用于电磁波/脉冲屏蔽的构造的结构混凝土混合的制作方法
用于电磁波/脉冲屏蔽的构造的结构混凝土混合的制作方法
【专利说明】用于电磁波/脉冲屏蔽的构造的结构混凝±混合
【背景技术】
[0001] 电磁脉冲化MP)是通常起因于高能量爆炸(例如，核爆炸)或起因于突然波动的磁 场（例如由太阳耀斑或日冕物质抛射(CME)产生的磁场）的突然脉冲或突发的电磁化M)福 射。EMP产生快速变化的电场及磁场，其可与电气系统及电子系统禪合，从而引起破坏性的 电流及电压浪涌。举例来说，当高于地球表面引爆核武器时产生高空电磁脉冲化EMP)，从而 产生使大气离子化且产生瞬时且强的EM场的伽马福射(gamma radiation)。皿MP的效应取 决于若干因素而变动，包含引爆高度、能量产率、伽马射线输出、与地球磁场的交互、目标的 屏蔽效能等等。由于HEMP的EM场向外福射，因此其可过载电子装置及具有类似于(但导致与 雷击相比更快的损坏)雷击的效应的设备。也已开发可被安装到飞机且可由地面车辆载运 的EMP武器。
【发明内容】
[0002] 本发明描述导电混凝±混合物，其经配置W提供EMP屏蔽且反射及/或吸收(例如） 通过所述导电混凝±混合物传播的EM波。所述导电混凝±混合物包含水泥、水、导电碳材 料、磁性材料及金属导电材料。所述导电碳材料可包含导电碳颗粒、导电碳粉及/或焦炭屑。 所述金属导电材料可包含钢纤维，且所述磁性材料可包含铁燈岩。所述导电混凝±混合物 还可包含石墨粉、娃粉及/或其它辅助胶凝材料(SCM)，例如飞灰、赔烧粘±及地面粒状高炉 矿渣(GGBFS)。所述导电碳材料可包括按重量计从约零(0巧Ij百分之四十(40%)的导电混凝 ±混合物，所述磁性材料可包括按重量计从约零(0巧Ij百分之屯十五(75%)的导电混凝± 混合物，及/或所述金属导电材料可包括按重量计从约零((υ到百分之十五（15%)的导电混 凝±混合物。
[0003] 在一些实施例中，所述导电碳材料可包括按重量计从约百分之十五（15%巧Ij百分 之二十（20%)的导电混凝±混合物，所述磁性材料可包括按重量计从约百分之二十五 (25%巧Ij百分之五十五巧5%)的导电混凝±混合物，且所述金属导电材料可包括按重量计 从约百分之五(5%)到百分之十（10%)的导电混凝±混合物。一种制造混凝±结构的方法 包含:诱筑混凝±混合物W形成导电混凝±;及在接近所述导电混凝±的外部表面的所述 导电混凝±内定位第一导电网。所述方法还包含在所述导电混凝±内^与所述第一导电网 电接触地定位第二导电网。在一些实施例中，可在所述导电混凝±内^与所述前两个导电 网电接触地放置第Ξ导电网。所述导电网中的一或多者可包括焊接钢丝网(WWF)、焊接钢筋 (WWR)、细金属网及/或其各种组合。
[0004] 提供此
【发明内容】
来W简化形式介绍概念的选择，下文在【具体实施方式】中进一步描 述所述概念的选择。此
【发明内容】
既不希望识别所主张的标的物的关键特征或基本特征，也 不希望用作帮助确定所主张的标的物的范围。
【附图说明】
[0005] 参考附图描述【具体实施方式】。在描述及图中的不同实例中对相同元件符号的使用 可指示类似或相同物品。
[0006] 图1A为说明根据本发明的实例实施例的使用导电混凝±混合物及导电网形成的 混凝±结构的局部横截面等距视图。
[0007] 图1B为说明根据本发明的实例实施例的使用导电混凝±混合物及导电网形成的 混凝±结构的局部端视图。
[0008] 图2为说明根据本发明的实例实施例的用于使用导电混凝±混合物及导电网制造 混凝±结构的方法的流程图。
[0009] 图3为说明用W测量根据本发明的实例实施例构造的混凝±遮蔽物的屏蔽效能的 双锥对数天线(biconilog antenna)的动态范围的曲线图。
[0010] 图4为说明针对使用参考图3所描述的双锥对数天线测量的混凝±遮蔽物获取的 测量的动态范围的曲线图。
[0011] 图5为说明使用参考图3描述的双锥对数天线测量的混凝±遮蔽物的西墙的屏蔽 效能的曲线图。
[0012] 图6为说明使用参考图3描述的双锥对数天线测量的混凝±遮蔽物的北墙的屏蔽 效能的曲线图。
[0013] 图7为说明使用参考图3描述的双锥对数天线测量的混凝±遮蔽物的东墙的屏蔽 效能的曲线图。
[0014] 图8为说明使用参考图3描述的双锥对数天线测量的混凝±遮蔽物的南墙的屏蔽 效能的曲线图。
[0015] 图9为说明使用参考图3描述的双锥对数天线测量的混凝±遮蔽物的屋顶的屏蔽 效能的曲线图。
【具体实施方式】
