利用炭黑/四氧化三铁材料的高性能吸波混凝土及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种利用炭黑/四氧化三铁材料的高性能吸波混凝土及其制备方法。利用炭黑/四氧化三铁材料的高性能吸波混凝土，其特征在于：由吸收层和匹配层组成，匹配层浇注在吸收层上，吸收层的厚度为20‑30mm，匹配层的厚度为10mm；吸收层由分散好的炭黑/四氧化三铁纳米吸波剂、水、水泥、标准砂、减水剂混合搅拌制成吸收层，吸收层各原料所占质量比为：分散好的炭黑/四氧化三铁纳米吸波剂9‑21g、水泥300g、水120g、标准砂900g、减水剂4.8g；匹配层由70％体积分数的膨胀珍珠岩和30％体积分数的水泥、以及水组成的膨胀珍珠岩水泥浆体浇注到吸收层上。该方法制备的吸波混凝土具有良好的吸波性能，并能保持混凝土的力学强度，使混凝土兼顾力学性能和吸波性能。

High performance wave absorbing concrete using carbon black / iron oxide material and preparation method thereof

The present invention relates to a high performance wave absorbing concrete using carbon black / Fe3O4 material and a preparation method thereof. The use of high performance carbon black / Fe3O4 materials absorbing concrete, which is characterized in that an absorption layer and a matching layer composed of matching layer pouring in the absorbing layer, absorbing layer thickness is 20 30mm,, layer thickness is 10mm; the absorption layer composed of carbon black / well dispersed Fe3O4 nano absorbing agent, water, cement, standard sand, water reducer mixing into the absorption layer, absorbing layer material proportion: carbon black / well dispersed Fe3O4 nano absorbing agent 9 21g, 300g, 120g, water cement standard sand, water reducer 900g 4.8g; matching layer is made up of 70% volume fraction of the expanded perlite and the 30% volume the fraction of cement, and water. The expanded perlite cement slurry is poured into the absorbing layer. The wave absorbing concrete prepared by this method has good wave absorbing property, and can keep the mechanical strength of concrete, and make concrete take into account both mechanical properties and wave absorbing properties.

