浅谈导电水泥基材料

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姓 名: 李博

学 号: 071635

所在院系：材料科学与工程学院

学科门类：工学

学科专业：建筑结构与功能材料

指导教师：张晏清

二〇一一年一月

浅谈导电水泥基材料

目录

0 前言 ....................................................................................................................................... 3

1 研究的意义 ........................................................................................................................... 3

1.1电热效应 ......................................................................................................................... 3

1.2电磁屏蔽效应 ................................................................................................................. 4

1.3智能性 ............................................................................................................................. 5

2 导电水泥基材料组成 ........................................................................................................... 5

2.1石墨 ................................................................................................................................. 5

2.2碳纤维 ............................................................................................................................. 6

2.3钢纤维 ............................................................................................................................. 6

2.4钢渣 ................................................................................................................................. 7

2.5炭黑、碳质骨料 ............................................................................................................. 7

2.6复合导电介质 ................................................................................................................. 7

3 主要性能指标 ....................................................................................................................... 8

3.1强度要求 ......................................................................................................................... 8

3.2良好的导电性 ................................................................................................................. 8

3.3电阻率的稳定性 ............................................................................................................. 8

4 国内外发展现状 ................................................................................................................... 8

4.1国外 ................................................................................................................................. 8

4.2国内 ................................................................................................................................. 9

5 主要成果 ............................................................................................................................... 9

5.1电热混凝土 ..................................................................................................................... 9

5.2电磁屏蔽混凝土 ........................................................................................................... 10

5.3智能混凝土 ................................................................................................................... 10

6 存在问题 ............................................................................................................................. 11

6.1石墨，炭黑和碳质骨料 ............................................................................................... 11

6.2碳纤维 ........................................................................................................................... 11

6.3钢纤维等金属类 ........................................................................................................... 11

6.4导电相缺陷 ................................................................................................................... 11

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7 发展前景 ............................................................................................................................. 12

7.1导电骨料的制备 ........................................................................................................... 12

7.2增强电磁屏蔽水泥基材料 ........................................................................................... 13

7.3导电装饰材料 ............................................................................................................... 14

8 结语 ..................................................................................................................................... 14

参考文献： ............................................................................................................................. 15

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摘要：导电水泥基材料是一种新型的生态材料，本文介绍了导电水泥基材料的导电原理、性能指标及其发展状况。并且分析了导电水泥基材料发展中的问题，重点介绍导电水泥基材料的发展趋势。

关键词：导电性；组成；问题；发展趋势

Abstract conductive cementitous materials is a new kind of ecological material，the conductive principle, index of performance and the development of conductive cementitous materials are introduced in this essay. Developing trend is analyzed. The problems of development are also analyzed ,with an emphasis on the developing tend both at home and abroad.

Keywords electrical conduction constitution problem developing trend

0 前言

水泥基材料是以硅酸盐水泥为基体，加入集料、水、外加剂、掺合材料等复合而成的一种复合材料（常称为混凝土）。水泥基材料具有环境适应性强、施工简单、成型构筑物强度高、稳定性好、耐久性优、造价低等优点是世界上应用最广、用量最大的建筑材料。

导电混凝上因具有导电性能，且又不失混凝上的一切技术和性能上的优势而在众多领域有着巨大的潜在应用前景。目前，导电混凝上有着广泛的应用领域:它既可以替代金属，起到屏蔽无线电干扰、防御电磁波的作用；又能用作电工材料，如接地装置、建筑物的避雷设备、断路器的合闸电阻、消除静电装置、金属阴极保护系统等;还可以利用导电产生的热效应进行环境加热、建筑采暖以及道路和机场的融冰化雪；同时，还可以利用它的力一电相关特性制成一种机敏智能材料，可用于混凝上结构的非破损检查评估，也可用于高速公路的自动监控、运动车辆的重量称量，大型结构(如核电站设施、大坝)的微裂纹监测等。 1 研究的意义

1.1电热效应

普通混凝土无论是处于潮湿或干燥状态，都不具有良好的导电性能（普通混

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凝土在干燥状态下的电阻率在104 ~109 Ω·m； 潮湿状态下达到101~104Ω·m， 而金属导体电阻率一般在10 -7Ω·m 量级）。在普通混凝土配制过程中添加导电介质之后，电阻率大大降低，其导电性能大幅提升。

