一种具有电磁波辐射防护功能的混凝土及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有电磁波辐射防护功能的混凝土，以及该种混凝土的制备方法，属于建筑材料领域。
【背景技术】
[0002]目前，作为继水污染、空气污染和噪声污染之后的第四大全球性环境问题，电磁波辐射的危害日益严重。相应地，各类建筑设施的电磁波辐射防护也日益重要。特别是与雷达、微波基站、大功率无线通信发射台等邻近的建筑，内部安置有大量精密电子仪器的科研院所、医院、银行等单位的功能性建筑，与国家安全密切相关的国防和行政部门的关键性建筑，其电磁波的防护尤为重要。混凝土是使用量最大的建筑材料，开发具有电磁波吸收功能，可以有效衰减建筑室内外电磁波的混凝土材料意义重大。
[0003]发明专利ZL 201010266982.0采用高铁磨细钢渣、玄武岩纤维、陶砂等，制备了一种高铁磨细钢渣轻质高韧性吸波混凝土，该混凝土在8~18 GHz频率范围内，反射率小于-7dB的带宽为1GHz。
[0004]混凝土的电磁波辐射防护功能主要依赖于其成分中添加的吸波材料。理想的吸波材料需具备电磁损耗大、电磁参数可调和、比重轻的特性。一方面，由于单一材料很难满足电磁波辐射防护要求，必须将多种材料以各种形式进行复配才能获得最佳效果。另一方面，当材料粒径降至纳米量级时，纳米粒子的表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等特点，赋予其完全不同于常规材料的特殊电磁性能。为有效提高混凝土对电磁波的损耗性能，本发明首次将介电损耗型纳米复合吸波材料、磁损耗型纳米复合吸波材料与吸波基础料相结合，开发出一种具有电磁波辐射防护功能的混凝土。
[0005]发明目的
本发明的第一个目的是提供一种具有电磁波辐射防护功能的混凝土。
[0006]本发明的第二个目的是提供上述混凝土的制备方法。
[0007]本发明的第一个目的通过以下技术方案予以实现:
一种具有电磁波辐射防护功能的混凝土，其特征在于它由水、介电损耗型纳米复合吸波材料、磁损耗型纳米复合吸波材料、吸波基础料、矿渣粉、水泥、粉煤灰、细集料、碎石和减水剂组成，而且各组分的配比为:
水=130-150 kg/m3；
介电损耗型纳米复合吸波材料:0.6-1.0 kg/m3；
磁损耗型纳米复合吸波材料:0.5-0.9 kg/m3；
吸波基础料:10-15 kg/m3；
矿渣粉:15-20 kg/m3；
水泥:350-400 kg/m3；
粉煤灰:30-50 kg/m3；
细集料:500-600 kg/m3； 碎石:850-1000 kg/m3；
减水剂:1.0-2.2 kg/m3。
[0008]所述的介电损耗型纳米复合吸波材料，为纳米ZnO/氧化石墨烯复合吸波材料，其制备方法是将I份(质量份，下同)NaHC03与 1.91份ZnSO 4.7H20组成的混合物球磨处理1.5 h，用水洗净并在70°C下真空干燥后，再在空气氛下热处理2 h。然后将经上述步骤处理的粉末与0.2份氧化石墨烯混合均匀后，采用高能球磨机，将混合物球磨处理150 h后，得到纳米ZnO/氧化石墨烯复合吸波材料,其中ZnO的平均粒径为15-32 nm。
[0009]所述的磁损耗型纳米复合吸波材料，为纳米Fe3O4/氧化石墨烯复合吸波材料，其制备方法是在室温下，将0.5份氧化石墨烯加入到含0.7份十二烷基磺酸钠和0.2份甘油的水溶液中超声5 h后，再加入8.3份NH4Fe (SO4)2.6Η20并搅拌I h，然后在50°C和剧烈搅拌下，在0.5 h内滴加浓度为5 mol/L的NaOH水溶液35.5份，滴加完毕后升温至85°C并搅拌2 h，待体系温度降至室温后离心，用水洗净后，再置于工业离心机中，按260 r/min的转速离心10 min后取出，最后在75°C下真空干燥24小时，得到纳米Fe3O4/氧化石墨烯复合吸波材料，其中Fe3O4的平均粒径为20-35 nm。
[0010]所述的吸波基础料为改性铁矿尾矿粉，其制备方法是在室温下将Fe3B、Ti02、BaCO3和经活化处理的铁矿尾矿粉装入高速混合机中，在260 r/min的转速下处理I h混合均匀后，取出并在660-665°C下处理2 h，然后将混料粉碎处理，得到粒度为170-200目的改性铁矿尾矿粉。
[0011]所述的铁矿尾矿为大冶铁矿尾矿，其铁含量为18-24%，其它主要化学成分=S1228%, CaO 14%, MgO 4.8%, C 3.2%, K2O 1.3%, S 1.1%, Cu 0.2%。
[0012]所述的Fe3B、T12, BaCO3均为市售工业级产品，且Fe 3B、T12, BaCO3的用量均为经活化处理的铁矿尾矿粉质量的2.5%。
