兼具電磁與聲隱身的鋼混結(jié)構(gòu)陰極腐蝕控制用多功能陽(yáng)極復(fù)合材料及其制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕控制系統(tǒng)所用的陽(yáng)極材料及其制備方法與 應(yīng)用，特別是涉及一種兼具有電磁與聲隱身的多功能陽(yáng)極材料及其制備方法與應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋼混結(jié)構(gòu)是所有結(jié)構(gòu)形式中現(xiàn)今最為廣泛使用的結(jié)構(gòu)形式之一，而鋼筋腐蝕是引 起鋼混結(jié)構(gòu)耐久性降低的最主要原因。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止2010年，我國(guó)公路橋梁共計(jì)68. 5萬(wàn) 座，危橋有9. 3萬(wàn)座，其中鋼筋腐蝕是引起結(jié)構(gòu)性能嚴(yán)重劣化的主要原因。尤其是在重大鋼 結(jié)構(gòu)中，鋼筋腐蝕的危害是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過預(yù)期的，這一影響國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)穩(wěn)定的重大問題必 將引起全世界的密切關(guān)注。對(duì)于結(jié)構(gòu)腐蝕的控制，國(guó)內(nèi)外大量的科學(xué)研宄和工程實(shí)踐結(jié)果 表明，陰極保護(hù)（CP)技術(shù)是現(xiàn)階段能夠直接阻止鋼混結(jié)構(gòu)鋼筋發(fā)生腐蝕的唯一途徑。而陽(yáng) 極材料是CP系統(tǒng)的至關(guān)重要的部分，影響著CP系統(tǒng)的投放效率。
[0003] 隨著社會(huì)的發(fā)展，噪聲對(duì)人類的影響和危害愈演愈烈，現(xiàn)代民用建筑迫切需要解 決吸聲問題；對(duì)于軍用的建筑，如掩蔽部和試驗(yàn)場(chǎng)等，為了保證軍隊(duì)的訓(xùn)練和研宄工作的保 密性，研宄聲隱身材料在軍事建筑上具有重要意義；對(duì)大潛深的潛艇聲隱身材料研宄，是適 應(yīng)現(xiàn)代潛艇的大潛深、高戰(zhàn)斗性能發(fā)展趨勢(shì)的迫切需要。
[0004] 電磁波的干擾會(huì)使儀器性能降低，對(duì)電氣設(shè)備的正常運(yùn)行產(chǎn)生干擾甚至導(dǎo)致安全 事故。對(duì)于軍用電子設(shè)備為了防止其受電磁波的干擾，需要對(duì)接縫處、通風(fēng)口及顯示窗進(jìn)行 抗電磁泄露和干擾的處理，這些縫隙是降低機(jī)箱屏蔽效能的主要原因。目前對(duì)電磁波干擾 的控制主要方法是研宄屏蔽效能高的材料。
[0005] 顯然，若研宄出離子電子共導(dǎo)電的高性能陽(yáng)極材料，在腐蝕控制的同時(shí)可以改善 鋼筋所處的腐蝕環(huán)境，不僅為陰極腐蝕控制系統(tǒng)的使用提供保障，而且可以有效地提高CP 系統(tǒng)的投放效率；兼具有的電磁與聲隱身的性能，不僅可以應(yīng)用于民用及公共建筑的腐蝕 控制，還能為軍事建筑及設(shè)備的正常工作及隱身作戰(zhàn)提供更多的可能性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種兼具電磁與聲隱身的鋼混結(jié)構(gòu)陰極腐蝕控制用多功 能陽(yáng)極復(fù)合材料及其制備方法與應(yīng)用，該多功能復(fù)合陽(yáng)極材料以導(dǎo)電性為主，同時(shí)具有抗 電磁及聲隱身功能，能夠用于鋼混結(jié)構(gòu)腐蝕控制系統(tǒng)。
