一种电磁透波混凝土的制备方法

1.本发明涉及一种电磁透波混凝土的制备方法，属于新型建筑材料技术领域，应用该混凝土制备的墙体，能够大幅提升混凝土的电磁波透射率。


背景技术：

2.透波材料广泛的应用于雷达天线防护罩、电子对抗用的透波墙、电视台发射机和微波通信发射机的天线罩。其作用是让电磁波的信号顺利通过。透波材料最好的效果是，当电磁波透射材料时，会在材料的表面产生部分反射，经过折射透射到材料内部的电磁波在传输过程中会有少量损耗转变为热能，其余大部分的电磁波都能透过材料。
3.伴随着无线通信技术的飞速发展，多输入输出技术，以其高频谱效率、高数据传输效率、高可靠性、高覆盖率和低延时等优点，成为第五代(5g)移动通信系统的关键技术之一。然而，高频段的5g移动通信相对于4g移动通信，由于5g移动通信的频率高，导致其传输距离大幅缩短、覆盖能力大幅减弱、绕射能力变得越来越差，因此信号传输遇到混凝土建筑遮挡时，传输效果将受到显著影响。为实现高频通讯的前提下，提高移动通讯和移动网络质量，除了需要大量建造5g通讯基站外，提高混凝土建筑物的透波能力已成为必然发展方向。然而，目前有关透波混凝土的制备及其研究鲜有报道。因此，研发具有一定微波透射性能的混凝土材料具有重要价值，可以显著改善房屋、地下结构、通讯中心及电梯等的信号覆盖，大大提高无线通讯系统的信号强度，降低5g通讯基站的建设成本。


技术实现要素：

4.本发明的技术方案：一种电磁透波混凝土的制备方法，包括主要组成材料、透波增强剂、骨料处理剂和制备方法，具体如下：
5.1.混凝土主要组成材料：
6.(1)水与po
·
42.5普通硅酸盐水泥的质量比为0.15
‑
0.2；
7.(2)po
·
42.5普通硅酸盐水泥与混凝土主要组成材料的质量比：15％
‑
20％；
8.(3)细骨料与混凝土主要组成材料的质量比：33％
‑
40％；
9.(4)复合粗骨料与混凝土主要组成材料的质量比：40％
‑
52％；
10.其中，po
·
42.5普通硅酸盐水泥、细骨料和复合粗骨料与混凝土主要组成材料的质量比之和为100％。
11.2.透波增强剂
12.(1)聚羧酸减水与po
·
42.5普通硅酸盐水泥的质量比：0.5％
‑
1％；
13.(2)直链烷基苯磺酸钠与po
·
42.5普通硅酸盐水泥的质量比：1％
‑
2％；
14.(3)磷酸二氢铝与po
·
42.5普通硅酸盐水泥的质量比：1％
‑
2％；
15.(4)纳米氮化硅与po
·
42.5普通硅酸盐水泥的质量比：0.5％
‑
1.5％；
16.其中，聚羧酸减水剂：直链烷基苯磺酸钠：磷酸二氢铝的质量比为1:2:2。
17.3.骨料处理剂
18.(1)e51型环氧树脂与复合粗骨料质量的百分比：0.8％
‑
1.6％；
19.(2)t31型固化剂与复合粗骨料质量的百分比：0.2％
‑
0.4％；
20.其中，环氧树脂：固化剂的质量比为4:1。
21.4.所述的po
·
42.5普通硅酸盐水泥中氧化铁含量不高于4％。所述细骨料为石英砂，石英砂的细度模数为2.5
‑
3.1。所述复合粗骨料为质量比为3:1:1的石英石颗粒、聚乙烯塑料颗粒、氮化硼陶瓷颗粒组成，所有骨料粒径均为5mm
‑
10mm的连续级配。石英石颗粒，二氧化硅的含量不低于98％。
22.5.所述的聚羧酸减水剂为高浓缩粉体，减水率为45％。所述纳米氮化硅，粒径为30nm
‑
50nm。
23.6.电磁透波混凝土的制备方法如下：
24.(1)称料：根据各组分的质量配比，精确称取各组分。
