料二；
S3、然后将混合料二倒入的钢模中，填满模具后置于振动台上振动1min；
S4、对模具中的混合二加压以排除气泡，然后刮平表面，于养护室内养护24h；
S5、脱模，养护28d，完成水泥基导电复合材料的制备。
实施例2
称取以下重量份数的原料：
水泥100份；
粉煤灰110份；
硅灰80份；
水120份；
DH-4004型减水剂3份；
橡胶粉12份；
钢纤维2份；
碳纤维3份；
聚乙烯醇纤维1份；
铁氧体30份。
其中，水泥包括以下重量份数的原料：20.8份SiO2、3.3份Fe2O3、5.5份Al2O3、63.5份CaO、1.1份MgO、2.1份SO3、0.67份K2O。
粉煤灰包括以下重量份数的原料：53份SiO2、5.8份Fe2O3、31份Al2O3、4.1份CaO、1.3份MgO、1.6份SO3、1.6份K2O。
硅灰包括以下重量份数的原料：95份SiO2、0.8份Fe2O3、0.26份Al2O3、0.52份CaO、0.98份MgO、0.75份SO3。
所述橡胶粉的细度为40目。
所述钢纤维的直径为0.2mm，长径比为60。
所述碳纤维的直径8μm，长度为13mm。
所述铁氧体为W型铁氧体。
本实施例的水泥基导电复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将称量好的水泥、粉煤灰、硅灰、橡胶粉倒入胶砂搅拌机中搅拌，使其均匀混合，得到混合料一；
S2、往混合料一中加入水、钢纤维、碳纤维、聚乙烯醇纤维、铁氧体以及减水剂，继续搅拌6min，得到混合料二；
S3、然后将混合料二倒入的钢模中，填满模具后置于振动台上振动2min；
S4、对模具中的混合二加压以排除气泡，然后刮平表面，于养护室内养护30h；
S5、脱模，养护29d，完成水泥基导电复合材料的制备。
实施例3
称取以下重量份数的原料：
水泥90份；
粉煤灰140份；
硅灰90份；
水70份；
DH-4004型减水剂1份；
橡胶粉15份；
钢纤维2份；
碳纤维1份；
聚乙烯醇纤维1份；
铁氧体50份。
其中，水泥包括以下重量份数的原料：21.2份SiO2、3.5份Fe2O3、5.8份Al2O3、65份CaO、1.3份MgO、2.3份SO3、0.7份K2O.
粉煤灰包括以下重量份数的原料：54份SiO2、6份Fe2O3、31.5份Al2O3、4.3份CaO、1.5份MgO、1.65份SO3、1.65份K2O。
硅灰包括以下重量份数的原料：95.5份SiO2、0.82份Fe2O3、0.27份Al2O3、0.55份CaO、1份MgO、0.8份SO3。
所述橡胶粉的细度为40目。
所述钢纤维的直径为0.4mm，长径比为60。
所述碳纤维的直径7.5μm，长度为15mm。
所述铁氧体为W型铁氧体。
本实施例的水泥基导电复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将称量好的水泥、粉煤灰、硅灰、橡胶粉倒入胶砂搅拌机中搅拌，使其均匀混合，得到混合料一；
S2、往混合料一中加入水、钢纤维、碳纤维、聚乙烯醇纤维、铁氧体以及减水剂，继续搅拌7min，得到混合料二；
S3、然后将混合料二倒入的钢模中，填满模具后置于振动台上振动2min；
S4、对模具中的混合二加压以排除气泡，然后刮平表面，于养护室内养护30h；
S5、脱模，养护29d，完成水泥基导电复合材料的制备。
实施例4
称取以下重量份数的原料：
水泥85份；
粉煤灰130份；
硅灰100份；
水100份；
DH-4004型减水剂5份；
橡胶粉13份；
钢纤维1份；
碳纤维3份；
聚乙烯醇纤维3份；
铁氧体40份。
其中，水泥包括以下重量份数的原料：21.5份SiO2、3.6份Fe2O3、6.2份Al2O3、67份CaO、1.4份MgO、2.4份SO3、0.73份K2O。