[0013]所述的矿渣粉为S105矿渣粉，其密度不小于2.8 g/cm3,比表面积大于350 cm2/g。
[0014]所述的水泥为42.5级普通硅酸盐水泥。
[0015]所述的细集料为天然河砂，其堆密度为1350-1600kg/m3，孔隙率35_45%，细度模数1.7-2.2，含泥量小于2%。
[0016]所述的粉煤灰为I级粉煤灰，其密度为2.6 -2.8 g/cm3，比表面积大于400 cm2/g。
[0017]所述的碎石采用堆密度为1500-1700 kg/m3、压碎值指标8_16%、吸水率0.6-1.0%的普通碎石，按5-25 mm连续级配。
[0018]所述的减水剂优选巴斯夫公司牌号Melment0 FlO的三聚氰胺系高效增塑减水剂，其外观为白色粉末，堆密度为450 - 750kg/m3，干燥失重〈4.0%，ΡΗ为9-11.4 (20° C, 20%溶液)。
[0019]本发明的第二个目的通过以下技术方案予以实现:
一种具有电磁波辐射防护功能的混凝土制备方法，它具体包括以下步骤:
1、按上述各组分的配比，即水130-150 kg/m3、电损耗型纳米复合吸波材料0.6-1.0kg/m3、磁损耗型纳米复合吸波材料0.5-0.9 kg/m3、吸波基础料10-15 kg/m3、矿渣粉15-20kg/m3、水泥 350-400 kg/m3、粉煤灰 30-50 kg/m3、细集料 500-600 kg/m3、碎石 850-1000 kg/m3和减水剂1.0-2.2 kg/m3,选取水、电损耗型纳米复合吸波材料、磁损耗型纳米复合吸波材料、吸波基础料、矿渣粉、水泥、粉煤灰、细集料、碎石和减水剂备用； 2、选取上述步骤I的减水剂和水，将减水剂加入水中，室温搅拌至其完全溶解后待用；
3、将上述步骤I的吸波基础料、矿渣粉和粉煤灰装入高速混合机中，在200r/min转速下分散0.5h后待用；
4、将上述步骤I的介电损耗型纳米复合吸波材料和磁损耗型纳米复合吸波材料装入上述步骤3的高速混合机中，在300 r/min转速下分散0.5 h后待用；
5、将上述步骤4经高速混合处理后的粉料，以及上述步骤I的水泥、细集料和碎石，装入混凝土搅拌机中搅拌0.5 h ;
6、在搅拌状态下，将上述步骤2的水溶液在5-8min内缓慢导入上述步骤5的搅拌机内，待导入完毕后继续搅拌12-15 min，得到混凝土搅拌料；
7、将上述步骤6中的搅拌料导出进行浇注，并采用振动台振捣成型后标养28d。
[0020]上述步骤7的标养条件为:在相对湿度90±5%、温度20±2°C的条件下，养护至28天龄期。
[0021]在上述步骤I之前增加氧化石墨烯纳米粉末的制备步骤:
在3-4°C下的120 L浓硫酸中，加入220目的天然鳞片石墨10Kg，并控制温度3_4°C搅拌6 h后，同时加入4.5Kg五氧化二磷和5Kg过硫酸钾,升温至22-24°C搅拌10 h后,升温至50-52°C继续搅拌56 h ;然后在I h内缓慢加入500 L水并搅拌4 h，再在2 h内缓慢加Λ 26 L双氧水，继续搅拌12 h，得到亮黄色颗粒物的悬浊液；将亮黄色颗粒物滤出并用水洗净后，在70°C下真空干燥32 h，得到氧化石墨烯纳米粉末。
[0022]所述的双氧水为市售浓度为30%的过氧化氢水溶液。
[0023]在上述步骤I之前增加纳米ZnO/氧化石墨烯复合吸波材料的制备步骤:
(I)取I份NaHCO3,与1.91份ZnSO4.7H20混合均匀，然后将混合物球磨处理1.5 h待用。
[0024](2)取上述步骤(I)球磨处理后的混合物，用水洗净后，在70°C下真空干燥18 h待用。
[0025](3)将上述步骤(2)备好的粉末，在空气气氛和220°C下处理2 h后常温放置待用。
[0026](4)将上述步骤(3)备好的粉末与0.2份氧化石墨烯混合均匀后，采用高能球磨机,将混合物球磨处理150 h后，得到纳米ZnO/氧化石墨烯复合吸波材料，其中ZnO的平均粒径为15-32 nm。
[0027]在上述步骤I之前增加纳米Fe3O4/氧化石墨烯复合吸波材料的制备步骤:
Cl)按各组分的用量，即水10份、氧化石墨烯0.5份、NH4Fe(SO4)2.6H20 8.3份、十二烷基磺酸钠0.7份、甘油0.2份、浓度为5 mol/L的NaOH水溶液35.5份，选取水、氧化石墨烯、NH4Fe(SO4)2.6H20、十二烷基磺酸钠、甘油和浓度为5 mol/L的NaOH水溶液备用。
[0028](2)在室温下，将上述步骤(I)备好的十二烷基磺酸钠和甘油加入水中，搅拌至完全溶解后待用。
[0029](3)在室温下，将上述步骤(I)备好的氧化石墨烯加入到上述步骤(2)备好的水溶液中，在40 kHz、1800 W的超声仪中超声5 h后待用。