一种具有空气空穴的3D打印电磁吸波混凝土

本发明涉及3d打印电磁吸波混凝土，具体来说是涉及一种具有空气空穴的3d打印电磁吸波混凝土。

背景技术：

1、随着电磁波在生活中的应用越来越广泛，但同时也带来了一些负面影响，例如电磁波辐射对人体健康的影响、电磁波干扰对电子设备的影响、雷达信号的探测与干扰等。因此，研究电磁吸波材料有着重要的实际应用价值，对推动通讯、电子、国防、环境等方面的发展具有积极的推动作用。

2、电磁吸波混凝土是指一种能够有效地吸收电磁波能量的材料，使电磁波能量在材料中转化为热能或其他形式的能量。电磁吸波材料具有许多优点，如高吸收率、宽工作频率、薄型轻量化等，被广泛应用于电磁波隐身、电磁屏蔽、电磁波治疗等领域。

3、建筑3d打印具有高度集成和环保特性，具备良好的发展前景，并且3d打印混凝土可实现无模板施工、提高生产率和质量、减少材料浪费、提高建筑自由度和安全性。3d打印混凝土的原理是“喷挤堆叠”，包括备料送料、挤出成丝、连丝成层和逐层累积等。该技术具有高度自由化的设计、施工速度快、成本低、自动化程度高和环保等优点，可以得到广泛关注和推广。如中国专利zl201810288246.1公开一种可3d打印的铜炉渣电磁吸波混凝土及其使用方法，利用铜炉渣和铜粉获得3d打印的电磁吸波混凝土，在3.4ghz频段宽度上达到对电磁波90％以上的吸收。但该电磁性能有待进一步提高。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种具有空气空穴的3d打印电磁吸波混凝土，本发明利用浸泡饱和吸水后的球状湿吸水树脂制备出具有不同规则空穴的3d打印电磁吸波混凝土，能够根据入射波波长的不同改善吸波效果，拓宽吸波频率的使用。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案是：

3、一种具有空气空穴的3d打印电磁吸波混凝土，所述混凝土以重量份数计包括以下组分：42.5#普通硅酸盐水泥：5～7份，硅灰：0.4～0.6份，球状吸水树脂：0.39～0.78份，石英砂：4.8～5.2份，铜炉渣：1.4～1.6份，增稠剂：0.002～0.006份，减水剂：0.009～0.011份，水：1.7～1.8份；

4、所述球状吸水树脂采用聚乙烯醇制成，密度为1.016g/cm3，球状吸水树脂完全吸水后获得球状湿吸水树脂，球状湿吸水树脂为球状粒子平均直径3～4mm；

5、具体制备过程是：

6、s1、球状吸水树脂提前用水浸泡至吸饱水状态，并一直处于浸泡状态备用，获得球状湿吸水树脂；

7、s2将重量份计5～7份的普通硅酸盐水泥，0.4～0.6份的硅灰，4.8～5.2份石英砂和1.4～1.6份铜炉渣混合搅拌均匀；

8、s3、向上述步骤s2中添加0.002～0.006份增稠剂混合搅拌均匀；

9、s4、向上述步骤s3中先添加0.009～0.011份减水剂和1.7～1.8份的水混合搅拌均匀，再添加步骤s1浸泡好的球状湿吸水树脂，将浸泡好的球状湿吸水树脂去掉多余水分一次性倒入，且倒入时要缓缓倒入，然后慢速搅拌至混合均匀且混凝土表面未看到颗粒时停止搅拌，搅拌时间应控制在250-350秒，获得打印浆料；

10、s5、将上述步骤s4中得到的打印浆料送至3d打印机的打印喷头内，设置打印喷头出口截面积为120mm2，水平向打印速度为150～160cm/min，垂直向打印速度为0.5～0.6m/h，挤出速度为0.01～0.04m3/h然后进行打印，

11、对3d打印后的试样用保护膜进行保护，每3-4小时浇水一次在24h后，再进行28d水养养护，干燥后获得具有空气空穴的3d打印电磁吸波混凝土。

12、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

13、1、本发明创造性地将球状湿吸水树脂填充在电磁吸波混凝土复合材料中，混凝土硬化后吸水树脂缩水干燥，吸水饱和的球状吸水树脂在养护凝固后，失水在混凝土内部形成不规则形状及分布的大小不一的空气空穴，等效为一种不规则形状的闭孔蜂窝结构，形成空气-混凝土-导电材料多相复合结构，有效提高混凝土的电磁吸波性能。

14、2、本发明中可以设置不同的搅拌速度和搅拌时间，获得不同形状的空气空穴，空气空穴以球形空气空穴为主，同时也填充有不规则碎片状的大小不同的空隙空穴，如扇形、三角形等，通过搅拌过程控制及球状湿吸水树脂填充量的调整能够获得不同分散程度空气空穴分布，并表现出对不同入射波的特定吸波效果，不规则的空穴的分布比较分散，对应能吸收的波长更短，频率更高，不规则的空穴的分布比较密，对应能吸收的波长更短，频率率更低。