25.(2)制备透波增强剂：将步骤(1)称量的聚羧酸减水剂在水中均匀搅拌3min，然后加入步骤(1)称量的纳米氮化硅，超声分散20min，再加入直链烷基苯磺酸钠均匀搅拌3min，最后加入磷酸二氢铝采用磁力搅拌机搅拌3min。
26.(3)制备骨料处理剂：将步骤(1)称量的环氧树脂和固化剂按照4:1的比例搅拌2min，然后静置5min，即可作为骨料处理剂。
27.(4)首先将步骤(1)中称取的粗骨料超声清洗10min，然后用清水冲刷，上述过程重复3次；然后再将所有的粗骨料烘干至恒重，并将烘干后的骨料置于步骤(3)中制备的骨料处理剂中搅拌5min，然后置于无尘地面均匀摊开，待骨料处理剂固化后，制备得到复合粗骨料。
28.(5)混料：首先将步骤(1)中称取的水泥、细骨料和步骤(3)中制备的粗骨料置于混凝土搅拌锅中搅拌3min。最后倒入步骤(2)中制备的透波增强剂，均匀搅拌5min，制备得到混合料。
29.(6)加压成型：将步骤(5)中制备的混合料倒入试模中加压成型，压力为10mpa，加压持续时间为10min。
30.(7)密封养护：将步骤(6)中制备的加压成型试块采用保鲜膜完全包裹，并置于混凝土标准养护箱养护28d后，制备得到电磁透波混凝土。
31.与现有技术相比，本发明有如下优点：
32.(1)复合粗骨料处理部分优点：选用的复合粗骨料，是由相对介电常数低的石英石颗粒、聚乙烯塑料颗粒和氮化硼陶瓷颗粒复合而成，采用超声波处理骨料上面的杂质后，再用骨料处理剂包裹干燥后的骨料。相对于天然的骨料，复合粗骨料不仅有效降低混凝土的整体介电常数，还能有效降低骨料因内部含水而损耗的电磁波。
33.(2)透波增强剂部分的优点：透波增强剂能够改变水泥浆体的微观结构，且透波增强剂中的纳米氮化硅有优异的介电性能，改善水泥浆体的介电性能，进而能够很好降低混凝土的介电常数，提升混凝土的电磁透波率，还能提升混凝土的强度。
34.(3)采用加压和包裹养护成型方式能够有效保证复合骨料和透波增强剂的透波性能得到充分发挥，显著降低混凝土对5g电磁信号的损耗，提升混凝土的透波性能。
具体实施方式
35.为进一步体现出本发明所带来的功效，下面结合具体应用案例对本发明进一步详细说明。
36.实例1
37.1.混凝土主要组成材料：
38.(1)水与po
·
42.5普通硅酸盐水泥的质量比为0.15；
39.(2)po
·
42.5普通硅酸盐水泥与混凝土主要组成材料的质量比为15％；
40.(3)细骨料与混凝土主要组成材料的质量比为33％；
41.(4)复合粗骨料与混凝土主要组成材料的质量比为52％；
42.2.透波增强剂
43.(1)聚羧酸减水与po
·
42.5普通硅酸盐水泥的质量比为0.5％；
44.(2)直链烷基苯磺酸钠与po
·
42.5普通硅酸盐水泥的质量比为1％；
45.(3)磷酸二氢铝与po
·
42.5普通硅酸盐水泥的质量比为1％；
46.(4)纳米氮化硅与po
·
42.5普通硅酸盐水泥的质量比为0.5％；
47.3.骨料处理剂
48.(1)e51型环氧树脂与复合粗骨料质量的百分比：0.8％；
49.(2)t31型固化剂与复合粗骨料质量的百分比：0.2％；
50.4.电磁透波混凝土的制备方法如下：
51.(1)称料：根据各组分的质量配比，精确称取各组分。
52.(2)制备透波增强剂：将步骤1称量的聚羧酸减水剂在水中均匀搅拌3min，然后加入步骤1称量的纳米氮化硅，超声分散20min，再加入直链烷基苯磺酸钠均匀搅拌3min，最后加入磷酸二氢铝采用磁力搅拌机搅拌3min。
53.(3)制备骨料处理剂：将步骤1称量的e51型环氧树脂和t31型固化剂按照4:1的比例搅拌2min，然后静置5min，即可作为骨料处理剂。