日前，世界各国主要通过撒盐( NaCl，CaCl2)来融化冰雪，这一方法是利用盐降低水的冰点，使积雪自动融化。该法具有材料来源广泛、价格便宜、化冰雪效果好等特点，因而得到了普遍应用。但是，撒盐法也给混凝土路而结构和环境带来了许多负面效应，主要表现为钢筋钢纤维锈蚀、路而剥蚀砂坏和环境污染等问题。世界上不少国家因使用除冰盐，已造成道路、桥梁的严重破坏。采用导电混凝土作为地面材料，可以帮助道路除冰并且不造成路面的破坏。武汉理工大学的侯作富、李卓球和唐祖全等人开展了碳纤维混凝土用于融化冰雪的研究， 论证了该材料用于道路除冰的可行性。Tumidajski等人测试了导电混凝土基层与普通混凝土罩层形成的路面结构在融雪过程中的电流传输。这些研究结果说明，导电混凝土的电热效应可以满足建筑采暖、道路除冰的要求，具有实用化的前景

1.2电磁屏蔽效应

电磁屏蔽，实际上是为了限制从屏蔽材料的一侧空间向另一侧空间传递电磁能量，电磁波传播到达屏蔽材料表而时，通常有3种不同机理进行衰减：R一电磁波到达屏蔽体表而时，山波阻抗的突变引起的电磁波单次反射损耗；A一未被屏蔽体表而反射而进入屏蔽材料内部的电磁波，不断被屏蔽材料吸收和衰减而引起的电磁波吸收损耗；B一在屏蔽材料内部尚未衰减掉的电磁波在屏蔽体的两个界而间多次反射而引起的电磁波多次反射损耗修正项。

SE=A+R+ B (dB) (1)

其中R =168 l0log(， A=1.，σ为相对电导率，μ为相对磁导率，f μf为电磁波频率(Hz) , t为材料厚度( cm)，当 A> 15dB时，B可忽略。根据实用需要，对于大多数电子产品的屏蔽材料，在30~1000MHz频率范围内，其SE至少达到35dB以上(相对应的体积电阻率在102 Ω·m以下)，就认为是有效的屏蔽。

随着电子工业时代的高速发展，移动通讯、广播、雷达、磁疗、计算机等等已成为人们日常生活中经常接触的事。由于电子元件小型化、高度集成化以及电子仪器仪表轻量化、高速化和数字化，电器设备的信号具有电平小的特点，易受外界电磁干扰而使其动作失误从而带来严重后果，因此必须采取有效防护措施

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保障其不受干扰和瘫痪。同时，对于关系到国家利益的军事部门和商业部门的秘密通过电磁波而产生的泄露，会给相关单位乃至整个国家造成极大的损失，采取相应的电磁屏蔽措施，可以有效防止电磁信号泄露。从预防电磁辐射污染的角度来讲，现在对各种电磁污染危害的防护已引起环保部门和有关方而的高度重视，可以通过导电水泥基材料把电磁污染限定在一定区域。因此对混凝上进行电磁屏蔽改性研究，使建筑维护结构本身就具有满足相应指标的电磁屏蔽性能，将具有极其重要的意义，这是时代发展对混凝上提出的新的要求。

1.3智能性

由于很多导电介质如碳纤维等掺入到混凝土时，导电水泥基材料会产生压敏性、温敏性会随着温度、湿度、压力等环境因素的影响，因而混凝土就产生了仿生功能。我们可以根据导电水泥基材料在不同情况下的的电阻率判断混凝土的耐久性等性质利用压:敏性，可对其自身的应力状况和损伤程度进行诊断检测，甚至可以通过感应装置搜集数据而启动自我修复机制从而免除了修补水泥基材料带了的人力物力损失同时可以实时监控水泥基材料的质量。现在人们已经发现出很多种智能水泥基材料例如损伤自诊断智能混凝土、自适应自调节智能混凝土自修复智能混凝土、温度自监控智能混凝土等。