[0016] 用于关键服务(例如，命令与控制(C2)，命令与控制信息系统(C2IS)，命令、控制、通 信、计算机、情报、监视及侦察(C4ISR)，金融机构等等）的设施及基础架构期望EMP保护。举 例来说，军事设及保证军事指挥官具有指挥部队的能力，而金融机构设及保护对电子商务 (e-business)至关重要的计算机网络及数据库。因此，通常通过使用围绕设施的屏蔽外壳 或法拉第笼(Faraday cage)屏蔽及接地建筑结构来保护关键设施及基础架构免于EMP。举 例来说，可使用金属导电材料(例如，固体钢板)或导电材料的网状物(例如，铜丝网)环绕设 施形成法拉第笼作为外壳。然而，必须构造除了设施本身之外的此类屏蔽，此情况增加提供 EMP保护的成本及复杂性。
[0017]因此，本发明设及可提供防御EMP的内置屏蔽W及EM场抗扰性及福射发射安全性 的导电混凝±建筑材料。举例来说，虽然具有嵌入式钢筋的混凝±可提供一些磁性屏蔽，但 根据本发明配置的导电混凝±外壳可W所关注频率提供有效的全局屏蔽。此外，导电混凝 ±墙也可提供接地及防雷保护，且传导EMP感应电流的能量，否则将在结构内的钢丝及其它 导体中传导所述能量。另外，对导电混凝±材料的使用可提供更划算的建筑选项（例如，而 非W法拉第笼方式构造单独的屏蔽）。本文中描述的导电混凝±材料及/或构造技术可用W 最小化(例如，防止）电子信号离开结构及/或进入结构。在一些实施例中，本发明的导电混 凝±材料及/或构造技术可用W构造敏感隔离信息设施（SCIF)，可在其中存储、电子处理 (等等)敏感隔离信息（SCI)。然而，应注意，仅通过实例方式提供敏感隔离信息设施且并非 意味着限制本发明。在其它实施例中，本发明的导电混凝±材料及/或构造技术可用W构造 另一屏蔽环境，包含(但不一定限于）：用于提供磁场屏蔽的磁共振成像(MRI)设施的屏蔽 室、提供防御外部EM场及内部EM场的EM吸收的屏蔽的射频暗室等等。
[0018] 在实施方案中，导电混凝±混合物可包含一或多种磁性材料(例如铁磁材料、顺磁 材料等等），其用W提供EMP屏蔽且吸收(例如)通过所述导电混凝±混合物传播的波。举 例来说，在特定实例中，导电混凝±混合物包含包括磁铁矿的铁燈岩岩石材料，例如铁燈岩 骨料。然而，仅通过实例方式提供铁燈岩骨料且并非意味着限制本发明。因此，在其它实施 方案中，导电混凝±混合物可包含其它材料，例如(但不一定限于）：自然地质材料、矿物材 料等等。举例来说，导电混凝上混合物可包含具有铁纹石及/或儀纹石矿物的颐铁(例如，来 自儀铁颐石的铁）。导电混凝±混合物还可包含由细菌产生的磁铁矿晶体及/或从河流或海 滩砂收集的磁铁矿。此外，导电混凝±混合物可包含铁赤铁矿及/或磁黄铁矿(其可被研磨 成粉）。在更进一步实例中，导电混凝±混合物可包含顺磁矿物，例如铁铁矿、铁磁铁矿等 等。
[0019] 导电混凝±混合物还包含经配置W将导电性提供到所述混凝±的一或多种导电 材料。所述导电材料用W提供EMP屏蔽且反射及吸收(例如)通过所述导电混凝±混合物传 播的EM波。举例来说，导电混凝±混合物可包含至少实质上均匀分布的导电材料，其可包含 金属导电材料及可能的非金属导电材料，例如金属及/或碳纤维。在实施方案中，金属导电 材料可用W反射EM波，而非金属导电材料可用W吸收EM波。出于本发明的目的，可将导电混 凝±混合物界定为含有将相当高的导电性(例如，相对于典型混凝±的导电性)提供到混凝 ±的导电组分的水泥基外加剂。
[0020] 导电混凝±混合物可包含导电碳颗粒(例如碳粉等等），其可在导电材料的部分之 间提供导电通路，从而在混凝±中实现(例如)有效的反射钢丝网结构。在一些实施例中，与 导电混凝±混合物一起使用石墨及碳粒状物。运些粒状物可具有(例如)如通过使用十毫米 (10mm)到零点二毫米(0.2mm)筛孔尺寸的筛分分析测量的负八分之Ξ英寸(-3/8in.)的尺 寸等等。在一些实施例中，与导电混凝±混合物一起使用烤碳添加剂。在一些实施例中，与 导电混凝±混合物一起使用石墨碳添加剂。
[0021] 在实施方案中，导电混 凝±混合物包含金属导电材料。举例来说，金属导电材料可 为钢材料(例如，裸钢、锻锋钢)或钢材料的组合，例如一英寸（lin.)长的钢纤维、一点五英 寸（1.5in.)长的钢纤维、细钢纤维、钢丝绒纤维、钢粉等等。在一些实施例中，具有从约十八 (18)到五十Ξ巧3)的纵横比的低碳钢纤维可用W形成导电混凝±混合物。运些纤维在横截 面方面可为矩形且可具有变形表面及/或波纹表面W帮助与混凝±材料接合。举例来说，可 使用具有可变当量直径及连续变形形状的低碳冷拉钢丝纤维。所述钢丝纤维可具有各种长 度(例如，约Ξ十八毫米(38mm)、约五十毫米(50mm)等等的长度)及/或纵横比（例如，约Ξ十 四（34)、约四十四（44)等等的纵横比）。在一些实施例中，使用具有从约十Ξ毫米（13mm)5U 五十毫米(50mm)的长度的钢纤维。
