一种高性能水泥基材料的屏蔽防护施工工艺
技术领域
本发明涉及电磁屏蔽领域，更具体地说，是涉及高性能水泥基材料的屏蔽防护施工工艺。
背景技术
电磁屏蔽材料主要分为金属系材料、碳系材料、导电织物和导电涂料等，在实际应用中通常与其他材料进行一定的复合，当与水泥基材料进行复合时，根据掺加电磁介质种类和功能的不同，又可将功能型水泥基材料分为导电相骨料水泥基材料、纤维水泥基材料和微波吸收型水泥基材料。金属基电磁屏蔽织物拥有良好的耐折叠性和优异的低频电磁屏蔽性能，可与水泥基材料进行一定的复合。
以石墨和碳纤维为掺料制备复合砂浆，对其制备工艺和电磁屏蔽性能进行了研究，通过对制备工艺进行一定的优化，得出在1GHz-1.5GHz频段内，掺入质量分数为15％的石墨和0.2％的碳纤维时，材料屏蔽效能可达10dB以上，但力学性能并不理想。
对普通鳞片石墨进行改性研究，以鳞片石墨为原料制备了膨胀石墨并对其进行了磁性化改性，分别在水泥基材料中掺加质量分数为15％的普通石墨和膨胀磁性石墨，对比研究了两者的屏蔽效能。结果表明：掺加膨胀磁性石墨的水泥基材料屏蔽效能较好，1GHz-1.5GHz频段内最大达12dB。
在水泥基中掺入质量分数为3％的粉煤灰微球复合物，在8-18GHz频段内，材料反射率小于-10dB的带宽达8GHz，显示出优异的微波吸收性能。
上述现有技术存在如下缺陷：
1、只对在普通水泥基中掺加电磁介质形成的功能型水泥基材料进行了屏蔽效能研究，缺乏水泥基材料与其他材料构成复合结构的研究。
2、试验研究频段较窄，较多集中在1GHz以上频段的电磁波。
3、未形成操作性强的屏蔽防护施工工艺。
发明内容
本发明针对单一添加功能介质的水泥基材料试验研究频段较窄、屏蔽效能不理想和缺乏操作性强的施工工艺等方面的不足，提出了一种掺还原铁粉功能砂浆结合铜镍屏蔽织物的电磁屏蔽复合材料，通过材料性能试验，给出了其最优配比，并通过实体模型施工试验得到了复合材料的施工性能和屏蔽性能。
本发明通过施工性能研究、力学性能和抗渗性能试验，系统研究了掺还原铁粉功能砂浆作为抹灰功能砂浆的性能，为其应用于实际工程打下基础。针对普通功能型水泥基材料屏蔽波段窄和屏蔽效能不理想，通过法兰同轴法对添加铜镍织物的电磁屏蔽功能砂浆材料在宽频段上屏蔽效能进行了系统研究，得到了屏蔽效果好的水泥基电磁屏蔽复合材料。通过实体模型施工试验和屏蔽效能试验，形成了复合材料的屏蔽防护施工工艺。
本发明一种高性能水泥基材料的屏蔽防护施工工艺，按如下步骤进行：
一种高性能水泥基材料的屏蔽防护施工工艺，按如下步骤进行：
(1)功能砂浆层施工准备，进行工程内部设备搬离；
(2)按照侧墙、顶面和地面的顺序对表面进行预处理，包括以下几个方面：
(a)表面尘土和污渍清理。
(b)将表面不平整处用砂纸打磨平整。
(c)对坑洼、裂缝等缺陷处用界面砂浆处理平整。
(3)在预处理完成后，按照侧墙、顶面和地面的顺序在表面均匀涂抹2mm厚的界面砂浆，待表面略微收浆后进行功能砂浆层抹灰；
(4)抹灰时，做好吊垂直措施，以保证功能砂浆层的表面平整度；
(5)抹灰时，采用分层抹灰的方式，第一层施工厚度为5mm，养护7d后，进行第二层的施工，厚度为5mm，继续养护7d。
其中功能砂浆层的屏蔽织物层以聚酯为载体，通过铜丝网和镍丝网混编而成，厚度为0.5mm，屏蔽效能在1MHz-10GHz频段内达70dB，其施工工艺按如下步骤进行：
(1)功能砂浆层表面预处理，包括以下几个方面：
(a)砂浆表面尘土和污渍清理；
(b)将表面不平整处用砂纸打磨平整；
(c)对坑洼、裂缝等缺陷处用界面砂浆处理平整；
(2)在砂浆层表面刮满腻子，待腻子风干后，用砂纸打磨平整，确保表面无裂痕或麻点等；
(3)在打磨平整的腻子表面均匀涂抹一层基膜，以保证织物与功能砂浆层表面良好的粘结；
