一種吸收電磁波混凝土及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種具有吸收電磁波功能的混凝土，以及該種混凝土的制備方法，屬于建筑材料領域。
【背景技術】
[0002]吸波混凝土是能夠通過能量的衰減、轉化和耗散等形式，對一定頻率范圍內的電磁波進行吸收的一種功能性混凝土。當前，隨著電子、電氣、通訊及信息產業的飛速發展，電磁波輻射所產生的電磁波干擾、電磁波信息泄密和電磁環境污染日益嚴重，成為繼水污染、空氣污染和噪聲污染之后的第四大全球性環境問題。各類建筑，特別是同國家安全密切相關的軍事和行政部門的關鍵性建筑，內部安置有大量精密電子儀器的功能性建筑，與雷達、微波基站、大功率無線通信發射臺等鄰近的建筑，其對電磁波的吸收性能必須滿足嚴苛的標準。由于混凝土是使用量最大的建筑材料，開發具有吸收電磁波功能，能夠有效衰減建筑室內外電磁波的混凝土材料非常重要。
[0003]發明專利ZL 201010266982.0采用高鐵磨細鋼渣、玄武巖纖維、陶砂等，制備了一種高鐵磨細鋼渣輕質高韌性吸波混凝土，該混凝土在8~18 GHz頻率范圍內，反射率小于-7dB的帶寬為10GHz。混凝土的電磁波輻射防護功能主要依賴于其成分中添加的吸波材料。理想的吸波材料需具備電磁損耗大、電磁參數可調和比重輕的特性。一方面，由于單一材料很難滿足電磁波輻射防護要求，必須將多種材料以各種形式進行復配才能獲得最佳效果。另一方面，當材料粒徑降至納米量級時，納米粒子的表面效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應等特點，賦予其完全不同于常規材料的特殊電磁性能。為有效提高混凝土對電磁波的吸收損耗性能，本發明采用含納米LiFe5O8/氧化石墨烯的聚甲基丙烯酸復合吸波材料，及納米A-MnO2/氧化石墨烯復合吸波材料，開發出一種具有電磁波輻射防護功能的混凝土。
[0004]發明目的
本發明的第一個目的是提供一種具有吸收電磁波功能的混凝土。
[0005]本發明的第二個目的是提供上述混凝土的制備方法。
[0006]本發明的第一個目的通過以下技術方案予以實現:
一種具有吸收電磁波功能的混凝土，其特征在于它由含納米LiFe5O8/氧化石墨烯的聚甲基丙烯酸復合吸波材料、納米A-MnO2/氧化石墨烯復合吸波材料、水、水泥、礦渣粉、粉煤灰、減水劑、細集料和碎石組成，而且各組分的配比為:
水:140-160 kg/m3；
含納米LiFe5O8/氧化石墨烯的聚甲基丙烯酸復合吸波材料:1.4-2.0 kg/m3；
納米盧-MnO2/氧化石墨烯復合吸波材料:0.8-1.3 kg/m3；
水泥:390-430 kg/m3；
礦渣粉:25-35 kg/m3；
粉煤灰:40-60 kg/m3；減水劑:1.5-2.5 kg/m3；
細集料:550-650 kg/m3；
碎石:900-1050 kg/m3。
[0007]所述的含納米LiFe5O8/氧化石墨烯的聚甲基丙烯酸復合吸波材料，其制備方法是在室溫下，將2.5份(質量份，下同)(NH4)2S2OjP 0.5份十二烷基磺酸鈉加入到87份水中，攪拌至完全溶解，再加入0.4份NaHCO3并攪拌至完全溶解后，加入10份甲基丙烯酸并攪拌I h，然后加入1.5份納米LiFe5O8/氧化石墨烯粉末，在40 kHz,1600 W的超聲儀中超聲I h后，升溫至70-72°C劇烈攪拌16 h;待反應體系冷卻至室溫后，在1.5 h內緩慢滴加到30份環己烷中，滴加完畢繼續攪拌2h后，將絮狀黑色固體濾出；然后，將黑色固體加入到30份溫度為95-97°C的水中，攪拌至完全溶解后，在攪拌下在I h內緩慢滴加30份丙酮，滴加完畢后，將黑色固體濾出并置于工業離心機中，按300 r/min的轉速離心15 min后取出，室溫放置24h后，在65°C下真空干燥24小時，最后經球磨處理10 h后，得到含納米LiFe5O8/氧化石墨烯的聚甲基丙烯酸復合吸波材料，其平均粒徑為160-210 nm。