[0022] 应注意，钢纤维可具有各种形状，包含(但不一定限于）：直线、波形、端变形等等。 此外，仅通过实例方式提供钢纤维且并非意味着限制本发明。因此，也可利用其它金属导电 材料，包含可具有不同的直径的金属颗粒(例如钢屑）。在一些实施例中，与导电混凝±混合 物一起使用具有约零点六厘米(0.6cm)的尺寸的细钢丝绒纤维及/或粉。此外，可使用金属 导电链及/或线圈。另外，导电混凝±混合物可包含导电骨料，例如铁矿石及/或铁渣。在一 些实例中，可使用富铜骨料。应注意，使用导电骨料可减少维持稳定的导电性必要的导电纤 维的量。另外，化学外加剂可被添加到所述骨料W增强导电性及减少导电纤维的量。
[0023] 根据ASTM-4935-99屏蔽效能（SE)测试器具评估由水泥、碳粉及非常细的钢纤维制 成的零点二五英寸(〇.25in.)厚的试样。使用射频(RF)网络分析器获得对参考样本及负载 样本的测量。SE已被确定为参考样本与负载样本的插入损耗测量之间的分贝（地)差异。所 述结果展示，在Ξ百（300MHz )上方W每十年约十分贝（lOdB)提高之前，比Ξ百千赫 (300kHz)下的六十分贝（60dB)好的SEW每十年十分贝（lOdB)的频率降低到Ξ百兆赫 (300MHz)下的Ξ十分贝（30dB)。此频率响应表明，SE是归因于反射(例如，在低频率下)与吸 收(例如，在高频率下)两者。
[0024] 根据ASTM-4935-99 SE测试器具也评估由典型水泥制成的零点二五英寸 (0.25in .)厚的试样。使用RF网络分析器的测量在从零点Ξ兆赫（0.3MHz)到Ξ千兆赫 (3G化）的频率范围上展示平均小于五分贝（5dB)的SE。因此，可看出，仅水泥样本在一兆赫 (IMHz)与一百兆赫（lOOMHz)之间基本上不提供屏蔽。对比之下，具有相同厚度但含有细钢 纤维及碳粉的样本可在相同频率范围上产生比Ξ十分贝（30地)好的SE。运些两个样本混合 物的比较结果指示应用用于提供结构的电磁屏蔽的导电混凝±。此外，来自仅水泥样本的 测量可用W提供基线SE结果W供与各种厚度的其它导电混合设计作进一步比较。
[0025] 根据ASTM-4935-99测试器具评估含有水泥、铁燈岩粉及细钢纤维的零点二五英寸 (0.25in.)厚的样本。使用RF网络分析器的测量展示，从零点立兆赫(0.3M化巧Ij二十兆赫 (20MHz)的近十五分贝（15地)的低频率SE在两百兆赫(200MHz)与屯百兆赫(700MHz)之间增 加到约二十五分贝（25地）"SE在微波频率范围中W每十年六十分贝（60地)提高且在两千兆 赫(2GHz)处达到高于五十分贝巧0地）。因此，可看出，铁燈岩及钢纤维混凝±混合物与上文 描述的仅水泥混合物相比拥有更优的SE特性。应注意，与碳粉及细钢纤维样本相比在低频 率下此混合物的SE较小可归因于碳粉与铁燈岩在于随机钢纤维之间提供导电通路W在混 凝±中实现更有效的反射钢丝网状结构中的作用。同一比较中的微波频率范围中的SE提高 证明铁燈岩作为微波吸收骨料的经增强效能。运些结果还展示铁燈岩样本可在低频率下吸 收一些电磁能量，从而指示导电混凝±混合物也可提供低频率磁性屏蔽。
[00%]可如下配制根据本发明的一立方码导电混凝±混合物：
[0027]
铁撥岩粗骨料(25 mm最大颗粒尺寸） 1125 26.5% 碳粉(0.5 mm最大颗粒尺寸） 121 2.9% 碳颗粒yO mm最大颗粒尺寸） 509 12.0%
[002引 水 422 10.0% 钢纤维0 in.) 122 2.9% 钢纤维0.5 in.) 100 2.3% 钢纤维(细)/钢屑 巧 1.8%
[0029] 如所描述配制的导电混凝±混合物可具有机械强度特性，例如从约每平方英寸四 千五百磅(4,500psi)到每平方英寸屯千磅(7,000psi)变动的二十八(28)天抗压强度及从 约每平方英寸八百磅(SOOpsi)到每平方英寸一千五百磅（l，500psi)变动的抗弯强度。在实 施方案中，导电碳颗粒及石墨颗粒的纯度为至少大约百分之九十六(96%)。应注意，可使用 焦炭屑（来自具有约百分之八十(80%)固定碳的煤矿的产物)取代高纯度碳及/或除高纯度 碳之外可使用焦炭屑。举例来说，可使用按重量计约六百Ξ十磅（6301bs.)焦炭屑或约 14.9%的导电混凝±混合物配制参考上文的表所描述的导电混凝±混合物。还应注意，仅 通过实例方式提供上文所描述的特定量且并非意味着限制本发明。因此，可针对根据本发 明的指定SE使用其它量的材料。