近年来，碳纤维智能混凝土的特性己经引起人们越来越多的关注，碳纤维智能混凝土在电子、电器、军事、银行、商业、建筑等行业有着广阔的前景。利用碳纤维智能混凝土的反射电磁波功能，可以制成智能交通系统的导航材料;制成碳纤维地板砖可以防止静电积累;利用碳纤维智能混凝土的导电性可对其中的钢筋实行阴极保护避免钢筋锈蚀，同时碳纤维智能混凝土可以应用于建筑结构的非破损健康监测。

2 导电水泥基材料组成

导电水泥基材料是在普通水泥基材料中加入导电介质，通过导电介质之间的相互交联形成了导电通路。目前，用于配制导电混凝土的导电介质一般有如下几类：石墨、碳纤维、钢渣、钢纤维、碳质骨料、炭黑等。下面重点介绍几种导电介质及其制备技术。

2.1石墨

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石墨具有良好的导电性（含碳量大于80%，其电阻率通常不大于0.5 Ω·cm），与铜粉、铁粉、铝粉等金属粉末相比，具有化学性质稳定、耐酸碱、抗氧化性好等优点。但是，石墨粉末需要掺加较高掺量才能在混凝土基体内形成相互连通的导电网络，石墨粉的需水量很大，需要大幅度增加混凝土拌合物的用水量，导致混凝土的强度随着石墨粉的掺量增加而快速下降。因此，石墨导电混凝土适合用于对混凝土强度要求不高的领域。

石墨掺量对电阻率的影响

2.2碳纤维

碳纤维具有碳的各种性能，又具有纤维的特点，具有优良的导电性、耐磨性、增强性等优点。碳纤维用于制作导电混凝土， 既能发挥导电功能，且在一定程度上能增强其力学性能。因此，碳纤维导电混凝土具有更加广泛的用途， 不仅可以用于导电、发热，还可以用作压敏性材料等。

与石墨相比，在导电性能方面碳纤维具有如下特点：(1) 导电纤维比导电粒子更容易形成导电网络；(2)纤维越细，直径越小，在相同体积含量时，纤维根数越多，纤维的总长度越大，纤维与纤维之间更易于搭接， 从而形成相互连通的导电纤维网络；(3)纤维越长，越容易相互搭接。

2.3钢纤维

钢纤维具有提高混凝土的抗拉、抗弯、抗剪等力学性能的优点，同时作为金属也可以发挥导电功能。金属具有良好的导电性，如铜的电阻率是1.7×10-6Ω·cm，铁的电阻率为9.7×10-6Ω·cm。因而钢纤维常常作为配制导电混凝土的技术方案之一。

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2.4钢渣

由于钢渣中含有15%~26%的氧化铁、10%~15%的金属废钢， 因而其颗粒通常具有导电性，可以考虑用作导电混凝土的导电介质。同时钢渣掺入混凝土，不但成本低廉，而且不会降低混凝土的物理学性能。

2.5炭黑、碳质骨料

炭黑是一种价格便宜的导电物质，也可以用来制作导电混凝土。炭黑的最大问题是它本身强度低，吸水率大，必须大幅度增加混凝土的用水量才能获得满意的工作性，有试验表明，如按重量计，骨料、水泥、乙炔炭黑以100：25：5 配制导电混凝土，需要加入40 份的水，相当于水灰比达到1.6，导致混凝土强度很低。

骨料占混凝土绝大部分的体积。如果骨料具有导电性，则混凝土很容易获得较好的导电性能。因此，碳质骨料是配制导电混凝土的较为理想的一种导电介质。碳质骨料属于一种轻骨料，吸水率稳定，且无湿胀性。在配制之前，先要对碳质骨料进行预饱水处理。碳质骨料可以取代石子，也可以磨细后用作细骨料。

2.6复合导电介质

在制作导电混凝土时，常常使用两种或两种以上的导电介质， 将导电颗粒和导电纤维结合使用，充分发挥二者组合使用的优势，既提高混凝土的导电功能，又增强其力学性能。

以上几种导电介质是现在导电水泥基材料中常用的介质，随着研究的深入也发展出很多新型的导电骨料例如Ramme Bruce W 等人申请的美国专利 “导电混凝土与可控低强材料” 采用高含碳量粉煤灰制作可控的低强材料：1%~20%的波特兰水泥，18%~85%的高含碳量粉煤灰（含碳量大于12%）以及适量水，制成抗压强度8.3MPa 以下的材料。其电阻率的上限值因组成的不同可分别达到如下数值：6000Ω·cm、3500Ω·cm 和100Ω·cm。对于混凝土，其组成为：1%~30%的波特兰水泥，1%~20%含碳量大于12%的粉煤灰，40%~90%的骨料以及适量的水，可获得抗压强度不小于13.8 MPa 的导电混凝土。其电阻率的上限值因组成的不同可分别达到如下数值：30000Ω·cm、11000Ω·cm 和1500Ω·cm。相信随着科学技术的发展导电介质的发展还会有更大进步。