[0007] 本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的： 一種兼具電磁與聲隱身的鋼混結(jié)構(gòu)陰極腐蝕控制用多功能陽(yáng)極復(fù)合材料，由陽(yáng)極材料 和鋪設(shè)在其之上的碳納米紙構(gòu)成，所述陽(yáng)極材料由聚丙烯酰胺、蒙脫石、水、甲基纖維素、聚 乙烯吡咯烷酮和碳基材料制成，碳基材料包括碳纖維、碳納米管和炭黑，其中：以質(zhì)量比計(jì)， 碳纖維：碳納米管：炭黑=2~4:10~20:15~25,水：聚丙烯酰胺：蒙脫石=10:3~4 :3~ 5 ;碳基材料的用量為聚丙烯酰胺和蒙脫石總質(zhì)量的2. 4~3. 6%，甲基纖維素的用量為聚丙 烯酰胺和蒙脫石總質(zhì)量的0. 2~0. 6%，聚乙烯吡咯烷酮的用量為碳納米管的15~25% ;碳 納米紙的用量面積等于陽(yáng)極材料的單面面積，鋪設(shè)一層碳納米紙要求陽(yáng)極材料厚度不超過 20mm〇
[0008] -種上述多功能陽(yáng)極復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟： 一、 在一定量的水中加入碳纖維、碳納米管以及作為分散劑的甲基纖維素和聚乙烯吡 咯烷酮，人工攪拌均勻后置于超聲波細(xì)胞粉碎儀內(nèi)分散0. 5~2小時(shí)，且分散過程中保證溫 度不能過高，在20~30°C左右，再用超聲波清洗器進(jìn)行分散，每次分散20~40分鐘，間隔 30分鐘后進(jìn)行第二次分散，共分散4次； 二、 向步驟一中得到的分散液中加入炭黑，用水泥凈漿攪拌機(jī)攪拌均勻，一邊攪拌一邊 緩慢地加入拌合均勻的聚丙烯酰胺和蒙脫石，先慢速攪拌3~5分鐘，后快速攪拌5~8分 鐘，24小時(shí)后進(jìn)行二次攪拌3~5分鐘即可，至此各材料分散均勻； 三、 將步驟二制備的陽(yáng)極材料填塞至模具內(nèi)，擠壓密實(shí)，最后在上表面單面鋪設(shè)一層碳 納米紙。
[0009] 上述多功能陽(yáng)極復(fù)合材料可以用于鋼混結(jié)構(gòu)腐蝕控制系統(tǒng)中。
[0010] 本發(fā)明的基本原理如下： 將制備材料所用的原材料通過攪拌和超聲分散等工藝，制備出分散均勻的多功能陽(yáng)極 復(fù)合材料。利用聚丙烯酰胺吸水后的粘結(jié)性作為框架，在其中填充蒙脫石，離子在電場(chǎng)作用 下穿過蒙脫石的層間結(jié)構(gòu)，進(jìn)而達(dá)到離子導(dǎo)電的目的；在基體材料中摻入相互搭接成導(dǎo)電 網(wǎng)絡(luò)的碳基材料可以有效的改善材料的導(dǎo)電性；本發(fā)明研宄的陽(yáng)極材料為粘彈性體，材料 本身對(duì)固定頻率就具有一定的吸聲效果；由電磁屏蔽性能與材料導(dǎo)電性的相關(guān)性，本發(fā)明 材料本身對(duì)固定頻段的電磁波有很好的屏蔽效果，單面鋪設(shè)碳納米紙后對(duì)其電磁屏蔽效能 有一定的提尚作用。