[0030] 在一些实施例中，水硬水泥可包括按重量计从约百分之十五（15%巧Ij百分之二十 一（21%)的导电混凝±混合物;娃粉可包括按重量计从约百分之零点九（0.9%巧Ij百分之 一点五（1.5%)的导电混凝±混合物;铁燈岩砂可包括按重量计从约百分之十八（18%)到 百分之二十四点一 (24.1%)的导电混凝±混合物;铁燈岩粗骨料可包括按重量计从约百分 之二十(20%)到百分之二十六点五(26.5%)的导电混凝±混合物;导电碳颗粒可包括按重 量计从约百分之十（10%)到百分之十二（12%)的导电混凝±混合物;导电碳粉可包括按重 量计从约百分之一（1%)到百分之二点九（2.9%)的导电混凝±混合物;水可包括按重量计 从约百分之九点五(9.5%巧Ij百分之十（10%)的导电混凝±混合物;且钢纤维可包括按重 量计从约百分之一点五（1.5%)到百分之屯(7%)的导电混凝±混合物。
[0031] 此外，具有不同的颗粒尺寸的材料的量同样可变动。举例来说，在实施方案中，具 有零点五毫米（0.5mm)的最大颗粒尺寸的导电碳粉可包括按重量计从约百分之零点五 (0.5%)到百分之二点九(2.9%)的导电混凝±混合物;具有十毫米(10mm)的最大颗粒尺寸 的导电碳粉可包括按重量计从约百分之屯（7%)到百分之十二（12%)的导电混凝±混合 物;一英寸（lin.)长的钢纤维可包括按重量计从约百分之二(2%巧Ij百分之二点九(2.9%) 的导电混凝±混合物；一点五英寸（1.5in.)长的钢纤维可包括按重量计从约百分之二 (2%)到百分之二点Ξ(2.3%)的导电混凝±混合物；且细钢纤维可包括按重量计从约零 (0)到百分之二(2 % )的导电混凝±混合物。
[0032] 现在参看图1Α及1Β，根据本发明的实例实施例描述混凝±结构100。混凝±结构 100包含由如本文中描述的混凝±混合物形成的导电混凝±102。混凝±结构100还包含安 置于导电混凝±102内且靠近(例如，接近）导电混凝±102的外部表面106而定位的第一导 电网104。在本发明的实施例中，在离导电混凝±102的外部表面106小于至少大约Ξ英寸 (3in.)或八厘米(8cm)的距离处定位第一导电网104。举例来说，可在离外部表面106至少大 约0.0cm、0.2cm、0.4cm、0.6cm、0.8cm、1.0cm、1.2cm、1.4cm、1.6cm、1.8cm、2.0cm、2.2cm、 2.4cm、2.6cm、2.8cm、3.0cm、3.2cm、3.4cm、3.6cm、3.8cm、4.0cm、4.2cm、4.4cm、4.6cm、 4.8cm、5.0cm、5.2cm、5.4cm、5.6cm、5.8cm、6.0cm、6.2cm、6.4cm、6.6cm、6.8cm、7.0cm、 7.2cm、7.4cm、7.6cm、7.8cm、8.0cm等等的距离处定位第一导电网104。
[0033] 混凝±结构100还包含安置于导电混凝±102内且与第一导电网104电接触的第二 导电网108。举例来说，使用导电连结110(例如，钢扭转连结（steel twister-tie))将第一 导电网104及第二导电网108连接在一起。然而，仅通过实例方式提供导电连结110且并非意 味着限制本发明。举例来说，在其它实施例中，可将第一导电网104及第二导电网108焊接在 一起。在 本发明的实施例中，随机地定向于导电混凝± 102中的一英寸（lin.)及一点五英寸 (1.5in.)的钢纤维的体积与导电网接触W形成嵌入于导电混凝±中的"松散连接"金属屏 蔽，其提供防御低频率(例如，一百兆赫(lOOMHz)或更小化MP的屏蔽。还应注意，多层导电网 也可增强高频率(例如，一百兆赫(lOOMHz)或更大)SE。
[0034] 可靠近(例如，接近)导电混凝± 102的外部表面112 (例如，大体上与外部表面106 相对的另一外部表面)定位第二导电网108。在一些实施例中，在离导电混凝±102的外部表 面112小于至少大约Ξ英寸(3in.)或八厘米(8cm)的距离处定位第二导电网108。举例来说， 可在离外部表面112至少大约0.0cm、0.2cm、0.4cm、0.6cm、0.8cm、1.0cm、1.2cm、1.4cm、 1.6cm、1.8cm、2.0cm、2.2cm、2.4cm、2.6cm、2.8cm、3.0cm、3.2cm、3.4cm、3.6cm、3.8cm、 4.0cm、4.2cm、4.4cm、4.6cm、4.8cm、5.0cm、5.2cm、5.4cm、5.6cm、5.8cm、6.0cm、6.2cm、 6.4cm、6.6cm、6.8cm、7.0cm、7.2cm、7.4cm、7.6cm、7.8cm、8.0cm 等等的距离处定位第二导电 网108。