54.(4)首先将步骤1中称取的粗骨料超声清洗10min，然后用清水冲刷，上述过程重复3次；然后再将所有的粗骨料烘干至恒重，并将烘干后的骨料置于步骤3中制备的骨料处理剂中搅拌5min，然后置于无尘地面均匀摊开，待骨料处理剂固化后，制备得到复合粗骨料。复合粗骨料为质量比为3:1:1的石英石颗粒、聚乙烯塑料颗粒、氮化硼陶瓷颗粒组成，所有骨料粒径均为5mm
‑
10mm的连续级配。
55.(5)混料：首先将步骤1中称取的po
·
42.5普通硅酸盐水泥、细骨料和步骤3中制备的粗骨料置于混凝土搅拌锅中搅拌3min。最后倒入步骤2中制备的透波增强剂，均匀搅拌5min，制备得到混合料。所述细骨料为石英砂，石英砂的细度模数为2.6。
56.(6)加压成型：将步骤5中制备的混合料倒入试模种加压成型，压力为10mpa，加压持续时间为10min。
57.(7)密封养护：将步骤6中制备的加压成型试块采用保鲜膜完全包裹，并置于混凝土标准养护箱养护28d后，制备得到电磁透波混凝土。
58.5.根据gjb7954
‑
2012《雷达透波材料透波率测试方法》测试电磁透波混凝土试件28天的透射率，测试使用的电磁波频段为5g频段(4.5ghz
‑
6.0ghz)；根据gb/t 50081
‑
2016《普通混凝土力学性能试验方法标准》测试所得电磁透波混凝土28天的抗压强度。
59.实例2
60.1.混凝土主要组成材料：
61.(1)水与po
·
42.5普通硅酸盐水泥的质量比为0.17；
62.(2)po
·
42.5普通硅酸盐水泥与混凝土主要组成材料的质量比为17％；
63.(3)细骨料与混凝土主要组成材料的质量比为36％；
64.(4)复合粗骨料与混凝土主要组成材料的质量比为47％；
65.2.透波增强剂
66.(1)聚羧酸减水与po
·
42.5普通硅酸盐水泥的质量比为0.7％；
67.(2)直链烷基苯磺酸钠与po
·
42.5普通硅酸盐水泥的质量比为1.4％；
68.(3)磷酸二氢铝与po
·
42.5普通硅酸盐水泥的质量比为1.4％；
69.(4)纳米氮化硅与po
·
42.5普通硅酸盐水泥的质量比为0.9％；
70.3.骨料处理剂
71.(1)e51型环氧树脂与复合粗骨料质量的百分比：1.2％；
72.(2)t31型固化剂与复合粗骨料质量的百分比：0.3％；
73.4.电磁透波混凝土的制备方法如下：
74.(1)称料：根据各组分的质量配比，精确称取各组分。
75.(2)制备透波增强剂：将步骤1称量的聚羧酸减水剂在水中均匀搅拌3min，然后加入步骤1称量的纳米氮化硅，超声分散20min，再加入直链烷基苯磺酸钠均匀搅拌3min，最后加入磷酸二氢铝采用磁力搅拌机搅拌3min。
76.(3)制备骨料处理剂：将步骤1称量的e51型环氧树脂和t31型固化剂按照4:1的比例搅拌2min，然后静置5min，即可作为骨料处理剂。
77.(4)首先将步骤1中称取的粗骨料超声清洗10min，然后用清水冲刷，上述过程重复3次；然后再将所有的粗骨料烘干至恒重，并将烘干后的骨料置于步骤3中制备的骨料处理剂中搅拌5min，然后置于无尘地面均匀摊开，待骨料处理剂固化后，制备得到复合粗骨料。复合粗骨料为质量比为3:1:1的石英石颗粒、聚乙烯塑料颗粒、氮化硼陶瓷颗粒组成，所有骨料粒径均为5mm
‑
10mm的连续级配。
78.(5)混料：首先将步骤1中称取的po
·
42.5普通硅酸盐水泥、细骨料和步骤3中制备的粗骨料置于混凝土搅拌锅中搅拌3min。最后倒入步骤2中制备的透波增强剂，均匀搅拌5min，制备得到混合料。所述细骨料为石英砂，石英砂的细度模数为2.6。
79.(6)加压成型：将步骤5中制备的混合料倒入试模种加压成型，压力为10mpa，加压持续时间为10min。