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3 主要性能指标

导电水泥基材料既是结构承载材料，同时又是一种功能材料。它要求导电混凝土在满足自身强度的同时具有良好的导电性和稳定性。

3.1强度要求

导电水泥基材料的力学性能通常以抗压强度来表征。影响导电混凝土强度的因素很多。与普通混凝土不同的是，导电相材料本身的机械强度、粒度、形状、级配和掺量对混凝土的强度均有较大的影响。所以在选择导电相材料时一定要综合考虑。

3.2良好的导电性

导电性是衡量导电水泥基材料性能的主要物理参量，而衡量导电性的指标一般为电阻率，导电混凝土的电阻率视其用途而异，一般可变化在10-3~102Ω·m。导电混凝土的电阻率取决于导电相的电学性能、物理性能以及导电相与胶凝材料的相互作用。导电混凝土中导电相自身电学性能、颗粒尺寸和形状以及它在混凝土中的分布特征，对整个导电混凝土的综合参数有重大影响。

3.3电阻率的稳定性

电阻率的稳定性是导电水泥基材料作为电热材料最基本的要求。稳定性的要求应包括两方面的内容:一是随使用时间的延长，环境温度和湿度的变化，导电水泥基材料的电阻率应保持稳定；二是导电水泥基材料在通电加热、除冰的过程中，通电时间、通电次数、在一定范围内的电压高低等对电阻率没有明显的影响。

另外，作为一种工程材料，导电水泥基材料还应满足良好的工作性和足够的耐久性等其他方面性能的要求。

4 国内外发展现状

4.1国外

20世纪30~40年代，人们开始研制导电混凝土，前苏联、德国、加拿大、美国、英国等国探索了混凝土导电性能的可能性。20世纪70年代，美国、加拿大以及北欧国家为了解决公路和桥面在除冰过程中因使用除冰盐而造成的混凝土土严重腐蚀的问题， 在采用阴极保护措施的过程中，引出了导电混凝土的研究和应用。20世纪90年代以来，导电混凝土的研究和应用获得了长足的进步。Banthia

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等人研究了碳纤维-钢纤维增强水泥基材料的导电性。导电纤维的体积分数为1%~5%，28d 龄期的导电混凝土的电阻率31.9~78 Ω·cm。由于钢屑固有的问题，2001 年，Yehia 和Tuan又开发了另一种导电混凝土，他们采用石墨和碳质产品部分取代钢屑，石墨和碳质产品占到混凝土体积的25%， 并在所有的配比中掺入了体积分数为1.5%的钢纤维。2001 年，Nebraska 公路部同意在Roca 进行一个导电混凝土的示范工程， 将导电混凝土应用于Nebraska 州的Roca Spur 桥的桥面板，利用其电热效应除冰化雪。1998 年，李仁福等进行过一次利用石墨水泥净浆制作室内采暖地面的尝试，取得了较为满意的成果。

4.2国内

我国在80 年代也开始了对导电混凝土的研究。杨久俊等人研究了碳纤维导电混凝上在干燥和水饱和两种状态下的导电性能，指出当碳纤维掺量低时，干燥状态下导电混凝上的导电率显著降低;而当碳纤维掺量高时，干燥状态下导电率反而增加。沈刚等人的研究指出随着温度的升高，碳纤维导电混凝上的电阻会发生变化，当温度低于100℃左右时，电阻率随温度升高而下降;当温度高于100℃左右时，电阻率随温度升高而增大。