[0035] 在一些实施例中，混凝上结构100可包含在第一导电网104与第二导电网108之间 安置于导电混凝±102内的第Ξ导电网114,例如其中第Ξ导电网114与第一导电网104及第 二导电网108电接触。举例来说，可使用导电连结110(例如，钢扭转连结)将第Ξ导电网114 连接到第一导电网104及/或第二导电网108。在其它实施例中，可将第Ξ导电网114与第一 导电网104及/或第二导电网108焊接在一起。在其中导电混凝±102形成十二英寸（12in.) 厚的墙的实例实施例中，离导电混凝±102的外部表面106约两英寸(2in.)定位第一导电网 104,离导电混凝±102的外部表面112约两英寸(2in.)定位第二导电网108,且将第Ξ导电 网114定位于墙的中间，离第一导电网104及第二导电网108中的每一者约四英寸(4in.)。应 注意，可将Ξ个W上导电网（例如，四（4)个导电网、五(5)个导电网、六(6)个导电网等等)安 置于导电混凝±102内。所有运些导电网可与彼此电接触。
[0036] 参看图1B，第一导电网104及/或第二导电网108(且可能是第Ξ导电网114及/或其 它导电网）还可与可安置于导电混凝±102或另一混凝±材料中的一或多个额外导电网电 接触。在本发明的实施例中，可将运些各种导电网安置于沿着不同平面及/或W不同方向 (例如，水平及垂直)延伸的混凝±特征中。举例来说，第一导电网104可为连接(例如，扭转 连结、焊接)到安置于混凝上特征118中的水平延伸导电网116的垂直延伸网。在一些实施例 中，混凝±特征118也由如本文中描述的导电混凝±混合物形成。举例来说，混凝±特征118 可由导电混凝±102形成。此外，第二导电网108可为连接(例如，扭转连结、焊接巧Ij安置于 混凝±特征118中的水平延伸导电网120的垂直延伸网。也可将第Ξ导电网114连接到安置 于混凝±特征118中的导电网（例如，连接到导电网116与导电网120之间的水平延伸导电 网）dW此方式，各种导电网（例如，104、108、114、116、120等等)可与彼此电接触。
[0037] 也可靠近(例如，接近)混凝±特征118的外部表面定位安置于混凝±特征118内的 导电网116及/或导电网120。在本发明的实施例中，可在离混凝±特征118的一或多个外部 表面小于至少大约Ξ英寸(3in.)或八厘米(8cm)的距离处定位导电网116及/或导电网120。 举例来说，可在离外部表面至少大约0.0cm、0.2cm、0.4cm、0.6cm、0.8cm、1.0cm、1.2cm、 1.4cm、1.6cm、1.8cm、2.0cm、2.2cm、2.4cm、2.6cm、2.8cm、3.0cm、3.2cm、3.4cm、3.6cm、 3.8cm、4.0cm、4.2cm、4.4cm、4.6cm、4.8cm、5.0cm、5.2cm、5.4cm、5.6cm、5.8cm、6.0cm、 6.2cm、6.4cm、6.6cm、6.8cm、7.0cm、7.2cm、7.4cm、7.6cm、7.8cm、8.0cm 等等的距离处定位导 电网116及/或导电网120。
[0038] 导电网中的一或多者可包括界定多个孔隙（例如，圆形开口、楠圆开口、方形开口、 矩形开口、六角形开口、八角形开口等等)的导电材料的网络、晶格、框架等等。举例来说，导 电网中的一或多者可为焊接钢丝网(WWF)、焊接钢筋(WWR)、细金属网、具有粗网的薄丝及/ 或其各种组合。举例来说，导电网可包括编织钢丝网状物，其界定各自具有小于至少大约零 点二英寸(0.2in.)的特有开口尺寸的孔隙。然而，仅通过实例方式提供此网状物且并非意 味着限制本发明。在其它实施例中，导电网可包括具有跨越第二组细长钢丝接近彼此布置 的第一组细长钢丝的网状物，其中第一细长钢丝及第二细长钢丝被直接紧固在一起(例如， 连结、焊接在一起界定各自具有小于至少大约Ξ英寸(3in.)的特有开口尺寸的孔隙。举 例来说，轻型钢丝、中型钢丝、重型钢丝、钢筋等等可被焊接在一起W形成网状物，其中邻近 钢丝之间的开口为至少大约一英寸（lin.)乘一英寸（lin.)、两英寸（2in.)乘两英寸 (2?η.)、Ξ英寸（3in.)乘Ξ英寸（3in.)等等。钢丝可包含(但不一定限于）：轻型钢丝、中型 钢丝、重型钢丝、钢筋等等。举例来说，可使用零点一九二英寸(0.192in.)直径钢丝、八分之 一英寸（l/8in.)直径钢丝、四分之一英寸（l/4in.)直径钢筋(例如，#2钢筋）、四分之Ξ英寸 (3/4in.)直径钢筋(例如，#6钢筋)等等形成导电网。