80.(7)密封养护：将步骤6中制备的加压成型试块采用保鲜膜完全包裹，并置于混凝土标准养护箱养护28d后，制备得到电磁透波混凝土。
81.5.根据gjb7954
‑
2012《雷达透波材料透波率测试方法》测试电磁透波混凝土试件28天的透射率，测试使用的电磁波频段为5g频段(4.5ghz
‑
6.0ghz)；根据gb/t 50081
‑
2016《普通混凝土力学性能试验方法标准》测试所得电磁透波混凝土28天的抗压强度。
82.实例3
83.1.混凝土主要组成材料：
84.(1)水与po
·
42.5普通硅酸盐水泥的质量比为0.18；
85.(2)po
·
42.5普通硅酸盐水泥与混凝土主要组成材料的质量比为18％；
86.(3)细骨料与混凝土主要组成材料的质量比为38％；
87.(4)复合粗骨料与混凝土主要组成材料的质量比为44％；
88.2.透波增强剂
89.(1)聚羧酸减水与po
·
42.5普通硅酸盐水泥的质量比为0.8％；
90.(2)直链烷基苯磺酸钠与po
·
42.5普通硅酸盐水泥的质量比为1.6％；
91.(3)磷酸二氢铝与po
·
42.5普通硅酸盐水泥的质量比为1.6％；
92.(4)纳米氮化硅与po
·
42.5普通硅酸盐水泥的质量比为1.2％；
93.3.骨料处理剂
94.(1)e51型环氧树脂与复合粗骨料质量的百分比：1.4％；
95.(2)t31型固化剂与复合粗骨料质量的百分比：0.35％；
96.4.电磁透波混凝土的制备方法如下：
97.(1)称料：根据各组分的质量配比，精确称取各组分。
98.(2)制备透波增强剂：将步骤1称量的聚羧酸减水剂在水中均匀搅拌3min，然后加入步骤1称量的纳米氮化硅，超声分散20min，再加入直链烷基苯磺酸钠均匀搅拌3min，最后加入磷酸二氢铝采用磁力搅拌机搅拌3min。
99.(3)制备骨料处理剂：将步骤1称量的e51型环氧树脂和t31型固化剂按照4:1的比例搅拌2min，然后静置5min，即可作为骨料处理剂。
100.(4)首先将步骤1中称取的粗骨料超声清洗10min，然后用清水冲刷，上述过程重复3次；然后再将所有的粗骨料烘干至恒重，并将烘干后的骨料置于步骤3中制备的骨料处理剂中搅拌5min，然后置于无尘地面均匀摊开，待骨料处理剂固化后，制备得到复合粗骨料。复合粗骨料为质量比为3:1:1的石英石颗粒、聚乙烯塑料颗粒、氮化硼陶瓷颗粒组成，所有骨料粒径均为5mm
‑
10mm的连续级配。
101.(5)混料：首先将步骤1中称取的po
·
42.5普通硅酸盐水泥、细骨料和步骤3中制备的粗骨料置于混凝土搅拌锅中搅拌3min。最后倒入步骤2中制备的透波增强剂，均匀搅拌5min，制备得到混合料。所述细骨料为石英砂，石英砂的细度模数为2.6。
102.(6)加压成型：将步骤5中制备的混合料倒入试模种加压成型，压力为10mpa，加压持续时间为10min。
103.(7)密封养护：将步骤6中制备的加压成型试块采用保鲜膜完全包裹，并置于混凝土标准养护箱养护28d后，制备得到电磁透波混凝土。
104.5.根据gjb7954
‑
2012《雷达透波材料透波率测试方法》测试电磁透波混凝土试件28天的透射率，测试使用的电磁波频段为5g频段(4.5ghz
‑
6.0ghz)；根据gb/t 50081
‑
2016《普通混凝土力学性能试验方法标准》测试所得电磁透波混凝土28天的抗压强度。
105.实例4
106.1.混凝土主要组成材料：
107.(1)水与po
·
42.5普通硅酸盐水泥的质量比为0.2；
108.(2)po
·
