本发明涉及电磁屏蔽混凝土
技术领域：
，更具体地，涉及一种高强水泥基复合纤维电磁屏蔽材料及其制备方法。
背景技术：
：随着现代高新技术的发展，电磁波引起的电磁干扰和电磁兼容问题日益严重，不但对电子仪器、设备造成干扰与损坏，影响其正常工作，严重制约我国电子产品和设备的国际竞争力，而且会污染环境，危害人类健康；另外电磁波泄漏还会危及国家信息安全和军事核心机密的安全。特别是作为新概念武器的电磁脉冲武器已经取得实质性的突破，能对电子仪器设备、电力系统等进行直接打击，造成信息系统等的暂时失效或永久损坏，其投送方式多样，破坏力极强，而且强大的电磁脉冲对人体也能造成损害，使人神经紊乱、行为失控等。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。电磁屏蔽混凝土是在传统混凝土基础上研发的一种能够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，并阻止建筑内部电磁信号的泄露。现有的电磁屏蔽混凝土屏蔽范围较窄、成本较高、力学性能较低、屏蔽效能较低、制备工艺比较复杂，因此电磁屏蔽混凝土的推广受到极大制约。申请号为201810338528.8的中国专利申请公开了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，所述电磁屏蔽混凝土主要由以下材料组成：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。但其公开的电磁屏蔽混凝土力学性能较低，电磁屏蔽范围较窄，仅对低频段电磁屏蔽效果较好，抗折强度为5.1～7.2mpa，抗压强度为43～62mpa，电磁屏蔽范围为100mhz～1.5ghz。申请号为201811476073.2的中国专利申请公开了一种高频电磁屏蔽混凝土及其制备方法，其高频电磁屏蔽混凝土主要由以下材料组成：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10～15份，水35～55份，砂250～300份。但是该高频电磁屏蔽混凝土的力学性能较低，电磁屏蔽范围较窄，仅对高频段电磁屏蔽效果好，抗折强度达到5.79mpa，抗压强度达到41.5mpa，电磁屏蔽范围为7.0ghz～12.5ghz。申请号为201511000287.9的中国专利公开了一种防电磁辐射建筑用水泥基板材及其制备方法，其中水泥基板材包括透波层、吸波层和反射层。该防电磁辐射建筑用水泥基板材制备复杂，力学性能较低，抗压强度65～71mpa，抗折强度8.0～8.6mpa。针对以上现状，可以开发一种力学性能好、电磁屏蔽范围较广、电磁屏蔽效能较高、制备工艺简单的水泥基复合纤维电磁屏蔽材料，促进水泥基复合纤维电磁屏蔽材料在军事工程、民用领域的应用，提高国家信息安全和军事核心机密的安全，减少电磁辐射对人们的危害。技术实现要素：有鉴于此，本发明的目的在于解决电磁屏蔽混凝土力学性能较低、电磁屏蔽范围较窄、电磁屏蔽效能较低的问题，提供一种力学性能好、耐久性能好、电磁屏蔽范围较广、电磁屏蔽效能较高、制备工艺简单的高强水泥基复合纤维电磁屏蔽材料及其制备方法。为了解决上述存在的技术问题，本发明采用下述技术方案：一种高强水泥基复合纤维电磁屏蔽材料，包括以下重量份数的原料：强度不低于32.5mpa的水泥300～500份；平均粒径5～30μm的掺合料260～400份；平均粒径0.15～4.75mm的配重铁砂600～1000份；平均粒径0.15～4.75mm的细骨料200～400份；石墨粉10～30份；长度12～14mm的碳纤维1～5份；炭黑粉10～20份；钢纤维60～90份；高性能外加剂15～25份；水胶比0.16～0.2。