杨海燕、李劲、叶齐政等研究和分析钢纤维混凝上的吸波特性以寻找一种新的对大建筑物和军事隐蔽建筑的保护方法。贾治勇指出了国内外研究屏蔽混凝上多是在混凝上中掺碳或碳纤维，并指明了屏蔽混凝上具有在军事上和防护工事上防止核爆炸电磁杀伤、干扰和常规电磁武器(如电磁炸弹、干扰机)杀伤、干扰的电磁屏蔽功能，而且可以将民用电磁污染限定在一定范围内。关新春、欧进萍指出碳纤维混凝上是在普通混凝上中均匀地加入短碳纤维而构成的纤维增强水泥基复合材料，与普通混凝上相比，它不仅抗拉强度高、极限抗拉应变大，而且还具有温度和压力的自感知及电磁屏蔽等特性，是土木工程界新型的功能材料，在大型上木工程结构和基础设施的安全监测以及电子设备的电磁屏蔽等领域具有广泛的应用前景。

5 主要成果

5.1电热混凝土

位于美国内布拉斯加州的Roca Spur桥是世界上第一座采用导电混凝土桥面

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板除冰化雪的桥。该桥全长46m，宽11m，2001年开工，次年完工。桥面板内镶嵌了36m×8.5m×100mm 的导电混凝土层（由52 块独立的导电混凝土板组成），采用钢纤维和碳质材料作为导电介质。不同长度的钢纤维体积掺量为1.5%， 不同粒径的碳质材料占到混凝土体积的25%。由于具有良好的电热性能，薄层的导电混凝土就能产生足够的热量融化冰雪。导电混凝土发热板采用三相交流电进行供电，并采用自动控制程序，当板的温度低于4.5℃时，控制开关打开加热，温度超过12.8℃时关闭。通电时，2块板为1组，轮替施加208V电压各30分钟，记录到的最大电流为7~10A，峰值功率在360~560W/m2之间，平均达到452 W/m2。Roca Spur 桥于2003 年开放交通。首次除冰试验的数据显示，导电混凝土板的温度高于环境温度9℃。同时，Nebraska公路部同意对导电混凝土覆盖层进行为期5年的监测。根据Yehia最近的报告，2004~2007 年的监测数据显示Roca Spur桥的电阻率稳定，变化较小。Yehia 和Tuan对现有的道路、桥梁除冰技术进行了调查和对比，指出在路面板或桥面板上铺设导电混凝土层，在技术和经济上都是最为有效的一种除冰雪方法。

5.2电磁屏蔽混凝土

日本的Otsuka，Hiroshi； Hag a，Akira 公开的一项磁性混凝土专利, 其主要内容为一种具有屏蔽电磁波效果的磁性混凝土, 混合混凝土和磁性流体或磁性粒子以获得磁性混凝土, 磁性混凝土具有屏蔽电磁波的效果。丹麦的Bache, Hans Henrik；Eriksen, Knud Lund 用混有金属或合金粉末生产磁性混凝土 , 是可用于加工电磁仪器的磁性混凝土。日本的Sato，Hiroshi；Domae，Hiroyuki; Takahashi，Masaharu 研究了混凝土墙体对电磁波的反射和传递进行控制。

5.3智能混凝土

智能混凝土是在混凝土原有的组分基础上复合智能型组分，使混凝土材料具有自感知和记忆、自适应、自修复特性的多功能材料。智能混凝土是智能材料的一个研究分支，其起源可追溯到本世纪60年代，当时苏联学者首先采用碳黑为导电组分尝试制备了水泥基导电复合材料。80年代末，日本土木工程界的研究人员设想并着手开发构筑高智能结构的所谓“对环境变化具有感知和控制功能”的智能建筑材料。美国D.D.L.Chung教授及她的课题组自1993年提出了智能混凝土(smart concrete)的概念后，十余年来一直致力于智能混凝土的研究。

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6 存在问题

6.1石墨，炭黑和碳质骨料

石墨和炭黑的导电能力毋庸置疑，价格也很低廉。但是石墨粉末和炭黑需要掺加较高掺量才能在混凝上基体内形成相互连通的导电网络，石墨粉的需水量很大，需要大幅度增加混凝上拌合物的用水量，导致混凝上的强度随着石墨粉的掺量增加而快速下降。有实验表明石墨掺量增加一倍水灰比将变成原来的六倍，强度降低的幅度就难以想象了。另外粉料加入搅拌的时候，会产生大量的粉尘污染。