粉煤灰包括以下重量份数的原料：55份SiO2、6.3份Fe2O3、32份Al2O3、4.5份CaO、1.6份MgO、1.7份SO3、1.7份K2O。
硅灰包括以下重量份数的原料：96份SiO2、0.85份Fe2O3、0.28份Al2O3、0.58份CaO、1.02份MgO、0.85份SO3。
所述橡胶粉的细度为40目。
所述钢纤维的直径为0.6mm，长径比为65。
所述碳纤维的直径9μm，长度为11mm。
所述铁氧体为Mn-Zn铁氧体。
本实施例的水泥基导电复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将称量好的水泥、粉煤灰、硅灰、橡胶粉倒入胶砂搅拌机中搅拌，使其均匀混合，得到混合料一；
S2、往混合料一中加入水、钢纤维、碳纤维、聚乙烯醇纤维、铁氧体以及减水剂，继续搅拌8min，得到混合料二；
S3、然后将混合料二倒入的钢模中，填满模具后置于振动台上振动3min；
S4、对模具中的混合二加压以排除气泡，然后刮平表面，于养护室内养护32h；
S5、脱模，养护30d，完成水泥基导电复合材料的制备。
实施例5
称取以下重量份数的原料：
水泥95份；
粉煤灰125份；
硅灰95份；
水110份；
DH-4004型减水剂4份；
橡胶粉14份；
钢纤维3份；
碳纤维2份；
聚乙烯醇纤维2份；
铁氧体35份。
其中，水泥包括以下重量份数的原料：22份SiO2、3.8份Fe2O3、6.5份Al2O3、68.6份CaO、1.5份MgO、2.5份SO3、0.77份K2O。
粉煤灰包括以下重量份数的原料：55.8份SiO2、6.7份Fe2O3、32.3份Al2O3、4.7份CaO、1.8份MgO、1.8份SO3、1.8份K2O。
硅灰包括以下重量份数的原料：96.2份SiO2、0.88份Fe2O3、0.3份Al2O3、0.6份CaO、1.05份MgO、0.9份SO3。
所述橡胶粉的细度为40目。
所述钢纤维的直径为0.5mm，长径比为62。
所述碳纤维的直径8.5μm，长度为14mm。
所述铁氧体为Mn-Zn铁氧体。
本实施例的水泥基导电复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将称量好的水泥、粉煤灰、硅灰、橡胶粉倒入胶砂搅拌机中搅拌，使其均匀混合，得到混合料一；
S2、往混合料一中加入水、钢纤维、碳纤维、聚乙烯醇纤维、铁氧体以及减水剂，继续搅拌10min，得到混合料二；
S3、然后将混合料二倒入的钢模中，填满模具后置于振动台上振动3min；
S4、对模具中的混合二加压以排除气泡，然后刮平表面，于养护室内养护36h；
S5、脱模，养护30d，完成水泥基导电复合材料的制备。
对比例1
配方中不包括粉煤灰、硅灰、铁氧体，其他同实施例1。
对比例2
配方中不包括聚乙烯醇纤维、橡胶粉、钢纤维，其他同实施例1。
测试实施例1～5以及对比例1～2制备好的水泥基导电复合材料的最小反射率和抗压强度，其中，最小反射率按照国标GJB2038-94要求，利用网络分析仪采用弓形反射法对材料的吸波性能进行测试，在室温(25℃)下，测量在8～18GHz的最小反射率；抗压强度采用《建筑保温砂浆》(GB/T20473—2006)中的方法测试，测试结果如表1所示。
表1
Figure BDA0002647181760000091
Figure BDA0002647181760000101