所述高强水泥基复合纤维电磁屏蔽材料力学性能好、电磁屏蔽频率范围大、电磁屏蔽效能好，抗压强度不低于100mpa、抗折强度不低于15mpa、在30mhz～18ghz范围内的电磁屏蔽效能为26～55db。所述配重铁砂为表观密度为3.5～4.5g/cm3的低比重铁砂，由褐铁矿石或硫铁矿石经破碎筛分而得，在本发明中添加上述配比的配重铁砂，一方面起骨架支撑作用，另一方面提高电磁屏蔽性能。所述钢纤维为端钩钢纤维和镀铜钢纤维的组合，端钩钢纤维的长度为25～60mm、直径为0.25～0.75mm，镀铜钢纤维的长度为15～25mm、直径为0.1～0.25mm，端钩钢纤维与镀铜钢纤维的质量百分比为20％～70％：30％～80％，在本发明中添加上述配比的钢纤维起增强力学性能和提高电磁屏蔽性能。此外，本发明中添加上述配比的石墨粉、碳纤维、炭黑粉提高电磁屏蔽效能。所述掺合料为硅灰、矿粉、粉煤灰、陶瓷抛光粉、钢渣粉中的一种或多种组合。所述掺合料包括如下重量百分比原料：硅灰0～100％、矿粉0～70％、粉煤灰0～50％、陶瓷抛光粉0～60％、钢渣粉0～80％。所述细骨料为河砂、石英砂或机制砂中的一种或多种组合，在本发明中起骨架支撑作用。所述高性能外加剂为聚羧酸系减水剂或氨基羧酸系减水剂。优选地，高强水泥基复合纤维电磁屏蔽材料包括以下重量份数的原料：强度不低于32.5mpa的水泥350～450份；平均粒径5～30μm的掺合料295～365份；平均粒径0.15～4.75mm的配重铁砂700～900份；平均粒径0.15～4.75mm的细骨料250～350份；石墨粉15～25份；长度12～14mm的碳纤维2～4份；炭黑粉12.5～17.5份；钢纤维70～80份；高性能外加剂17.5～22.5份；水胶比0.17～0.19。更优选地，高强水泥基复合纤维电磁屏蔽材料包括以下重量份数的原料：强度不低于32.5mpa的水泥400份；平均粒径5～30μm的掺合料330份；平均粒径0.15～4.75mm的配重铁砂800份；平均粒径0.15～4.75mm的细骨料300份；石墨粉20份；长度12-14mm的碳纤维3份；炭黑粉15份；钢纤维75份；高性能外加剂20份；水胶比0.18。上述高强水泥基复合纤维电磁屏蔽材料的制备方法包括如下步骤：s1.按照配合比计算各原料用量，将配重铁砂、细骨料、钢纤维及40％的水预先搅拌1～2分钟，得预湿的骨料；s2.将全部水泥、掺合料、石墨粉、炭黑粉加入到步骤s1所得预湿的骨料中，搅拌1～2分钟，然后加入全部高性能外加剂和剩余的60％水，充分搅拌2～3分钟，得均匀混合物；s3.将碳纤维加入到步骤s2的均匀混合物中，充分搅拌1～2分钟，得到高强水泥基复合纤维电磁屏蔽材料拌合物；s4.将步骤s3制得的高强水泥基复合纤维电磁屏蔽材料拌合物浇筑后，在室温养护24小时，再进行加热升温至80～90℃，恒温养护24小时即可得到力学性能好、电磁屏蔽效能高的高强水泥基复合纤维电磁屏蔽材料。本发明与现有技术相比较有如下有益效果：本发明的高强水泥基复合纤维电磁屏蔽材料力学性能好、电磁屏蔽范围广、电磁屏蔽效能好、耐久性能好、应用范围广，抗压强度不低于100mpa、抗折强度不低于15mpa、在30mhz～18ghz范围内的电磁屏蔽效能为26～55db，适合高屏蔽效能电磁屏蔽材料的发展与应用。