一种吸收电磁波混凝土及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有吸收电磁波功能的混凝土，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]吸波混凝土是能够通过能量的衰减、转化和耗散等形式，对一定频率范围内的电磁波进行吸收的一种功能性混凝土。当前，随着电子、电气、通讯及信息产业的飞速发展，电磁波辐射所产生的电磁波干扰、电磁波信息泄密和电磁环境污染日益严重，成为继水污染、空气污染和噪声污染之后的第四大全球性环境问题。各类建筑，特别是同国家安全密切相关的军事和行政部门的关键性建筑，内部安置有大量精密电子仪器的功能性建筑，与雷达、微波基站、大功率无线通信发射台等邻近的建筑，其对电磁波的吸收性能必须满足严苛的标准。由于混凝土是使用量最大的建筑材料，开发具有吸收电磁波功能，能够有效衰减建筑室内外电磁波的混凝土材料非常重要。
[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10GHz。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吸收损耗性能，本发明采用含纳米LiFe5O8/氧化石墨烯的聚甲基丙烯酸复合吸波材料，及纳米A-MnO2/氧化石墨烯复合吸波材料，开发出一种具有电磁波辐射防护功能的混凝土。
[0004]发明目的
本发明的第一个目的是提供一种具有吸收电磁波功能的混凝土。
[0005]本发明的第二个目的是提供上述混凝土的制备方法。
[0006]本发明的第一个目的通过以下技术方案予以实现:
一种具有吸收电磁波功能的混凝土，其特征在于它由含纳米LiFe5O8/氧化石墨烯的聚甲基丙烯酸复合吸波材料、纳米A-MnO2/氧化石墨烯复合吸波材料、水、水泥、矿渣粉、粉煤灰、减水剂、细集料和碎石组成，而且各组分的配比为:
水:140-160 kg/m3；
含纳米LiFe5O8/氧化石墨烯的聚甲基丙烯酸复合吸波材料:1.4-2.0 kg/m3；
纳米卢-MnO2/氧化石墨烯复合吸波材料:0.8-1.3 kg/m3；
水泥:390-430 kg/m3；
矿渣粉:25-35 kg/m3；
粉煤灰:40-60 kg/m3；减水剂:1.5-2.5 kg/m3；
细集料:550-650 kg/m3；
碎石:900-1050 kg/m3。
[0007]所述的含纳米LiFe5O8/氧化石墨烯的聚甲基丙烯酸复合吸波材料，其制备方法是在室温下，将2.5份(质量份，下同)(NH4)2S2OjP 0.5份十二烷基磺酸钠加入到87份水中，搅拌至完全溶解，再加入0.4份NaHCO3并搅拌至完全溶解后，加入10份甲基丙烯酸并搅拌I h，然后加入1.5份纳米LiFe5O8/氧化石墨烯粉末，在40 kHz,1600 W的超声仪中超声I h后，升温至70-72°C剧烈搅拌16 h;待反应体系冷却至室温后，在1.5 h内缓慢滴加到30份环己烷中，滴加完毕继续搅拌2h后，将絮状黑色固体滤出；然后，将黑色固体加入到30份温度为95-97°C的水中，搅拌至完全溶解后，在搅拌下在I h内缓慢滴加30份丙酮，滴加完毕后，将黑色固体滤出并置于工业离心机中，按300 r/min的转速离心15 min后取出，室温放置24h后，在65°C下真空干燥24小时，最后经球磨处理10 h后，得到含纳米LiFe5O8/氧化石墨烯的聚甲基丙烯酸复合吸波材料，其平均粒径为160-210 nm。
[0008]所述的纳米LiFe5O8/氧化石墨烯粉末，其制备方法是将10.8份220目的Fe2O3与I份220目的Li2CCV混合均匀后，采用高能球磨机将混合物球磨UOh ;然后，将经球磨处理的粉末在空气气氛和650°C下热处理0.5 h，待粉末冷却至室温后，再与0.4份氧化石墨烯混合均勻，采用高能球磨机，将混合物球磨处理120 h后,得到纳米LiFe5O8/氧化石墨烯粉末，其中LiFe5O8的平均粒径为30-50 nm。
[0009]所述的纳米卢-MnO2/氧化石墨烯复合吸波材料，其制备方法是在室温下，将1.6份(NH4)2&08和2.3份MnSO 4 -H2O加入20份水中，搅拌至完全溶解后，将水溶液中转入高压反应釜中，在200°C下反应26 h，冷却至室温后离心，得到的固体粉末经水洗净后，置于工业离心机中，按200 r/min的转速离心5 min后取出，在55°C下真空干燥36小时后,再与0.3份氧化石墨烯混合均匀，采用高能球磨机将混合物球磨处理36 h后，得到纳米A-MnO2/氧化石墨烯复合吸波材料，其中卢-MnO2的平均粒径为25-40 nm。
[0010]所述的水泥为42.5级普通硅酸盐水泥。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]所述的细集料为天然河砂，其堆密度为1500- 1700kg/m3，细度模数为2.5- 3.0，含泥量小于1.8%。
[0014]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)。