【技术实现步骤摘要】
利用炭黑/四氧化三铁材料的高性能吸波混凝土及其制备方法
本专利技术属于建筑材料科学与电磁科学的交叉
，具体涉及一种利用炭黑/四氧化三铁复合纳米材料作吸波剂的高性能吸波混凝土及其制备方法。
技术介绍
随着电子设备和微波通信设备的飞速发展，电磁辐射已日益严重，电磁辐射污染成为一个严重的问题。为了降低电磁辐射的危害，减轻电磁辐射对人体的损伤，消除电子设备被干扰，有效防止载有机密的电磁信息泄漏，应减小电子设备产生的辐射，同时还需对建筑材料赋予吸收或屏蔽电磁波的性能。现如今对吸波材料的性能要求也越来越高，吸波材料的研究热点主要集中在如何获取更优的吸波特性方面。一般传统的吸波材料难以满足需要，因此必须借助新材料和新工艺来解决这一问题，其中吸波材料的超细化，便是发展的热点趋势之一。纳米吸波材料是指材料的组分特征尺寸在1～100nm之间的材料，该材料由“颗粒组元”和“界面组元”组成。在微波场的辐射下，纳米材料中的原子电子运动加剧，促使磁化使电磁能转化为热能，从而增加了对电磁波的吸收性能。纳米吸波材料具有吸波性能良好、吸收频带宽、兼容性好、质量轻、厚度薄等特点，因而具有广泛的应用前景，是一种很有发展前途的吸波材料。四氧化三铁是一种良好的吸波材料，但用作吸波剂掺入混凝土还存在一些问题，主要问题有：(1)易团聚，导致分散不均匀，发挥不出铁氧体应有的吸波功效；(2)掺入量高，严重影响混凝土的流变性能和力学强度；(3)介电常数较低，介电常数实部不超过5，介电常数虚部不超过2.5，难以实现阻抗匹配。为解决此类问题，本专利技术制备C/四氧化三铁纳米复合吸波剂，此吸波剂为溶液，掺入混凝土时不易团聚；纳米材料具有纳米效应，小掺量即可达到良好的吸波效能，不会影响混凝土的流变性能和力学强度；炭黑为电阻型吸波剂，具有较大的介电常数，与四氧化三铁复合可以改善其阻抗匹配性。此类复合吸波剂虽有类似报道，但鲜有人应用于混凝土。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种利用炭黑/四氧化三铁材料的高性能吸波混凝土及其制备方法，该方法制备的吸波混凝土具有良好的吸波性能，并能保持混凝土的力学强度，使混凝土兼顾力学性能和吸波性能。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：利用炭黑/四氧化三铁材料的高性能吸波混凝土，其特征在于：由吸收层和匹配层组成，匹配层浇注在吸收层上，吸收层的厚度为20-30mm(最佳为20mm厚度)，匹配层的厚度为10mm(最佳为10mm)；吸收层由分散好的炭黑/四氧化三铁纳米吸波剂、水、水泥、标准砂、减水剂为混合搅拌制成吸收层，吸收层各原料所占质量比为：分散好的炭黑/四氧化三铁纳米吸波剂9-21g、水泥300g、水120g、标准砂900g(胶砂比为1:3)、减水剂4.8g(水灰比为0.4)；匹配层由70％体积分数的膨胀珍珠岩和30％体积分数的水泥(膨胀珍珠岩与水泥之间的体积分数)、以及水组成的膨胀珍珠岩水泥浆体浇注到吸收层上，按水：水泥的质量比为0.4：1(水灰比0.4)加入水。所述的分散好的炭黑/四氧化三铁纳米吸波剂的制备方法为：(1)原料预处理：按炭黑与水(去离子水)的质量比为1：40-50，将炭黑加入水(去离子水)中，超声分散1h(超声的功率为800-1500W)，得到分散好的炭黑溶液；(2)原料的混合：将七水合硫酸亚铁和六水合三氯化铁按照Fe2+和Fe3+的摩尔比为1:1.5～1:2的比例置于到反应釜中，总铁离子(Fe2+和Fe3+)的浓度为0.2mol/L，加入去离子水混合均匀，并加入分散好的炭黑溶液，炭黑与四氧化三铁的质量比为1:1～1:3；(3)吸波剂制备：在N2气氛保护条件下，向反应釜中快速加入氨水，控制pH值为11，水浴加热控制温度为85～95℃，反应0.5～1h，制得炭黑/四氧化三铁纳米吸波剂；按炭黑/四氧化三铁纳米吸波剂与油酸钠的质量比为100：5-10，向制得的炭黑/四氧化三铁纳米吸波剂中加入油酸钠，在N2气氛保护条件下，85～95℃水浴加热反应1h，制得分散好的炭黑/四氧化三铁纳米吸波剂。所述分散好的炭黑/四氧化三铁纳米吸波剂掺量为水泥质量的3％～7％(水泥质量的3％～7％)。上述利用炭黑/四氧化三铁材料的高性能吸波混凝土的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：(1)原料预处理：按炭黑与水(去离子水)的质量比为1：40-50，将炭黑加入水(去离子水)中，超声分散1h(超声的功率为800-1500W)，得到分散好的炭黑溶液；(2)原料的混合：将七水合硫酸亚铁和六水合三氯化铁按照Fe2+和Fe3+的摩尔比为1:1.5～1:2的比例置于到反应釜中，总铁离子(Fe2+和Fe3+)的浓度为0.2mol/L，加入去离子水混合均匀；并加入分散好的炭黑溶液，炭黑与四氧化三铁的质量比为1:1～1:3；(3)吸波剂制备：在N2气氛保护条件下，向反应釜中快速加入氨水，控制pH值为11，水浴加热控制温度为85～95℃，反应0.5～1h，制得炭黑/四氧化三铁纳米吸波剂；按炭黑/四氧化三铁纳米吸波剂与油酸钠的质量比为100：5-10(吸波剂质量的5％～10％)，向制得的炭黑/四氧化三铁纳米吸波剂中加入油酸钠，在N2气氛保护条件下，85～95℃水浴加热反应1h，制得分散好的炭黑/四氧化三铁纳米吸波剂；(4)吸收层制备：按分散好的炭黑/四氧化三铁纳米吸波剂、水泥、水、标准砂、减水剂的质量比为：分散好的炭黑/四氧化三铁纳米吸波剂9-21g、水泥300g、水120g、标准砂900g(胶砂比为1:3)、减水剂4.8g(水灰比为0.4)；选取分散好的炭黑/四氧化三铁纳米吸波剂、水泥、水、标准砂、减水剂；在搅拌机中加入计量好的水泥和标准砂(胶砂比为1:3)，再将分散好的炭黑/四氧化三铁纳米吸波剂(溶液)加入其中，慢速搅拌2～3min，同时加入水和减水剂(控制水灰比为0.4)，慢速搅拌2min后(搅拌速度为50-60r/min)，再快速搅拌2min(搅拌速度为120-150r/min)，直至形成流动性良好的砂浆；然后倒入模具中置于振动台上振动1min，刮平试样表面使底层材料达到厚度为20-30mm(最佳为20mm厚度)，形成吸收层；(5)匹配层制备：在吸收层初凝时，将由70％体积分数的膨胀珍珠岩和30％体积分数的水泥、以及水组成的膨胀珍珠岩水泥浆体(水灰比0.4)浇注到吸收层上，厚度为10mm(最佳为10mm)，制备匹配层，按水：水泥的质量比为0.4：1(水灰比0.4)加入水；(6)养护及干燥：用保鲜膜覆盖在室温下养护24h，拆模后在标准养护条件(温度20±2℃，湿度90±5％)下养护28d，然后在90℃干燥箱中干燥至恒重，减少水分对试样反射率的干扰，得到利用炭黑/四氧化三铁材料的高性能吸波混凝土。按上述方案，所述步骤(1)中所述的炭黑为市售，去离子水为实验室制备。按上述方案，所述步骤(2)中所述的七水合硫酸亚铁和六水合三氯化铁为化学试剂。按上述方案，所述步骤(3)中所述的氨水、油酸钠均为化学试剂。按上述方案，所述步骤(4)中所述的水泥为PO42.5，标准砂为细度模数2.8的标准砂，水为自来水或去离子水，减水剂为聚羧酸减水剂。按上述方案，所述步骤(5)中所述的膨胀珍珠岩为市售工业产品膨胀珍珠岩，密度为130kg/m3。具有良好吸波性能。所述的吸波混凝土，本文档来自技高网...