[0039] 每一导电网可包括一或多层各种材料。举例来说，第一导电网104及/或第二导电 网108可各自包括两层或两层W上编织钢丝网状物，其界定各自具有小于至少大约零点二 五英寸(0.25in.)的特有开口尺寸的孔隙。此外，可针对接近导电混凝±102的外部表面的 导电网、安置于其间的导电网等等使用不同的材料。举例来说，离导电混凝±102的外部表 面106两英寸(2in.)而定位的第一导电网104包括WWF，离导电混凝±102的外部表面112两 英寸（2in.)而定位的第二导电网108包括WWF，且定位于其间的第Ξ导电网114包括WWR。在 运些实施例中，导电混凝±102中的WWF、WWR、纤维等等都可被电互连。
[0040] 实例过程
[0041] 现在参看图2,描述用于制造混凝±结构的实例技术。图2描绘在实例实施方案中 用于使用（例如)包括金属导电材料、导电碳颗粒及磁性材料(例如如上文描述的铁燈岩骨 料)的混凝±混合物制造混凝±结构的过程200,其中导电网被嵌入于混凝±结构中。
[0042] 在所说明的过程200中，一或多种导电碳材料(例如，导电碳颗粒、导电碳粉、焦炭 屑等等）、一或多种磁性材料(例如，压碎的铁燈岩骨料，例如砂及/或碎石)及细钢纤维/钢 屑/钢粉、娃粉及/或其它SCM经渗和W形成干拌混合料(化y mix)(框210)。在一些实施例 中，可在容器(例如混凝±揽拌车的滚筒等等）中渗和所述材料。然而，仅通过实例方式提供 混凝±滚筒揽拌车，且也可使用用于混合混凝±的其它容器。在一些实施例中，持续至少大 约十（10)分钟混合干拌混合料的材料。然而，通过实例方式提供此混合时间且并非意味着 限制本发明。在其它实施例中，持续十（10)分钟W上或十（10)分钟W下混合所述干材料。举 例来说，可持续至少大约五巧)分钟混合所述干拌混合料的材料。然后，将水泥(例如，I型娃 酸盐水硬水泥)及水添加到干拌混合料W形成湿拌混合料(wet mix)(框220)。也可将外加 剂(例如超塑化剂(例如，减水剂/高效减水剂化RWR)))添加到湿拌混合料及/或在施工现场 添加外加剂。在一些实施例中，在混凝±滚筒揽拌车中形成湿拌混合料。举例来说，从混凝 ±厂处的存储塔将水泥及水添加到混凝±揽拌车的滚筒中的干成分。
[0043] 接着，将金属导电材料(例如钢纤维)添加到湿拌混合料(框230)。举例来说，可使 用（例如)延伸到混凝上滚筒揽拌车中的输送机(例如，输送机带及/或斜槽)将钢纤维添加 到混凝±揽拌车中。在本发明的实施例中，所述钢纤维经展开W将钢纤维至少实质上均匀 分布到输送机上(例如，W避免钢纤维絮凝或成球及在斜槽处堵塞）。举例来说，所述钢纤维 可被倒在输送机带上及/或被手动放置在输送机带上。在一些实施例中 ，经不同地设定尺寸 的纤维的交替批次被倒在输送机带上(例如，其中每一批次的一英寸（lin.)长钢纤维与一 批次一点五英寸（1.5in.)长钢纤维交替）。然后，金属导电材料与所述湿拌混合料混合W形 成导电混凝±混合物(框240)。在一些实施例中，"快速"混合速度设定用于混凝±滚筒揽拌 车，而"缓慢"速度设定用于输送机带。此外，在一些实施例中，紧接在金属导电材料已被装 载到混凝±滚筒揽拌车中之后将混凝±揽拌车从混凝±厂指引到施工现场。
[0044] 应注意，虽然过程200描述将金属导电材料添加到湿混凝±混合物，但可在湿或干 状况下在水泥及/或骨料的混合期间添加所述金属导电材料。此外，希望在混合期间维持至 少实质上均匀的金属导电材料支出。因而，可根据由（例如）美国混凝±协会(ACI)委员会 544(Ame;rican Concrete Institute(ACI)Committee 544)所指定的用于混合钢纤维的指 导方针执行混合。2004年11月30日发布的标题为"加热桥面系统及材料及用于构造其的方 '法（Heated Bridge Deck System and Materials and Method for Constructing the Same)"的第6,825,444号美国专利案包含可与本发明的导电混凝±混合物一起使用的实例 混合程序，且所述专利案W全文引用的方式并入本文中。在一些实施例中，可在检查混凝± 的塌落度之后在施工现场添加超塑化剂(例如，W提高可加工性）。在一些实施例中，所述塌 落度被维持在约六英寸(6in.)到屯英寸(7in.)(例如，W防止或最小化钢纤维沉落到混凝 ±的底部）。此外，在一些实施例中，可使用振动器W巩固所述导电混凝±混合物(例如，努 力到达间隙及/或在钢筋之间）。
[0045] 接着，在接近外部表面的导电混凝±材料内定位第一导电网（框250)。然后，在与 所述第一导电网电接触的情况下在导电混凝±材料内定位第二导电网（框260)。可接近另 一外部表面定位第二导电网。在一些实施例中，在第一导电网与第二导电网之间在导电混 凝±材料内定位第Ξ导电网（框270)。第Ξ导电网可与第一导电网及第二导电网电接触。在 一些实施例中，导电网被固定及/或连结到金属及/或木模(wood form) W将其固持在适当 位置，同时导电混凝±混合物经诱筑及/或喷射W形成混凝±结构，例如遮蔽物。举例来说， 可将导电混凝±混合物通过软管传送及在高速下气动地投射到表面上(例如，喷射混凝 ±"的方式）。