[0008]所述的納米LiFe5O8/氧化石墨烯粉末，其制備方法是將10.8份220目的Fe2O3與I份220目的Li2CCV混合均勻后，采用高能球磨機將混合物球磨UOh ;然后，將經球磨處理的粉末在空氣氣氛和650°C下熱處理0.5 h，待粉末冷卻至室溫后，再與0.4份氧化石墨烯混合均勻，采用高能球磨機，將混合物球磨處理120 h后,得到納米LiFe5O8/氧化石墨烯粉末，其中LiFe5O8的平均粒徑為30-50 nm。
[0009]所述的納米盧-MnO2/氧化石墨烯復合吸波材料，其制備方法是在室溫下，將1.6份(NH4)2&08和2.3份MnSO 4 -H2O加入20份水中，攪拌至完全溶解后，將水溶液中轉入高壓反應釜中，在200°C下反應26 h，冷卻至室溫后離心，得到的固體粉末經水洗凈后，置于工業離心機中，按200 r/min的轉速離心5 min后取出，在55°C下真空干燥36小時后,再與0.3份氧化石墨烯混合均勻，采用高能球磨機將混合物球磨處理36 h后，得到納米A-MnO2/氧化石墨烯復合吸波材料，其中盧-MnO2的平均粒徑為25-40 nm。
[0010]所述的水泥為42.5級普通硅酸鹽水泥。
[0011]所述的礦渣粉為S105礦渣粉，其密度不小于2.8 g/cm3，比表面積大于350 cm2/g。
[0012]所述的粉煤灰為I級粉煤灰，其密度為2.6 -2.8 g/cm3，比表面積大于400 cm2/g。
[0013]所述的細集料為天然河砂，其堆密度為1500- 1700kg/m3，細度模數為2.5- 3.0，含泥量小于1.8%。
[0014]所述的減水劑優選巴斯夫公司牌號Melment0 FlO的三聚氰胺系高效增塑減水劑，其外觀為白色粉末，堆密度為450 - 750kg/m3，干燥失重〈4.0%，ΡΗ為9-11.4 (20° C, 20%溶液)。
[0015]所述的碎石采用堆密度為1500-1700 kg/m3、壓碎值指標8_16%、吸水率0.6-1.0%的普通碎石，按5-25 mm連續級配。
[0016]本發明的第二個目的通過以下技術方案予以實現:
一種具有吸收電磁波功能的混凝土的制備方法，它具體包括以下步驟:
(I)按上述各組分的配比，即含納米LiFe5O8/氧化石墨烯的聚甲基丙烯酸復合吸波材料1.4-2.0 kg/m3、納米盧-MnO2/氧化石墨烯復合吸波材料0.8-1.3 kg/m3、水140-160 kg/m3、水泥 390-430 kg/m3、礦渣粉 25-35 kg/m3、粉煤灰 40-60 kg/m3、減水劑 1.5-2.5 kg/m3、細集料550-650 kg/m3和碎石900-1050 kg/m 3，選取含納米LiFe5O8/氧化石墨烯的聚甲基丙烯酸復合吸波材料、納米A-MnO2/氧化石墨烯復合吸波材料、水、水泥、礦渣粉、粉煤灰、減水劑、細集料和碎石備用；
(2)選取上述步驟I的減水劑和水，將減水劑加入水中，室溫攪拌至其完全溶解后待用；
(3)將上述步驟I的含納米LiFe5O8/氧化石墨烯的聚甲基丙烯酸復合吸波材料、礦渣粉和粉煤灰裝入高速混合機中，在240 r/min轉速下分散0.5h后待用；
(4)將上述步驟I的納米A-MnO2/氧化石墨烯復合吸波材料裝入上述步驟3的高速混合機中，在280 r/min轉速下分散I h后待用；
