添加工业废弃物制备导电混凝土的电磁屏蔽性能研究

Electromagnetic radiation brings electromagnetic interference and electromagnetic information leakage, and impacts public health. Electromagnetic shielding is an effective way to prevent electromagnetic radiation hazard. This project intends to make use of waste tyres (wire), steel scraps, slag and other industrial wastes to manufacture conductive concrete for electromagnetic shielding. Factors such as material, volume ratio，length-diameter ratio，construction technology that influence electromagnetic shielding effectiveness(EMSE) of the concrete will be studied. The mathematical relationship between the above factors and the EMSE of concrete will be established. Furthermore, EMSE of the concrete composing multiple kinds of industrial wastes will be studied. The innovations of this project are (1) EMSE of the concrete including absorbing and reflecting will be measured simultaneously; (2) High electric conductivity and magnetic conductivity will be achieved by adding multiple kinds of industrial wastes to get high EMSE; and (3) because the industrial wastes will be used as the additive, the manufacture cost of conductive concrete will reduce significantly.

电磁辐射会带来电磁干扰、电磁信息泄漏、影响人体健康等问题，电磁屏蔽是防止电磁辐射危害的有效手段。本项目拟采用废弃轮胎（钢丝）、钢屑、矿渣等工业废弃物制备导电混凝土用于电磁屏蔽。将分别考察外加材料的种类、体积分数、材料长径比、分散工艺、浇筑振捣工艺、养护龄期、养护条件等对混凝土力学性能、导电性、导磁性与电磁屏蔽效能的影响。建立各种要素与混凝土电磁屏蔽效能的数学曲线，在此基础上得到各种要素对混凝土电磁屏蔽效能影响的一般性规律。进一步进行复合掺加上述材料的导电混凝土性能试验。研究多种材料对混凝土电磁屏蔽效能影响的耦合效应。本项目的特色一方面在于同时考虑了导电混凝土对于电磁波吸收和反射两方面的作用，从而更为全面地考察其电磁屏蔽效能，另一方面，采用复合添加物同时提高混凝土的电导率和磁导率，从而可望获得高电磁屏蔽效能的导电混凝土。再次，采用工业废弃物作为添加物也使得导电混凝土具有较低的制造成本。

本项目选择了钢屑、钢渣和铁砂等工业废弃料作为导电材料添加入水泥砂浆中，制备了导电水泥基复合材料。进一步测试了砂浆的基础力学性能和电阻率。结果表明添加钢屑等工业废弃料可以有效的降低砂浆的电阻率，随着导电材料掺量的增加，电阻率随之下降。但当导电材料掺量较大时，水泥砂浆中会产生较多的孔隙和气泡，材料的强度会有所下降，但电阻率并没有很大变化。通过单一导电材料砂浆试验，确定钢屑10%，钢渣18%，铁砂17%为较为合理的掺量。.本项目根据国家军用标准《电磁屏蔽材料屏蔽效能测量方法GJB6190-2008》制备了电磁屏蔽测试用导电砂浆试件，采用网络分析仪和法兰同轴装置，测试了不同导电材料掺量，不同厚度砂浆试件的最大屏蔽效能、最大屏蔽效能频率点，0-3GHZ全频段电磁屏蔽曲线。试验结果表明，导电砂浆的电磁屏蔽效能峰值与自身的导电性能近乎呈线性正比关系。随着导电砂浆试件的导电工业废弃料掺量的增加，其全频段范围的电磁屏蔽效能均有所增加。由于钢屑对可以对电磁波可以有效的反射，因此钢屑砂浆全频段屏蔽曲线峰值出现的频率点位置，随着钢屑掺量的增加而后移，同时屏蔽峰值的频率带宽范围较钢渣导电砂浆要宽。随着导电砂浆试件厚度的增加，其电磁屏蔽效能峰值迅速增大。且屏蔽峰值出现的频率点位置不会随着厚度的增加有所改变。值得说明的是，含有10%钢屑及18%钢渣复合砂浆（厚度3cm），其电磁屏蔽效能峰值较大，峰值带宽较宽，是最为优良的电磁屏蔽方案。.本项目测试了导电砂浆电阻率随龄期改变的规律，同步测试了导电砂浆质量的变化。试验结果表明，刚从养护箱中取出的导电砂浆，由于内部水分的流失，其电阻率快速增加。但在空气中放置28天之后，试件内部的水分与空气中的水分逐渐达成了湿度平衡，其电阻率逐步趋于稳定。因此在测定导电水泥砂浆的电阻率时，应该取养护完毕后在空气中静置28天的试件进行测定。