[0015]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。
[0016]本发明的第二个目的通过以下技术方案予以实现:
一种具有吸收电磁波功能的混凝土的制备方法，它具体包括以下步骤:
(I)按上述各组分的配比，即含纳米LiFe5O8/氧化石墨烯的聚甲基丙烯酸复合吸波材料1.4-2.0 kg/m3、纳米卢-MnO2/氧化石墨烯复合吸波材料0.8-1.3 kg/m3、水140-160 kg/m3、水泥 390-430 kg/m3、矿渣粉 25-35 kg/m3、粉煤灰 40-60 kg/m3、减水剂 1.5-2.5 kg/m3、细集料550-650 kg/m3和碎石900-1050 kg/m 3，选取含纳米LiFe5O8/氧化石墨烯的聚甲基丙烯酸复合吸波材料、纳米A-MnO2/氧化石墨烯复合吸波材料、水、水泥、矿渣粉、粉煤灰、减水剂、细集料和碎石备用；
(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的含纳米LiFe5O8/氧化石墨烯的聚甲基丙烯酸复合吸波材料、矿渣粉和粉煤灰装入高速混合机中，在240 r/min转速下分散0.5h后待用；
(4)将上述步骤I的纳米A-MnO2/氧化石墨烯复合吸波材料装入上述步骤3的高速混合机中，在280 r/min转速下分散I 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1.5 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10-15 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。
[0017]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。
[0018]在上述步骤I之前增加纳米氧化石墨烯的制备步骤:
在0-2°C下，将200目天然鳞片石墨I Kg加入到20 L浓硫酸中，搅拌3 h后，分别加入0.6 Kg硝酸钠与3.2 Kg高锰酸钾，控制温度1_3°C并搅拌12 h ;升温至33_35°C搅拌3 h后，在搅拌下缓慢加入46 L水，再升温至93-95°C继续搅拌I h;然后，在20 min内缓慢加入70 L水，再在搅拌下、在I h内缓慢加入3 L双氧水，继续搅拌5 h，得到亮黄色粉末的悬浊液；将亮黄色粉末物滤出并用水洗净后，在65°C下真空干燥24 h，即得到纳米氧化石墨烯。
[0019]所述的双氧水为市售浓度为30%的过氧化氢水溶液。
[0020]在上述步骤I之前增加纳米LiFe5O8/氧化石墨烯粉末的制备步骤:
(I)取220目的Fe2O3 10.8份，与I份220目的Li2CCV混合均匀，然后采用高能球磨机，将混合物球磨处理170 h后待用。
[0021](2)将上述步骤(I)球磨处理后的混合物，在空气气氛和650°C下处理0.5 h后室温放置待用。
[0022](3)将上述步骤(2)备好的粉末与0.4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120 h后,得到纳米LiFe5O8/氧化石墨烯粉末,其中LiFe5O8的平均粒径为 30-50 nm。
[0023]在上述步骤I之前增加含纳米LiFe5O8/氧化石墨烯的聚甲基丙烯酸复合吸波材料的制备步骤:
(O按各组分的用量，即纳米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、十二烷基磺酸钠0.5份、环己烷30份、丙酮30份和水117份，选取纳米LiFe5O8/氧化石墨烯粉末、甲基丙烯酸、(NH4)2S208、NaHCO3、十二烷基磺酸钠、环己烷、丙酮和水备用。
[0024](2)在室温下，将上述步骤(I)备好的(NH4)2S2O8和十二烷基磺酸钠，同时加入到上述步骤(I)备好的87份水中，搅拌至完全溶解后，再加入NaHC03搅拌至完全溶解待用。
[0025](3)在室温下，将上述步骤(I)备好的甲基丙烯酸到上述步骤(2)备好的水溶液中，揽祥I h后待用。
[0026](4)在室温下，将上述步骤(I)备好的纳米LiFe5O8/氧化石墨烯粉末加入到上述步骤(3)备好的水溶液中，在40 kHz,1600 W的超声仪中超声I h后，升温至70_72°C，剧烈搅拌16 h后冷却至室温。
[0027](5)在室温和搅拌下，取上述步骤(4)的水溶液缓慢滴加到上述步骤(I)备好的环己烷中，滴加时间为1.5 h ;滴加完毕后继续搅拌2h，然后将絮状黑色固体滤出。
[0028](6)取上述步骤(I)备好的剩余30份水，升温至95_97°C后，将上述步骤(5)得到的黑色固体加入到中，搅拌至完全溶解后，在搅拌下缓慢滴加上述步骤(I)备好的丙酮，滴加时间为I h ;滴加完毕后将黑色固体滤出。
[0029](7)在室温下，将上述步骤(6)得到的黑色固体置于工业离心机中，按