(4)调配墙面粘结剂和导电胶，墙面粘结剂采用强力糯米胶，导电胶采用银系导电胶，由改性环氧、改性胺类和复合银粉组成；
(5)在墙体表面均匀涂抹粘结剂。将裁剪好的屏蔽织物按照侧墙、顶板和地面的顺序进行粘贴；
(6)屏蔽织物之间的搭接长度不小于10cm，搭接处采用导电胶粘结且避开拐角位置，以保证良好的导电连接，
(7)初步粘贴后，用毛刷由中间向四周排出气泡和多余粘结剂，使屏蔽织物贴紧墙面。
其中功能砂浆层按如下步骤制备：
(1)根据实际工程体量，按照42.5普通硅酸盐水泥450kg/m3，中等河砂1423kg/m3，粉煤灰50kg/m3，二次还原铁粉300kg/m3，水300kg/m3的掺量进行功能砂浆的配制；
(2)将各组分材料按照一定顺序加入搅拌机中搅拌，先将水泥放入搅拌机中，开动搅拌机；在搅拌机中匀速加入还原铁粉，慢速干拌60s；当还原铁粉添加完毕后，调整搅拌机速度，使其快速干拌60s，让水泥和还原铁粉充分混合；
(3)调整搅拌机速度至慢速，依次均速加入砂、粉煤灰，边搅拌的同时边加水，总计搅拌时间不少于180s；
(4)搅拌结束后，完成功能砂浆的制备，用于屏蔽防护施工。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明中性能试验研究较普通功能型水泥基材料性能研究更为全面，形成了操作性强的功能层屏蔽防护施工工艺。
2、本发明研究了100kHz-3GHz的电磁波段。
3、相比于普通功能性水泥基材料，提出水泥基材料结合屏蔽织物构成的复合材料，在宽频段内的屏蔽效能更好。
附图说明
图1还原铁粉掺量对功能砂浆稠度的影响；
图2还原铁粉掺量对功能砂浆保水率的影响；
图3还原铁粉掺量对功能砂浆试件拉伸粘结强度的影响；
图4还原铁粉掺量对功能砂浆试件抗压强度的影响；
图5还原铁粉掺量对功能砂浆试件抗折强度的影响；
图6还原铁粉掺量对功能砂浆试件抗渗性能的影响；
图7还原铁粉掺量对功能砂浆试件屏蔽效能的影响；
图8屏蔽织物对功能砂浆试件屏蔽效能的影响；
图9水泥基电磁屏蔽材料的复合形式；
图10实体模型屏蔽效能；
图11屏蔽材料进行屏蔽防护的施工工艺流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
结合抹灰砂浆强度等级、粉煤灰和还原铁粉取代量，初步进行了功能砂浆配合比的确定，如表1所示。
表1功能砂浆配合比
所述防护材料的制备：首先，根据已经选取的功能砂浆配合比，称取各组分所需要的质量；其次，将各组分材料按照顺序加入搅拌机中搅拌，先将水泥和还原铁粉放入搅拌机中慢速干拌60s，接着快速干拌60s，使水泥和还原铁粉充分混合；最后，依次加入砂、粉煤灰，边搅拌的同时边加水，搅拌时间不少于180s。
根据上述试验，选取综合性能最优的还原铁粉功能砂浆配比，作为屏蔽效能试验的重点研究对象。以还原铁粉掺量和试件厚度为变量，以法兰同轴法对试件在30MHz-3GHz频段内的屏蔽效能进行研究。通过材料基本性能试验和屏蔽效能试验，确定实体模型的外加功能层形式为10mm厚掺300kg/m3还原铁粉功能砂浆结合铜镍屏蔽织物。
在实体模型内墙体、地面和顶面表面涂抹10mm厚还原铁粉功能砂浆层，待功能砂浆层养护完毕后，在其表面粘结铜镍屏蔽织物。根据施工过程形成相应施工工艺，并通过内置辐射源发法测得其在100kHz-3GHz的屏蔽效能。
稠度试验：通过试验发现，随着还原铁粉掺量的不断增加，功能砂浆的稠度呈现不断减小的规律，砂浆的流动性变差，此时砂浆的稠度能满足抹灰砂浆施工的基本要求。当掺量为400kg/m3、500kg/m3时，砂浆稠度下降明显，已无法满足抹灰砂浆施工的要求。不同掺量还原铁粉对砂浆稠度的影响情况如图1所示。