42.5普通硅酸盐水泥与混凝土主要组成材料的质量比为20％；
109.(3)细骨料与混凝土主要组成材料的质量比为40％；
110.(4)复合粗骨料与混凝土主要组成材料的质量比为40％；
111.2.透波增强剂
112.(1)聚羧酸减水与po
·
42.5普通硅酸盐水泥的质量比为1％；
113.(2)直链烷基苯磺酸钠与po
·
42.5普通硅酸盐水泥的质量比为2％；
114.(3)磷酸二氢铝与po
·
42.5普通硅酸盐水泥的质量比为2％；
115.(4)纳米氮化硅与po
·
42.5普通硅酸盐水泥的质量比为1.5％；
116.3.骨料处理剂
117.(1)e51型环氧树脂与复合粗骨料质量的百分比：1.6％；
118.(2)t31型固化剂与复合粗骨料质量的百分比：0.4％；
119.4.电磁透波混凝土的制备方法如下：
120.(1)称料：根据各组分的质量配比，精确称取各组分。
121.(2)制备透波增强剂：将步骤1称量的聚羧酸减水剂在水中均匀搅拌3min，然后加入步骤1称量的纳米氮化硅，超声分散20min，再加入直链烷基苯磺酸钠均匀搅拌3min，最后加入磷酸二氢铝采用磁力搅拌机搅拌3min。
122.(3)制备骨料处理剂：将步骤1称量的e51型环氧树脂和t31型固化剂按照4:1的比例搅拌2min，然后静置5min，即可作为骨料处理剂。
123.(4)首先将步骤1中称取的粗骨料超声清洗10min，然后用清水冲刷，上述过程重复3次；然后再将所有的粗骨料烘干至恒重，并将烘干后的骨料置于步骤3中制备的骨料处理剂中搅拌5min，然后置于无尘地面均匀摊开，待骨料处理剂固化后，制备得到复合粗骨料。所述复合粗骨料为质量比为3:1:1的石英石颗粒、聚乙烯塑料颗粒、氮化硼陶瓷颗粒组成，所有骨料粒径均为5mm
‑
10mm的连续级配。
124.(5)混料：首先将步骤1中称取的po
·
42.5普通硅酸盐水泥、细骨料和步骤3中制备的粗骨料置于混凝土搅拌锅中搅拌3min。最后倒入步骤2中制备的透波增强剂，均匀搅拌5min，制备得到混合料。所述细骨料为石英砂，石英砂的细度模数为2.6。
125.(6)加压成型：将步骤5中制备的混合料倒入试模种加压成型，压力为10mpa，加压持续时间为10min。
126.(7)密封养护：将步骤6中制备的加压成型试块采用保鲜膜完全包裹，并置于混凝土标准养护箱养护28d后，制备得到电磁透波混凝土。
127.5.根据gjb7954
‑
2012《雷达透波材料透波率测试方法》测试电磁透波混凝土试件28天的透射率，测试使用的电磁波频段为5g频段(4.5ghz
‑
6.0ghz)；根据gb/t 50081
‑
2016《普通混凝土力学性能试验方法标准》测试所得电磁透波混凝土28天的抗压强度。
128.试验结果
129.实例1
‑
4分别设置一组对照组，对照组的水胶比、po
·
42.5普通硅酸盐水泥用量、细骨料类型和用量，成型和试验方法与实例相同。对照组的粗骨料选用天然卵石骨料，不添加透波增强剂，骨料不做处理，置于混凝土标准养护箱养护不采用包裹处理。对照组与实例的测试结果如表1所示。
130.表1电磁透波混凝土28d相关指标
[0131][0132][0133]
由上表1所知，本发明创新性的采用“复合粗骨料预处理
‑
透波增强剂
‑
加压包裹工艺”，制备出的实例1
‑
4混凝土的电磁波透射率和强度明显高于对照组。实例1
‑
4在5g频段下的电磁透波率均超过70％，混凝土的抗压强度均不低于30mpa。说明本发明提供的一种电磁透波混凝土的制备方法，能够很好的改善普通混凝土的电磁透波性能，还能提升混凝土的强度，在改善5g移动信号方面具有很高的推广和实用价值。