[0011] 本發(fā)明給出了材料的導(dǎo)電性、聲隱身及抗電磁性的具體指標(biāo)、試驗(yàn)原理、所需的各 種原材料及陽(yáng)極材料的制備方法。按照本發(fā)明中給出的各原材料的配比及制備工藝，最終 制備的材料是能夠應(yīng)用在鋼混結(jié)構(gòu)陰極腐蝕控制系統(tǒng)的陽(yáng)極材料外，還兼具有電磁和聲隱 身的功能。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1、本發(fā)明的陽(yáng)極材料以導(dǎo)電性為主，且兼具有對(duì)固定頻率的電磁波和聲波的吸收性 能，在電場(chǎng)作用下將腐蝕離子帶離混凝土，達(dá)到改善鋼筋腐蝕環(huán)境的目的。
[0012] 2、本發(fā)明的多功能復(fù)合陽(yáng)極材料集多種功能于一身，以導(dǎo)電性為主，同時(shí)具有電 磁和聲隱身的功能。
[0013] 3、陽(yáng)極材料的制備所需要的各項(xiàng)原材料容易獲得，制備方法及需要的儀器容易實(shí) 現(xiàn)，所以本發(fā)明的陽(yáng)極材料制備方便。
[0014] 4、本發(fā)明的多功能復(fù)合陽(yáng)極材料的導(dǎo)電性利用離子電子共導(dǎo)電，電阻率為 2. 247Ω · m ;而且其在3. 22-18GHZ頻率具有較高的電磁屏蔽效能，基本在50dB以上，最高 甚至達(dá)到IOOdB ;而對(duì)聲波的吸收在560Hz的頻率上有較大的吸聲系數(shù)，其余頻率吸聲系數(shù) 較低。
[0015] 5、本發(fā)明的陽(yáng)極材料為用于鋼混結(jié)構(gòu)陰極腐蝕控制用的陽(yáng)極材料，應(yīng)用過程中鋪 設(shè)于結(jié)構(gòu)表面。
【附圖說明】
[0016] 圖1為電通量測(cè)試裝置； 圖2為四電極測(cè)試原理； 圖3為材料吸聲測(cè)試結(jié)果(頻率67-1600HZ吸聲系數(shù)）； 圖4為材料吸聲測(cè)試結(jié)果(頻率800-6300HZ吸聲系數(shù)）； 圖5為材料電磁屏蔽測(cè)試結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明，但并不局限于此，凡是對(duì)本 發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋 在本發(fā)明的保護(hù)范圍中。
【具體實(shí)施方式】 [0018] 一：本實(shí)施方式提供了一種兼具電磁與聲隱身的鋼混結(jié)構(gòu)陰極腐蝕 控制用多功能陽(yáng)極復(fù)合材料及其制備方法，下面對(duì)陽(yáng)極材料各項(xiàng)功能和制備方法進(jìn)行逐一 說明。
[0019] 一、陽(yáng)極材料的制備 本發(fā)明材料的制備步驟、各材料的用量及制備工藝說明如下： 本發(fā)明陽(yáng)極材料使用的原材料中水：聚丙烯酰胺：蒙脫石=10:3:5,碳基材料的用量為 聚丙烯酰胺和蒙脫石總量的2. 8%，碳纖維：碳納米管：炭黑=3:15:20,甲基纖維素用量為聚 丙烯酰胺和蒙脫石總量的〇. 4%，聚乙烯吡咯烷酮用量為碳納米管的20%。具體操作步驟： (1) 在150g水中加入碳纖維0. 265g、碳納米管I. 326g以及甲基纖維素0. 48g和聚乙 烯吡咯烷酮〇. 265g，其中碳纖維：碳納米管：炭黑=3:15:20,人工攪拌3分鐘；攪拌后置于 超聲波細(xì)胞粉碎儀內(nèi)分散1小時(shí)，再用超聲波清洗儀分散，每次分散30分鐘，間隔30分鐘 后進(jìn)行第二次分散，共分散4次，即2個(gè)小時(shí)； (2) 向步驟（1)中得到的分散液中加入炭黑1.768g，用水泥凈漿攪拌機(jī)攪拌3分鐘；一 邊攪拌一邊緩慢地加入拌合均勻的聚丙烯酰胺45g和蒙脫石75g，先慢速(攪拌葉公轉(zhuǎn)65r/ min)攪拌4分鐘，后快速(攪拌