导电混凝土在电磁屏蔽工程中的应用研究

导电混凝土在电磁屏蔽工程中的应用研究

李波

中铁十局集团第二工程有限公司 河南郑州 450000

摘要：现如今，伴随着电子信息化技术的飞快发展，包括但不限于移动通信、电脑计算机、雷达定位、收音广播等等在内的多种电子产品成为我们生活中的重要组成部分之一。这些电子产品以及相关的电子工业在给我们生活带来便利的同时，也带来了全新的问题——电磁辐射。电磁辐射不仅仅会干扰电子仪器本身的信号收发，还会使程序发生错乱造成信息泄露或者指令错误等问题，于我们人体健康而言，电磁辐射的危害也十分巨大。基于电磁辐射的种种危害，我们把眼光放到了可以进行电磁干扰屏蔽的导电混凝土的身上，本文就导电混凝土在电磁屏蔽工程中的应用进行一些粗浅的认识和研究。

关键词：电子信息；电磁辐射；导电混凝土；

一、混凝土中导电混凝土的由来以及导电混凝土的机理、性能和优点

电子信息技术时代给我们带来不少便利的同时，也让我们宛如身处一个巨大的“微波炉”当中。面对四面八方的电磁辐射冲击，建筑物成为我们可以暂时依托的“安全屋”，而作为主要建筑材料的混凝土，也自然而然进入了人们的视线。但是，传统意义上的混凝土系围栏状结构的硅酸盐混凝土，该传统混凝土电磁波的屏蔽能力着实有限，很难满足人类或者电子设备需求的防护能力。有需求就有研究，通过对混凝土进行改性，导电混凝土凭借着其良好的电磁干扰屏蔽作用，开始在历史的舞台大展拳脚。

传统混凝土在较为干燥的环境下，既不是绝缘体，也不是良导体。基于传统混凝土优秀的物理学性能，人们开始着手对其进行改造，在传统混凝土中加入一定比例的导电介质，通过改变电阻率的范围来优化导电性能。在导电介质的介入下，传统混凝土就摇身一变成为有着良好导电性能的导电材料。有着导电性能的混凝土，既继承了前身结构材料的优点，又延伸出导电性、压敏性、温敏性、电磁干扰屏蔽性等优越特征。经过改造的导电混凝土，不再是一种简单的结构性材料，而是成为一种有着电磁干扰屏蔽、工业静电预防、电力设备接地、基础设施内部应力自检查评估等等突出作用的多维度智能材料。

二、导电混凝土的电磁屏蔽效应原理以及相关国内外现状的研究趋势

电磁屏蔽的主要原理多为通过对高频磁场的干扰，达到控制电磁波的目的。基本步骤为，通过使用低电阻导体材料，让电磁波在屏蔽体表面进行反射或者在导体中进行内部全部或局部吸收转化从而达成电磁屏蔽干扰作用，干涉、阻止电磁波从一区域到另一区域的辐射传播。在该电磁屏蔽效应原理下，电磁波前后衰值越大，则表明屏蔽干扰效果越佳。导电混凝土亦是如此，混凝土结构本身对电磁波就有着一定程度的反射、吸收和透射机理。然而，电磁波在立体空间辐射中的防护干扰依托的是屏蔽性能。传统的普通混凝土作为屏蔽体，本身提供的防护类反射和吸收作用对高频电磁波的屏蔽性能并不理想。而传统普通混凝土在添加电磁消耗物后，即加入导电介质改性成为导电混凝土后，在原有的结构特性下电磁干扰屏蔽性能也大大提高。