碳质骨料的导电性能优异不会产生污染同时吸水率很小，但是碳质骨料的强度很低，利用碳质骨料配制的水泥基材料强度低，使用范围有限，因此碳质骨料一般都会磨细用作细骨料。

6.2碳纤维

碳纤维导电混凝土存在的问题一方面是价格较高， 另一方面是碳纤维含量较多时搅拌不均匀，造成碳纤维结团现象；同时在搅拌时会引入大量气泡，从而使碳纤维混凝土气孔率增加。因此，在制作过程中通常需要使用分散剂（常用的有甲基纤维素，掺量一般为水泥的0.4%左右）和消泡剂，会耗费人力物力和资源。

6.3钢纤维等金属类

随着时间的延长，钢纤维水泥基材料的电阻率明显增大，原因是水泥基材料在高碱性环境中，金属产生钝化膜，增加了电阻率。采用金属纤维或者粉末（如铁粉、铝粉、钢屑等）作为导电介质的混凝土，都具有导电性不稳定的问题。钢纤维导电混凝土的电阻系数，经过1年后增大了近60倍。因此钢纤维作为导电水泥基材料导电介质时其耐久性降低，并且钢纤维的价格昂贵。钢渣作为导电介质时虽然不会出现耐久性问题，但是其成分不均匀导电能力有限，导致导电水泥基材料导电能力不均匀，另一方面产量有限。

6.4导电相缺陷

导电相材料研究局限于水泥石，关于骨料的研究很少。混凝土中水泥石相的体积掺量一般仅为1/3，其余2/3左右的体积空间被粗、细集料和气孔填充，因此仅仅在水泥石中形成导电网络对于混凝土整体而言是非均匀分布和不够完善的，其后果一是对水泥石和集料间的相对变形和界面过渡区的裂缝引发和扩展缺乏敏感的监测，这一区域往往又是结构破坏的重要区域；二是水泥石中存在空隙溶

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液的离子导电现象，离子导电随环境湿度和水化龄期等因素变化，影响水泥石相导电、传感性能的稳定性；三是不导电的骨料对导电相形成的导电网络的阻隔作用，使碳纤维渗流阈值掺量大幅增加，导致压敏性下降。

7 发展前景

导电水泥基材料不仅可以用来消除路面冰雪，而且还可用于室内采暖动(植)物养殖(种植)场制造温室。建筑采暖对我国北方来说是一个重要的问题，传统的采暖方式需要安装金属散热片并建造锅炉房，一次性投资大，资源浪费严重。用导电混凝土制作采暖地面，造价低，施工工艺简单，性能稳定、是建筑采暖的又一新途径。

导电水泥基材料是一种新型的多功能材料。利用其压敏功能还可对路面的交通流量与车辆载荷进行监控。除此之外，在电磁干扰屏蔽、工业防静电、接地工程等方面，导电水泥基材料也将发挥重要的作用。近几年对于这些的研究有了一定的进展，但仍需作进一步的探索，使其投人到实际生产之中。下面是根据现在导电水泥基材料的缺陷提出的一些新的用途。

以下是笔者对导电水泥基材料的发展前景的一些展望，并且针对导电水泥基材料现有的发展问题提出的解决办法。

7.1导电骨料的制备

从石墨、炭黑、钢纤维等导电介质的各个缺点可以看出，掺量对强度的影响以及电阻率的稳定性是导电介质优良评判的最重要的两个指标，如何能够在保证强度的情况下保证电阻率的稳定性成为重要的课题，必须找到能同时兼具有石墨和钢纤维特点而有便宜的导电介质。由于受到碳质骨料的启发，可以考虑到制备导电骨料，而这种骨料的强度又远大于碳质骨料。

因此从以上几个方面考虑，可以想到将碳粉包裹于石英砂表面从而得到表面具有导电介质的导电骨料，根据聚合物知识可以采取环氧树脂作为粘结剂，可以先将碳粉包裹于石英砂表面经过烘干制得导电骨料，再经过配合比设计配制一定强度混凝土试块。与此同时在做另一组参照实验，将相同量的碳粉在搅拌混凝土的时候直接加入，配制相同强度的混凝土。最后将两组试块放在相同情况下养护28天再测其强度，电阻率对比他们的配合比水灰比等参数，从而分析导电骨料的