[0046] 使用如本文中描述的导电混凝±混合物的Ξ种（3)单独诱筑量构造具有九英尺 (9ft.)乘九英尺(9的.）乘九英尺(9的.）内部空间的^^一英尺(11打.）高、^^一英尺（lift.) 宽且^^一点五英尺（11.5f t.)长的EMP遮蔽物。构造的次序为一英尺（Ift.)厚的混凝±地 基、四个(4)九英尺(9ft.)长的混凝±墙及具有九英寸(9in.)厚的混凝±顶的波纹屋顶。除 了十八英寸（18in.)厚的南墙之外，所有的混凝±板都是十二英寸（12in.)厚。在构造中存 在两个水平的冷焊锡点。所述遮蔽物在地基及每一面墙中包含Ξ(3)层焊接钢丝网(WWF)且 在波纹屋顶面板上的九英寸(9in.)厚的顶中包含两(2)层WWF。使用具有两英寸(2in.)乘四 英寸(4in.)开口及十二点五（12.5)型号裸钢丝的钢丝网状物护栏制造所述WWF。在遮蔽物 中包含RF屏蔽口。所述RF口具有Ξ英尺(3ft.)乘屯英尺(7ft.)的开口。通过在口框周围全 都焊接十二英寸（12in.)宽、四分之一英寸（l/4in.)厚的钢法兰在遮蔽物的南墙中诱铸所 述口。所述焊接在搭接缝处连续W提供RF密封。T型截面钢被焊接到RF口框的底部W支撑口 组合件。
[0047] 第一层WWF被放置在用于诱铸地基的模板中且将其焊接到钢口法兰。由于底部处 的十二英寸（12in.)宽的T型钢截面且口周围的南墙厚度是十八英寸（18in.)，所W在口的 前面存在六英寸(6in.)的间隙。提前制造另两层WWF且在地基诱筑期间的不同阶段处将其 放置到模板。所述WWF的边沿沿着遮蔽物周界向上延伸两英尺(2ft.) W稍后与墙中的WWF叠 接。用于地基诱筑的模板被建立在钢面板上W提供平整且光滑的底座。第一层WWF被放置在 地基的底部。诱筑六英寸(6in.)深的导电混凝±混合物，且由桥式起重机将第二层WWF降低 到位置中。第二及第Ξ层WWF具有焊接到口法兰的垂直延伸部W用于电气连接。在导电混凝 ±混合物的深度达到十二英寸（12in.)时将第Ξ层WWF降低到适当位置。由工人的重量使第 Ξ层WWF接入到混凝±顶表面中。接着使用大媛完成底板表面。在此实例中，将Ξ层WWF焊接 到口法兰W维持口框周围的屏蔽。
[0048] 用于诱铸遮蔽物的四个墙的模板工作包括内模板、Ξ层WWF及外模板。由于地基延 伸六英寸(6in.)超过RF口 W支撑口的底座，所W南墙的厚度是十八英寸（18in.)W简化模 板工作。Ξ层WWF被焊接到口法兰且被叠接到从地基延伸的WWF。提前W与用于先前所描述 的地基构造相同的方式将WWF焊接到开口周围的口法兰。钢卡扣连结（snap-ties)通过WWF 开口延伸一英尺(1ft.)的间距W将内模板与外模板连结在一起。此配置用W考虑施加到模 板上的混凝±压力。栓钉被焊接到口法兰W使口固定在混凝±墙中。所述墙被诱筑成九英 尺(9ft.)高，其中从所述墙延伸的Ξ层WWF用W与波纹屋顶面板系统集成。
[0049] 使用两英寸（2in.)乘四英寸(4in.)木料支撑所述模板，且使用猫行道(catwalk) 诱铸混凝±。桥式起重机用W吊起一码（1yd.)混凝±吊罐W用于诱铸墙。所述吊罐提供控 制混凝±在模板之间成十二英寸（12in.)宽及九英尺(9ft.)深的墙腔中的放置。在此实例 中，在邻近WWF层之间插入四英寸(4in.)乘四英寸(4in.)木料W在邻近层之间维持六英寸 (6in.)间隔且在诱筑期间考虑混凝±混合物的动量。八英尺(8ft.)长的振动器用W促进混 凝±流动通过WWF开口且巩固模板中及WWF层之间的导电混凝±混合物(例如，W防止或最 小化墙中的空隙形成）。
[0050] 在此实例中，从吊罐倾倒的大量导电混凝±混合物的动量使独立式WWF在模板内 来回转动。四英寸(4in.)乘四英寸(4in.)木料垫块初始地保持WWF分离，但在诱筑期间由于 混凝±放置的干扰而被移除。混凝±的动量推动内（中间)WWF层朝向内侧WWF层或外侧WWF 层。当两个WWF接触时，针对混凝±存在有限流动通过空间，且其难W分离WWF层。应注意，可 针对中间层使用焊接加固（例如，具有(例如)大于两英寸(2in.)乘两英寸(2in.)的开口的 钢筋网考虑诱筑的混凝±混合物的动量。此外，一次可诱筑较少量的混凝±(例如，从混 凝±吊罐)w更精确地控制将混凝±诱筑到模板中。