保水性试验：通过试验发现，当还原铁粉掺量小于400kg/m3时，随着掺量的增加，功能砂浆的保水率逐渐增加，呈线性增加的趋势，在掺量为400kg/m3时达到峰值，与基准砂浆相比，保水率提高了1.7％。当掺量增加至500kg/m3时，保水率有明显降低。不同掺量还原铁粉对砂浆保水性的影响情况如图2所示。
拉伸粘结强度试验：通过试验发现，当还原铁粉掺量小于300kg/m3时，拉伸粘结强度呈递增趋势，在掺量为300kg/m3时达到强度峰值。当还原铁粉掺量加至500kg/m3时，随着掺量增加，砂浆试件的拉伸粘结强度逐渐减小。不同掺量还原铁粉对拉伸粘结强度影响情况如图3所示。
抗压强度试验：通过试验发现，当还原铁粉掺量小于300kg/m3时，随着掺量增加，三组试件的抗压强度逐渐增加，7d抗压强度在还原铁粉掺量为300kg/m3时达到强度峰值。当还原铁粉掺量增加至400kg/m3时，28d抗压强度达到强度峰值。当还原铁粉掺量增加至500kg/m3时，三组试件的抗压强度有明显减小，已低于基准砂浆试件。不同掺量还原铁粉对不同龄期和不同规格试件抗压强度的影响情况如图4所示。
抗折强度试验：通过试验发现，当还原铁粉掺量小于400kg/m3时，随着掺量增加，两组试件的抗折强度均逐渐增加，在还原铁粉掺量为400kg/m3时达到强度峰值。当掺量增加至500kg/m3时，抗折强度均有明显下降。不同掺量还原铁粉对不同龄期试件抗折强度的影响情况如图5所示。
抗渗性能试验：通过试验发现，当还原铁粉掺量为100kg/m3时，砂浆试件的抗渗性能有明显提高。随着还原铁粉掺量增加，试件的抗渗性能逐渐下降，当还原铁粉掺量由200kg/m3增加至300kg/m3时有明显下降，抗渗压力值降低了0.5MPa。当还原铁粉掺量增加至500kg/m3时，砂浆试件的抗渗压力值已低于基准砂浆试件。不同掺量还原铁粉对砂浆抗渗性能的影响情况如图6所示。
屏蔽效能试验：根据基本性能试验，得到还原铁粉的最优掺量为300kg/m3,屏蔽效能试验时，去除500kg/m3这一对性能影响较大的掺量，研究厚度和屏蔽织物变量时，重点考虑300kg/m3这一掺量。
通过试验发现，随着频率升高，五组10mm厚试件的屏蔽效能先增大后减小；还原铁粉掺量为0kg/m3和300kg/m3的两组20mm厚试件的屏蔽效能先增大后减小。掺300kg/m3试件的屏蔽效能最大接近18dB。不同厚度情况下，掺量变化于不同频点处对试件屏蔽效能的影响情况如图7所示，图7a是100mm*100mm*10mm功能砂浆试件，图7b是100mm*100mm*20mm功能砂浆试件。
通过试验发现，当试件为掺300kg/m3还原铁粉功能砂浆试件时，随着频率增大，未添加织物的试件的屏蔽效能先增大后减小，添加屏蔽织物的试件的屏蔽效能先减小后增大。不同厚度情况下，屏蔽织物于不同频点处对试件屏蔽效能的影响情况如图8所示，图8a是100mm*100mm*10mm功能砂浆试件，图8b是100mm*100mm*20mm功能砂浆试件。
通过基本性能试验和屏蔽效能试验，得出新型电磁屏蔽砂浆的最优配比如表2所示：
表2功能砂浆配合比
屏蔽织物的相关参数如表3所示。
表3屏蔽织物参数
最终得出的外加功能层为10mm厚掺300kg/m3还原铁粉功能砂浆1结合铜镍屏蔽织2，将其应用于实体模型的施工，复合形式如图9所示。
实体模型施工试验研究：在内墙体、地面和顶面表面涂抹10mm厚还原铁粉功能砂浆层，待功能砂浆层养护完毕后，在其表面粘结铜镍屏蔽织物。
功能砂浆层施工前，先对墙体和预制顶板表面的尘土和污渍等进行清除。预先在表面均匀涂抹2mm厚的界面砂浆，待表面略微收浆后进行功能砂浆层抹灰。抹灰时，应做吊垂直等措施以保证功能砂浆层的表面平整度。抹灰时，采用分层抹灰的方式，第一层施工厚度为5mm，养护7d后，进行第二层的施工，厚度为5mm，继续养护7d。还原铁粉功能砂浆抹灰层表面均匀平整，无开裂或脱落等不良现象，表现出良好的施工性能。