上表对比了上述5个实施例和对比例1～2制得的水泥基导电复合材料以及市售的水泥基导电复合材料在8～18GHz的最小反射率和28d抗压强度，从表1中可以明显看出，采用本发明实施例1～5制得的水泥基导电复合材料在8～18GHz的最小反射率在-16～-14dB之间，明显低于市售水泥，该数值反映了反射波的衰减值，该值越小，能够更有效的使反射波能力衰减，因此，本发明提供的水泥基导电复合材料在宽频率范围内的具有较强的电磁波吸收功能。本发明实施例1～5制得的水泥基导电复合材料的抗压强度在0.8～0.86MPa之间大于市售水泥的抗压强度。与对比例1(配方中不包括粉煤灰、硅灰、铁氧体)、对比例2(配方中不包括聚乙烯醇纤维、橡胶粉、钢纤维)比较可以看出，实施例的对电磁波的吸收效果和抗压强度明显优于对比例，综上，本发明通过选取合适的配方，如将铁氧体、钢纤维和碳纤维等进行搭配，提高了水泥的电磁波吸收效果，通过粉煤灰、硅灰、橡胶粉与水泥，提高了水泥的的流动性、粘聚性、保水性和耐久性，并通过碳纤维、聚乙烯醇纤维以及橡胶粉配合，能够起到协同增效作用，解决碳纤维自身难以均匀分散的问题，提升了水泥基复合材料的性能稳定性，进而增强了材料的抗压强度。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种水泥基导电复合材料，其特征在于，按重量份计包括以下组分：
水泥80～100份；
粉煤灰110～140份；
硅灰80～100份；
水70～120份；
减水剂1～5份；
橡胶粉10～15份；
钢纤维1～5份；
碳纤维1～3份；
聚乙烯醇纤维1～3份；
铁氧体30～50份。
2.根据权利要求1所述的一种水泥基导电复合材料，其特征在于，所述水泥按重量份计包括以下组分：20.5～22份SiO2、3.2～3.8份Fe2O3、5.1～6.5份Al2O3、62.5～68.6份CaO、1.05～1.5份MgO、2～2.5份SO3、0.65～0.77份K2O。
3.根据权利要求1所述的一种水泥基导电复合材料，其特征在于，所述粉煤灰按重量份计包括以下组分：：52.5～55.8份SiO2、5.6～6.7份Fe2O3、30.6～32.3份Al2O3、3.9～4.7份CaO、1.2～1.8份MgO、1.5～1.8份SO3、1.5～1.8份K2O。
4.根据权利要求1所述的一种水泥基导电复合材料，其特征在于，所述硅灰按重量份计包括以下组分：：94.5～96.2份SiO2、0.76～0.88份Fe2O3、0.25～0.3份Al2O3、0.5～0.6份CaO、0.95～1.05份MgO、0.7～0.9份SO3。
5.根据权利要求1所述的一种水泥基导电复合材料，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸系粉剂。
6.根据权利要求1所述的一种水泥基导电复合材料，其特征在于，所述橡胶粉的细度为40目。
7.根据权利要求1所述的一种水泥基导电复合材料，其特征在于，所述钢纤维的直径为0.2～0.6mm，长径比为55～65。
8.根据权利要求1所述的一种水泥基导电复合材料，其特征在于，所述碳纤维的直径7.5～9μm，长度为10～15mm。
9.根据权利要求1所述的一种水泥基导电复合材料，其特征在于，所述铁氧体为Mn-Zn铁氧体或W型铁氧体。
10.一种水泥基导电复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将称量好的水泥、粉煤灰、硅灰、橡胶粉倒入胶砂搅拌机中搅拌，使其均匀混合，得到混合料一；
往混合料一中加入水、钢纤维、碳纤维、聚乙烯醇纤维、铁氧体以及减水剂，继续搅拌5～10min，得到混合料二；
将混合料二倒入模具中，填满模具后置于振动台上振动1～3min；
对模具中的混合料二加压以排除气泡，然后刮平表面，于养护室内养护24～36h；
脱模，养护28～30d，完成水泥基导电复合材料的制备。
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