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。实施例1一种高强水泥基复合纤维电磁屏蔽材料，包括以下重量份数的原料：强度不低于32.5mpa的水泥300份；平均粒径5～30μm的掺合料260份；平均粒径0.15～4.75mm的配重铁砂600份；平均粒径0.15～4.75mm的细骨料200份；石墨粉10份；长度12-14mm的碳纤维1份；炭黑粉10份；钢纤维60份；高性能外加剂15份；水胶比0.16。其中，所述掺合料包括如下重量百分比原料：硅灰28％、矿粉19％、粉煤灰14％、陶瓷抛光粉17％、钢渣粉22％；所述配重铁砂为表观密度为3.5～4.5g/cm3的低比重铁砂，由褐铁矿石或硫铁矿石经破碎筛分而得；所述细骨料为河砂、石英砂、机制砂的组合；所述钢纤维为端钩钢纤维和镀铜钢纤维的组合，端钩钢纤维的长度为25～60mm、直径为0.25～0.75mm，镀铜钢纤维的长度为15～25mm、直径为0.1～0.25mm，端钩钢纤维与镀铜钢纤维的质量百分比为45％：55％；所述高性能外加剂为聚羧酸系减水剂或氨基羧酸系减水剂。上述高强水泥基复合纤维电磁屏蔽材料的制备方法包括如下步骤：s1.按照配合比计算各原料用量，将配重铁砂、细骨料、钢纤维及40％的水预先搅拌1～2分钟，得预湿的骨料；s2.将全部水泥、掺合料、石墨粉、炭黑粉加入到步骤s1所得预湿的骨料中，搅拌1～2分钟，然后加入全部高性能外加剂和剩余的60％水，充分搅拌2～3分钟，得均匀混合物；s3.将碳纤维加入到步骤s2的均匀混合物中，充分搅拌1～2分钟，得到高强水泥基复合纤维电磁屏蔽材料拌合物；s4.将步骤s3制得的高强水泥基复合纤维电磁屏蔽材料拌合物浇筑后，在室温养护24小时，再进行加热升温至80～90℃，恒温养护24小时即可得到力学性能好、电磁屏蔽效能高的高强水泥基复合纤维电磁屏蔽材料。实施例2除高强水泥基复合纤维电磁屏蔽材料的配方不同外，其他条件同实施例1。所述高强水泥基复合纤维电磁屏蔽材料包括以下重量份数的原料：强度不低于32.5mpa的水泥500份；平均粒径5～30μm的掺合料400份；平均粒径0.15～4.75mm的配重铁砂1000份；平均粒径0.15～4.75mm的细骨料400份；石墨粉30份；长度12～14mm的碳纤维5份；炭黑粉20份；钢纤维90份；高性能外加剂25份；水胶比0.2。其中，所述掺合料硅灰；所述配重铁砂为表观密度为3.5～4.5g/cm3的低比重铁砂，由褐铁矿石或硫铁矿石经破碎筛分而得；所述细骨料为河砂、石英砂、机制砂的组合；所述钢纤维为端钩钢纤维和镀铜钢纤维的组合，端钩钢纤维的长度为25～60mm、直径为0.25～0.75mm，镀铜钢纤维的长度为15～25mm、直径为0.1～0.25mm，端钩钢纤维与镀铜钢纤维的质量百分比为20％：80％；所述高性能外加剂为聚羧酸系减水剂或氨基羧酸系减水剂。。实施例3除高强水泥基复合纤维电磁屏蔽材料的配方不同外，其他条件同实施例1。所述高强水泥基复合纤维电磁屏蔽材料包括以下重量份数的原料：强度不低于32.5mpa的水泥350份；平均粒径5～30μm的掺合料295份；平均粒径0.15～4.75mm的配重铁砂700份；平均粒径0.15～4.75mm的细骨料250份；石墨粉15份；长度12-14mm的碳纤维2份；炭黑粉12.5份；钢纤维70份；高性能外加剂17.5份；水胶比0.17。