粘结屏蔽织物前，对功能砂浆层表面进行清理。为保证织物与功能砂浆层表面良好的粘结，在砂浆层表面刮满腻子，待腻子风干后，用砂纸打磨平整，确保表面无裂痕或麻点等，在腻子表面均匀涂抹一层基膜。调配墙面粘结剂和导电胶，在墙体表面均匀涂抹粘结剂。将裁剪好的屏蔽织物粘贴于内部墙体和地面上，初步粘贴后，用毛刷由中间向四周排出气泡和多余粘结剂，使屏蔽织物贴紧墙面。为保证良好的导电连接，屏蔽织物之间的搭接长度不小于0.1m，搭接处采用导电胶粘结且避开拐角位置。屏蔽织物在墙体表面的粘结情况良好，表面平整，无鼓包、翘边和褶皱等不良现象，表现出良好的施工性能，能为屏蔽效能试验奠定良好基础。
模型屏蔽效能试验：采用内置辐射源法对实体模型的屏蔽效能进行试验，根据测试频点和位置的不同，随着频率增大，屏蔽效能均呈增大趋势，在部分频点处出现谷值，侧墙位置处的屏蔽效能明显好于门位置，高频处屏蔽效能最大可达70dB以上。屏蔽效能结果如图10所示。
根据实体模型施工和屏蔽效能试验结果，可对试验中出现的屏蔽缺陷进行改进，如门洞口部位的缝隙处理和织物搭接处理等，结合实际工程，形成一定的屏蔽防护施工工艺。具体施工工艺流程如图11所示。
按如下步骤进行：
(1)功能砂浆层施工准备，进行工程内部设备搬离；
(2)按照侧墙、顶面和地面的顺序对表面进行预处理，包括以下几个方面：
(a)表面尘土和污渍清理。
(b)将表面不平整处用砂纸打磨平整。
(c)对坑洼、裂缝等缺陷处用界面砂浆处理平整。
(3)在预处理完成后，按照侧墙、顶面和地面的顺序在表面均匀涂抹2mm厚的界面砂浆，待表面略微收浆后进行功能砂浆层抹灰；
(4)抹灰时，做好吊垂直措施，以保证功能砂浆层的表面平整度；
(5)抹灰时，采用分层抹灰的方式，第一层施工厚度为5mm，养护7d后，进行第二层的施工，厚度为5mm，继续养护7d。
其中功能砂浆层的屏蔽织物层以聚酯为载体，通过铜丝网和镍丝网混编而成，厚度为0.5mm，屏蔽效能在1MHz-10GHz频段内达70dB，其施工工艺按如下步骤进行：
(1)功能砂浆层表面预处理，包括以下几个方面：
(a)砂浆表面尘土和污渍清理；
(b)将表面不平整处用砂纸打磨平整；
(c)对坑洼、裂缝等缺陷处用界面砂浆处理平整；
(2)在砂浆层表面刮满腻子，待腻子风干后，用砂纸打磨平整，确保表面无裂痕或麻点等；
(3)在打磨平整的腻子表面均匀涂抹一层基膜，以保证织物与功能砂浆层表面良好的粘结；
(4)调配墙面粘结剂和导电胶，墙面粘结剂采用强力糯米胶，导电胶采用银系导电胶，由改性环氧、改性胺类和复合银粉组成；
(5)在墙体表面均匀涂抹粘结剂。将裁剪好的屏蔽织物按照侧墙、顶板和地面的顺序进行粘贴；
(6)屏蔽织物之间的搭接长度不小于10cm，搭接处采用导电胶粘结且避开拐角位置，以保证良好的导电连接，
(7)初步粘贴后，用毛刷由中间向四周排出气泡和多余粘结剂，使屏蔽织物贴紧墙面。
其中功能砂浆层按如下步骤制备：
(1)根据实际工程体量，按照42.5普通硅酸盐水泥450kg/m3，中等河砂1423kg/m3，粉煤灰50kg/m3，二次还原铁粉300kg/m3，水300kg/m3的掺量进行功能砂浆的配制；
(2)将各组分材料按照一定顺序加入搅拌机中搅拌，先将水泥放入搅拌机中，开动搅拌机；在搅拌机中匀速加入还原铁粉，慢速干拌60s；当还原铁粉添加完毕后，调整搅拌机速度，使其快速干拌60s，让水泥和还原铁粉充分混合；
(3)调整搅拌机速度至慢速，依次均速加入砂、粉煤灰，边搅拌的同时边加水，总计搅拌时间不少于180s；
(4)搅拌结束后，完成功能砂浆的制备，用于屏蔽防护施工。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