【技术保护点】
利用炭黑/四氧化三铁材料的高性能吸波混凝土，其特征在于：由吸收层和匹配层组成，匹配层浇注在吸收层上，吸收层的厚度为20‑30mm，匹配层的厚度为10mm；吸收层由分散好的炭黑/四氧化三铁纳米吸波剂、水、水泥、标准砂、减水剂混合搅拌制成吸收层，吸收层各原料所占质量比为：分散好的炭黑/四氧化三铁纳米吸波剂9‑21g、水泥300g、水120g、标准砂900g、减水剂48g；匹配层由70％体积分数的膨胀珍珠岩和30％体积分数的水泥、以及水组成的膨胀珍珠岩水泥浆体浇注到吸收层上，其中按水：水泥的质量比为0.4：1加入水。

【技术特征摘要】
1.利用炭黑/四氧化三铁材料的高性能吸波混凝土，其特征在于：由吸收层和匹配层组成，匹配层浇注在吸收层上，吸收层的厚度为20-30mm，匹配层的厚度为10mm；吸收层由分散好的炭黑/四氧化三铁纳米吸波剂、水、水泥、标准砂、减水剂混合搅拌制成吸收层，吸收层各原料所占质量比为：分散好的炭黑/四氧化三铁纳米吸波剂9-21g、水泥300g、水120g、标准砂900g、减水剂48g；匹配层由70％体积分数的膨胀珍珠岩和30％体积分数的水泥、以及水组成的膨胀珍珠岩水泥浆体浇注到吸收层上，其中按水：水泥的质量比为0.4：1加入水。2.根据权利要求1所述的利用炭黑/四氧化三铁材料的高性能吸波混凝土，其特征在于：所述的分散好的炭黑/四氧化三铁纳米吸波剂的制备方法为：(1)原料预处理：按炭黑与水的质量比为1：40-50，将炭黑加入水中，超声分散1h，得到分散好的炭黑溶液；(2)原料的混合：将七水合硫酸亚铁和六水合三氯化铁按照Fe2+和Fe3+的摩尔比为1:1.5-1:2的比例置于到反应釜中，总铁离子的浓度为0.2mol/L，加入去离子水混合均匀，并加入分散好的炭黑溶液，炭黑与四氧化三铁的质量比为1:1-1:3；(3)吸波剂制备：在N2气氛保护条件下，向反应釜中加入氨水，控制pH值为11，水浴加热控制温度为85～95℃，反应0.5～1h，制得炭黑/四氧化三铁纳米吸波剂；按炭黑/四氧化三铁纳米吸波剂与油酸钠的质量比为100：5-10，向制得的炭黑/四氧化三铁纳米吸波剂中加入油酸钠，在N2气氛保护条件下，85～95℃水浴加热反应1h，制得分散好的炭黑/四氧化三铁纳米吸波剂。3.如权利要求1所述的利用炭黑/四氧化三铁材料的高性能吸波混凝土的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：(1)原料预处理：按炭黑与水的质量比为1：40-50，将炭黑加入水中，超声分散1h，得到分散好的炭黑溶液；(2)原料的混合：将七水合硫酸亚铁和六水合三氯化铁按照Fe2+和Fe3+的摩尔比为1:1.5-1:2的比例置于到反应釜中，总铁离子的浓度为0.2mol/L，加入去离子水混合均匀；并加入...

【专利技术属性】
技术研发人员：何永佳，孙珂珂，吕林女，胡曙光，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42