其中，所述掺合料包括如下重量百分比原料：矿粉35％、粉煤灰25％、钢渣粉40％；所述配重铁砂为表观密度为3.5～4.5g/cm3的低比重铁砂，由褐铁矿石或硫铁矿石经破碎筛分而得；所述细骨料为河砂、石英砂、机制砂的组合；所述钢纤维为端钩钢纤维和镀铜钢纤维的组合，端钩钢纤维的长度为25～60mm、直径为0.25～0.75mm，镀铜钢纤维的长度为15～25mm、直径为0.1～0.25mm，端钩钢纤维与镀铜钢纤维的质量百分比为70％：30％；所述高性能外加剂为聚羧酸系减水剂或氨基羧酸系减水剂。。实施例4除高强水泥基复合纤维电磁屏蔽材料的配方不同外，其他条件同实施例1。所述高强水泥基复合纤维电磁屏蔽材料包括以下重量份数的原料：强度不低于32.5mpa的水泥450份；平均粒径5～30μm的掺合料365份；平均粒径0.15～4.75mm的配重铁砂900份；平均粒径0.15～4.75mm的细骨料350份；石墨粉25份；长度12-14mm的碳纤维4份；炭黑粉17.5份；钢纤维80份；高性能外加剂22.5份；水胶比0.19。实施例5除高强水泥基复合纤维电磁屏蔽材料的配方不同外，其他条件同实施例1。所述高强水泥基复合纤维电磁屏蔽材料包括以下重量份数的原料：强度不低于32.5mpa的水泥400份；平均粒径5～30μm的掺合料330份；平均粒径0.15～4.75mm的配重铁砂800份；平均粒径0.15～4.75mm的细骨料300份；石墨粉20份；长度12-14mm的碳纤维3份；炭黑粉15份；钢纤维75份；高性能外加剂20份；水胶比0.18。对比例1除了配重铁砂300份外，其他条件同实施例1。对比例2除了石墨粉2份外，其他条件同实施例1。对比例3除了碳纤维0份外，其他条件同实施例1。对比例4除了钢纤维10份外，其他条件同实施例1。对比例5除了石墨粉60份外，其他条件同实施例1。对比例6除了配重铁砂1200份外，其他条件同实施例1。采用实施例1～5、对比例1～6制成的高强水泥基复合纤维电磁屏蔽材料制作混凝土标准试件标，对试件进行力学性能、电磁屏蔽性能测试，实验数据见下表：表1高强水泥基复合纤维电磁屏蔽材料电磁屏蔽效能(db)表2高强水泥基复合纤维电磁屏蔽材料力学性能检测数据项目抗压强度(mpa)抗折强度(mpa)实施例1105.815.9实施例2126.817.6实施例3112.316.3实施例4120.517.1实施例5130.618.1对比例190.213.7对比例2106.516.1对比例3105.715.8对比例473.58.9对比例568.57.4对比例680.810.1从表1来看，对比例1配重铁砂300份，与实施例1对比，30mhz～18ghz范围内电磁屏蔽效能下降较多，抗压强度和抗折强度下降较少；对比例2石墨粉2份，与实施例1对比，30mhz～18ghz范围内电磁屏蔽效能下降较多，抗压强度和抗折强度略有增长；对比例3碳纤维0份，与实施例1对比，30mhz～18ghz范围内电磁屏蔽效能下降较多，抗压强度和抗折强度基本没变化；对比例4钢纤维10份，与实施例1对比，30mhz～18ghz范围内电磁屏蔽效能下降较多，抗压强度和抗折强度下降较多；对比例5石墨粉60份，与实施例1对比，30mhz～18ghz范围内电磁屏蔽效能下降较少，抗压强度和抗折强度下降较多；对比例6配重铁砂1200份，与实施例1对比，30mhz～18ghz范围内电磁屏蔽效能下降较少，抗压强度和抗折强度均下降较多。通过大量试验，在本发明所选取的配重铁砂、石墨粉、碳纤维、钢纤维为最优。显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。当前第1页12