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性能如何，评判其优缺点。

7.2增强电磁屏蔽水泥基材料

随着科学技术和电子工业的迅速发展，各种商用、家用电子产品的日益普及，电子计算机、通信卫星、高压输电网、无线电雷达和一些医用设备等的广泛应用，由此带来的电磁辐射也越来越严重。电磁辐射产生的电磁干扰小仅会影响到电子产品性能的正常发挥，而且由此而引起的电磁污染会对人类健康造成严重危害。增强电磁屏蔽水泥基材料的发展也是必要的，由于现代各种各样的电器、计算机、手机等电子产品及设备都会产生各种频率的辐射，而现有的电磁屏蔽水泥基材料所能辐射的屏蔽范围也是有限的。

根据电磁的屏蔽的原理可以知道电磁屏蔽主要是三个方面，一是屏蔽材料表面的吸收作用；而是在屏蔽材料表面的反射能耗；三是两者相互影响的产生的能耗。对于电磁波的吸收作用是材料的固有性质，每一种材料都有固定的吸收值，而第三方面两者的相互作用产生能耗是不可控制的损耗，第二方面屏蔽材料表面的反射则是可以考虑改变的。传统的电磁屏蔽水泥基材料，只是添加了导电介质的纤维，电磁波相当于只是在只占有水泥基材料1/3体积的水泥石内反射，因而其反射的范围和路径都不够广阔，可以考虑如果占有更大体积的骨料也具有导电性能，电磁波在电磁屏蔽材料表面的反射路径和方向大大增加，相应的其损失就会很大使材料的屏蔽效应增加。把传统的电磁屏蔽混凝土的屏蔽体系看成只有导电纤维构成的单层“鸟笼”屏蔽结构，它只能在一层范围内阻碍电磁波传播，而对于采用导电骨料的增强电磁屏蔽水泥基材料来说，导电骨料于水泥石中的导电纤维互相交联在一起，因而可以看成一个多层相连的“鸟笼”，电磁波在发射过程中不仅路径大大增加而且传播过程中的障碍也会大大增加，因此在遇到高频电磁波其屏蔽效应会很明显，随之电磁屏蔽水泥基材料的屏蔽范围会扩大。

设想用碳粉和石英砂来配制导电骨料，在做增强电磁屏蔽水泥基材料时采用导电骨料并且加入一定量的碳纤维，另一组对照实验则采用普通骨料加入相同量的碳纤维，经过相同的养护时间和条件之后，测试二者对相同频率的电磁波的屏蔽效能SE及强度。如果增强电磁屏蔽水泥基材料的屏蔽效能显著大于后者，则继续做不同的对照实验，即掺入不同量的碳纤维采用导电骨料进行时，从而得到一组实验，最后做出强度曲线和屏蔽效能曲线，找到最合适的碳纤维掺量。

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7.3导电装饰材料

前面所描述的都是导电介质在水泥基材料中的用处，也就是建筑结构材料中的用处，我们也可以考虑将导电骨料应用于装饰材料之中，装饰材料的功能比较单一如果能将装饰材料制作成为具有导电功能的材料，可以使其具有电热功能，屏蔽功能，从而在达到材料功能多元化的同时节省其他材料的使用量。

将导电骨料与常用装饰材料石膏结合在一起使用，石膏作为常用的装饰材料，具有比重小，易于成型，体积微膨胀等特点，而其基本不能提供强度只能用来作为装饰材料，可以说是资源的一种浪费。可以通过其与导电介质的相结合使用，使其发挥更多功效。导电骨料和石膏相结合使用时，整个装饰材料在既可以起到装饰的作用，也可以使其具有导电材料的导电性和电磁屏蔽效应。在比较寒冷的季节可以通过石膏装饰材料导电加热取暖，同时在一些特殊的场地可以发挥其电磁屏蔽的特点，减少电磁辐射带来的污染。

8 结语

导电水泥基材料作为一种新型的建筑材料，具有电热效应、电磁屏蔽效应、智能性等特点，其使用功能远远未开发出来，充分利用导电水泥基材料材料的优势可以节约资源、减少污染、为人类生活提供强大的支持。我国的导电水泥基材料材料在实际工程建设中的应用还处于起步阶段，随着国家经济建设的不断发展和人们对工程质量要求的日益提高，导电水泥基材料材料将展不出它超群的优势。

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参考文献：

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