15、3、本发明可以有效提升混凝土复合材料的阻抗与空间电磁波阻抗的匹配性能，降低电磁波由于强导磁导电材料导致的直接反射效应；当电磁波入射到混凝土内部进行传播时，便会在各个不同大小、形状的蜂窝结构颗粒表面发生多次反射和散射，使得电磁波的能量损失；另外，电磁波由一个闭孔入射到相邻孔时，在孔壁方向相位改变发生干涉，进一步造成电磁能量衰减；在打印搅拌过程中，部分球状吸水树脂颗粒会被搅碎，在打印电磁吸波混凝土内部形成大小不一的复杂三维结构，有带状成片状、球形、碎片状等，进一步增强空气-混凝土-金属吸波剂的梯度性，进而提高电磁波的吸收频宽。

16、4、打印性能上，本发明采用合理的材料比例和匹配设置，使混凝土具有良好的流动性和挤出性，满足了3d打印混凝土结构的建造要求。所制备的3d打印混凝土具有流变性好、站立性强、凝结时间快、早期强度高、后期强度不倒缩且耐久性良好等特点。

17、5、电磁吸波性能：本发明的电磁吸波性能非常优秀，20％体积掺量浸泡过后的球状湿吸水树脂制备3d打印电磁吸波混凝土可在13.84ghz频段宽度上吸收90％以上的电磁波，在7.22ghz频段上，该混凝土吸收峰值反射率达到-18.136db，吸收了98.46％的电磁波。极大的超过了传统浇注混凝土的电磁吸波频宽(1.5-2ghz)和反射率，可广泛应用于电磁防护领域。本发明采用铜炉渣和球状湿吸水树脂所形成的复杂三维结构增加了电磁波的干涉相消过程，二者协同作用可以吸收绝大部分电磁波。

18、6、环保效益高，符合双碳政策：本发明采用大量的铜炉渣这种工业废料和吸水树脂这种环保材料，很大程度上减少了使用天然砂石对环境和生态的破坏，降低了混凝土材料的价格，达到了绿色环保的效果，符合双碳政策的要求，有助于推动3d打印混凝土的实际工程应用。

19、7、应用领域广泛：本发明可广泛应用于电磁防护、电磁干扰、反雷达探测等领域，可以提升建筑物的电磁辐射防护能力，降低电磁干扰的影响，促进人类在电磁环境下的身心健康。此外，本发明还可以用于提高军事构筑物的反雷达探测的隐身能力，具有重要的军事意义。

技术特征：

1.一种具有空气空穴的3d打印电磁吸波混凝土，所述混凝土以重量份数计包括以下组分：42.5#普通硅酸盐水泥：5～7份，硅灰：0.4～0.6份，球状吸水树脂：0.39～0.78份，石英砂：4.8～5.2份，铜炉渣：1.4～1.6份，增稠剂：0.002～0.006份，减水剂：0.009～0.011份，水：1.7～1.8份；

2.根据权利要求1所述的具有空气空穴的3d打印电磁吸波混凝土，其特征在于，所述的增稠剂为羧甲基纤维素，规格为20万粘度；所述石英砂为90-110目，所述的减水剂为三聚氰胺减水剂，型号为f10；所述铜炉渣的平均粒径范围为100-150μm。

3.根据权利要求1所述的具有空气空穴的3d打印电磁吸波混凝土，其特征在于，所述空气空穴在混凝土内部形成不规则形状及分布的大小不一的空气空穴，根据不规形状及分布的密集程度不同的空气空穴的设置能够对特定频段电磁吸波性能进行调节。

技术总结
本发明为一种具有空气空穴的3D打印电磁吸波混凝土，所述混凝土以重量份数计包括以下组分：42.5#普通硅酸盐水泥：5～7份，硅灰：0.4～0.6份，球状吸水树脂：0.39～0.78份，石英砂：4.8～5.2份，铜炉渣：1.4～1.6份，增稠剂：0.002～0.006份，减水剂：0.009～0.011份，水：1.7～1.8份；所述球状吸水树脂采用聚乙烯醇制成，密度为1.016g/cm<supgt;3</supgt;，球状吸水树脂完全吸水后获得球状湿吸水树脂，球状湿吸水树脂为球状粒子平均直径3～4mm。利用浸泡饱和吸水后的球状湿吸水树脂制备出具有不同规则空穴的3D打印电磁吸波混凝土，能够根据入射波波长的不同改善吸波效果，拓宽吸波频率的使用。

技术研发人员：孙浚博,王翔宇,徐星隆,刘淼,王雨飞,杨鑫,唐玮晨,雷祖祥,方焘
受保护的技术使用者：重庆大学溧阳智慧城市研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13