对于导电混凝土的电磁干扰屏蔽效能进一步的研究任重而道远，国内外也一直较为活跃，具体研究内容有如下几个方面的表现：国内研究中，解放军理工大利用钢筋混凝土电磁干扰屏蔽方面的特性，开展了更深层的研究，得出了细钢筋密网格对于电磁干扰屏蔽方面的优越性；华中理工大则利用钢纤维混凝土吸波方面的特性，开展了更为细致的剖析调研，意为探索巨型建设和军事特殊设施的保护策略；其他各地相关专业的工程学院、大学以及研究所针对混凝土掺杂材料的不同类别、不同比例、不同性能的实验研究从未停止。迄今为止与电磁屏蔽效应相关的极限抗拉应力、温压自感知、电子设备监测、吸波性能、宽频性能等等方面已经有了不同程度的研究成果。国外对导电混凝土的电磁屏蔽效能研究针对性很强：国际上导电混凝土关于电磁屏蔽效应的发展也层出不穷，本文现以美国和日本比较典型的两个例子展开赘述。美国从20世纪70年代起着手于铁氧体抗电磁干扰混凝土的研究，研究显示，在混凝土中加入相应比例的亚微米直径碳纤维可对其力学性能产生影响，具体表现为直径与电磁屏蔽效能成反比关系。日本则利用在混凝土中加入磁性物质来改变电磁屏蔽效能。在实验研发中，通过将铁氧体块、铁丝网等材料按比例混合进维尼纶纤维增强水泥复合材料中，研发了新型的电磁波吸收幕墙。该电磁屏蔽幕墙可以通过铁网表面产生的电流形成磁场，继而通过铁氧体块将部分磁场转变为热能的过程达成电磁波的屏蔽效果。日前，该有着宽频性能的电磁波幕墙已在日本多地的高建筑中投放安装，针对电磁波反射导致的设备图像错乱问题有一定成效。

三、导电混凝土就电磁屏蔽方面的发展趋势以及应用远景的研究和展望

就当前生活中导电混凝土的使用来讲，其电磁干扰屏蔽效能仍然存在一些短板，比如说在建筑物中运用导电混凝土，虽然能起到理想中的电磁屏蔽效果，但是由于导电体的高反射性，同时也会出现建筑物里外电磁波相互影响、性能降低的问题。由于这些问题的存在，电子器械自身的电磁兼容性也会因受到建筑物中导电混凝土的电磁干扰屏蔽效能而降低。还有一点值得注意的是，在建筑物中，我们使用的导电混凝土加入的导电介质一般为金属类物质，金属物质的高反射性也会给一些特定场景带来不可逆转的损害。比如说，需要隐蔽性的军事类建筑如果运用了高反射性的导电混凝土，不但极易暴露自身位置，还有可能在军事战争中成为敌方精准武器的火力目标，那后果不堪设想。

所以总的来讲，拥有电磁干扰屏蔽效能的导电混凝土，未来的发展道路还很长。根据不同的功能需求，导电混凝土也有着更深层次的改良需求。单一就将来建筑问题上，导电混凝土电磁屏蔽效能主要如下有两个地方的需求：首先，是在高度吸收电磁波的前提下，需要更低电磁波反射功能的优化。未来的发展趋势为可以依靠新型广泛类混凝土电磁防护材料的加持，来对金属类导电介质所影响的一连串高反射矛盾进行优化改善，过去广泛应用的单一的金属介质模式将会向着多元化多维度新材料模式转变。其次，导电混凝土电磁屏蔽效能中的防护需求也亟待提高。我们生活环境中分散杂乱的电磁波已经全面覆盖了各个波段，它们所带来的电磁辐射场强也远远高于相关标准，相关资料表明，电磁波功率密度一旦超出0.5w每平方厘米，其单个脉冲所释放的能量将会对人体造成不同程度的烧伤乃至危及性命。所以在未来道路上，有着电磁干扰屏蔽效能的导电混凝土将会在防护方面有着大幅度的改良提升。

总结：导电混凝土的电磁屏蔽效能未来的远景将会是逐渐多功能化，运用的场景也会越来越多。不只止于居民电磁屏蔽的需求，军事对于电磁屏蔽防护的需求也同样刚需，相信在不久的将来，改良过后的导电混凝土电磁屏蔽效能运用将会广泛造福于基站、微波站、高压线下建筑、电台发射相关实验室等等。虽然就目前我国导电混凝土的电磁屏蔽效能现状来讲，与发达国家相比还存在着相应的差距，但是锲而不舍的中国力量终会做出一番成绩，让导电混凝土，让电磁屏蔽效应为我们的社会和经济带来更多更大的效益。

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