(5)將上述步驟4經高速混合處理后的粉料，以及上述步驟I的水泥、細集料和碎石，裝入混凝土攪拌機中攪拌1.5 h ;
(6)在攪拌狀態下，將上述步驟2的水溶液在5-8min內緩慢導入上述步驟5的攪拌機內，待導入完畢后繼續攪拌10-15 min，得到混凝土攪拌料；
(7)將上述步驟6中的攪拌料導出進行澆注，并采用振動臺振搗成型后標養28d。
[0017]上述步驟7的標養條件為:在相對濕度90±5%、溫度20±2°C的條件下，養護至28天齡期。
[0018]在上述步驟I之前增加納米氧化石墨烯的制備步驟:
在0-2°C下，將200目天然鱗片石墨I Kg加入到20 L濃硫酸中，攪拌3 h后，分別加入0.6 Kg硝酸鈉與3.2 Kg高錳酸鉀，控制溫度1_3°C并攪拌12 h ;升溫至33_35°C攪拌3 h后，在攪拌下緩慢加入46 L水，再升溫至93-95°C繼續攪拌I h;然后，在20 min內緩慢加入70 L水，再在攪拌下、在I h內緩慢加入3 L雙氧水，繼續攪拌5 h，得到亮黃色粉末的懸濁液；將亮黃色粉末物濾出并用水洗凈后，在65°C下真空干燥24 h，即得到納米氧化石墨烯。
[0019]所述的雙氧水為市售濃度為30%的過氧化氫水溶液。
[0020]在上述步驟I之前增加納米LiFe5O8/氧化石墨烯粉末的制備步驟:
(I)取220目的Fe2O3 10.8份，與I份220目的Li2CCV混合均勻，然后采用高能球磨機，將混合物球磨處理170 h后待用。
[0021](2)將上述步驟(I)球磨處理后的混合物，在空氣氣氛和650°C下處理0.5 h后室溫放置待用。
[0022](3)將上述步驟(2)備好的粉末與0.4份氧化石墨烯混合均勻后，采用高能球磨機，將混合物球磨處理120 h后,得到納米LiFe5O8/氧化石墨烯粉末,其中LiFe5O8的平均粒徑為 30-50 nm。
[0023]在上述步驟I之前增加含納米LiFe5O8/氧化石墨烯的聚甲基丙烯酸復合吸波材料的制備步驟:
(O按各組分的用量，即納米LiFe5O8/氧化石墨烯粉末1.5份、甲基丙烯酸10份、(NH4)2S2O8 2.5份、NaHCO3 0.4份、十二烷基磺酸鈉0.5份、環己烷30份、丙酮30份和水117份，選取納米LiFe5O8/氧化石墨烯粉末、甲基丙烯酸、(NH4)2S208、NaHCO3、十二烷基磺酸鈉、環己烷、丙酮和水備用。
[0024](2)在室溫下，將上述步驟(I)備好的(NH4)2S2O8和十二烷基磺酸鈉，同時加入到上述步驟(I)備好的87份水中，攪拌至完全溶解后，再加入NaHC03攪拌至完全溶解待用。
[0025](3)在室溫下，將上述步驟(I)備好的甲基丙烯酸到上述步驟(2)備好的水溶液中，攬祥I h后待用。
[0026](4)在室溫下，將上述步驟(I)備好的納米LiFe5O8/氧化石墨烯粉末加入到上述步驟(3)備好的水溶液中，在40 kHz,1600 W的超聲儀中超聲I h后，升溫至70_72°C，劇烈攪拌16 h后冷卻至室溫。
[0027](5)在室溫和攪拌下，取上述步驟(4)的水溶液緩慢滴加到上述步驟(I)備好的環己烷中，滴加時間為1.5 h ;滴加完畢后繼續攪拌2h，然后將絮狀黑色固體濾出。
[0028](6)取上述步驟(I)備好的剩余30份水，升溫至95_97°C后，將上述步驟(5)得到的黑色固體加入到中，攪拌至完全溶解后，在攪拌下緩慢滴加上述步驟(I)備好的丙酮，滴加時間為I h ;滴加完畢后將黑色固體濾出。
[0029](7)在室溫下，將上述步驟(6)得到的黑色固體置于工業離心機中，按