[0051] 针对屋顶构造使用波纹屋顶面板。运些面板由十六（16)型号(例如，零点零六英尺 (0.06in.)厚)锻锋钢制成，具有Ξ英尺(3ft.)的标准宽度。所述面板沿着其边沿互锁W形 成连续的表面区域。所述面板被预先切割到十一英尺（lift.)的长度。在此实例中，四个互 锁面板覆盖十二英尺(12ft.)乘十一英尺(lift.)的屋顶区域。在与九英尺(9ft.)的墙的顶 部相同的高度处安置面板的底部。面板具有九英寸(9in.)的导电混凝±顶，其中两层WWF在 顶中。面板被放置在由钢架系统支撑的两英寸(2in.)乘六英寸(6in.)的木料上。面板的波 纹端处的凹口经切割及折叠 W形成防止导电混凝±混合物免于流动到遮蔽物中的端帽。面 板经互锁、使用焊灯切割W贴合墙之间的间隙且从墙焊接到内WWF层。W此方式，屋顶面板 变成WWF层的部分W用于屏蔽。栓钉被点焊接到面板上W诱导面板与导电混凝±混合物的 混合作用(例如，针对结构强度）。
[0052] 当诱铸屋顶时，诱筑导电混凝±混合物W填充波纹面板的Ξ英寸(3in.)檐槽且一 直到从墙突出的中间WWF的水平。接着，第一水平WWF层被放置在新诱的混凝±表面上且从 墙扭转连结到中间WWF。接着，诱筑继续直到混凝±从墙达到外WWF的水平。接着将第二WWF 层放置在新诱的混凝上上且从墙扭转连结到部WWF。第二WWF离屋顶约一英寸（lin.)。诱筑 再次继续W填充混凝±到模板的顶部。使用振动器W促进混凝±流动通过WWF。使用大媛完 成屋顶表面。在诱铸期间，便携式衰减测量系统(PAMS)展示，SE在初始诱筑于第一WWF层上 期间穿过八十分贝（80地)并在继续诱筑于第二WWF层上之后不久达到PAMS的一百二十分贝 (120地)动态范围。在Ξ天的固化之后移除支柱外模板及猫行道。
[0053] 在导电混凝±遮蔽物的附近校正具 有附属物的双锥对数天线。图3使用用于二十 五兆赫(25MHz) W下的频率的屏蔽循环标绘天线的动态范围（DR)。所述标绘图展示全尺寸 (具有附属物)双锥对数相比基本(无附属物)双锥对数将DR从二十五兆赫(25MHz)到五十兆 赫巧ΟΜΗζ)提高至少二十分贝（20地）。循环的DR在十兆赫（lOMHz)W上恶化。图4标绘在水平 化H)及垂直(W)极化中每MIL-STD 188-125的测量配置的动态范围（DR)。最小及最大DR分 别对应于导电混凝±遮蔽物内部及外部的环境噪声等级。所述标绘图展示遮蔽物非常安 静；内部的噪声等级为低至约二十分贝（20地)到Ξ十分贝（30地）。使用全尺寸双锥对数天 线获得运些测量。在垂直极化中移除双锥对数天线的附属物。在无附属物的情况下，垂直DR 在Ξ十兆赫（30MHz)周围约为Ξ十分贝（30地）。图5及6分别展示通过西墙及北墙的遮蔽物 的SE测量结果。两个墙的SE标绘图整体相当类似。图7及8分别展示东墙及南墙的SE测量结 果。使用无附属物的基本双锥对数获得运些测量。图5至化中的标绘图展示针对所有四面墙 导电混凝±遮蔽物具有类似的SE特性。图9展示通过导电混凝±遮蔽物的屋顶获得的SE测 量结果。对于东西及南北定向中的屋顶天线，SE为类似的。
[0054] 尽管已W针对结构特征及/或过程操作的语言描述标的物，但应理解，所附权利要 求书中界定的标的物并不一定限于上文所描述的特定特征或动作。实情是，如实施权利要 求书的实例形式般掲示上文描述的特定特征及动作。
【主权项】
1. 一种混凝土结构，其包括： 由混凝土混合物形成的导电混凝土，其包括 水泥， 水， 导电碳材料，其包括按重量计从至少大约百分之一（1 % )到至少大约百分之二十 (20 %)的所述混凝土混合物， 磁性材料，其包括按重量计从至少大约百分之二十（20%)到至少大约百分之五十 (50 %)的所述混凝土混合物，及 金属导电材料； 第一导电网，其安置于所述导电混凝土内且接近所述导电混凝土的外部表面而定位； 及 第二导电网，其安置于所述导电混凝土内且与所述第一导电网电接触。2. 根据权利要求1所述的混凝土结构，其中所述第一导电网是离所述导电混凝土的所 述外部表面小于至少大约三英寸(3in.)而定位。3. 根据权利要求1所述的混凝土结构，其中所述第二导电网是接近所述导电混凝土的 第二外部表面而定位，所述导电混凝土的所述第二外部表面大体上与所述导电混凝土的所 述外部表面相对。4. 根据权利要求1所述的混凝土结构，其中所述第一导电网或所述第二导电网中的至 少一者包括编织钢丝网状物，其界定各自具有小于至少大约零点二英寸(〇.2in.)的特有开 口尺寸的多个孔隙。5. 根据权利要求1所述的混凝土结构，其中所述第一导电网或所述第二导电网中的至 少一者包括网状物，其具有跨越多个第二细长钢丝接近彼此布置的多个第一细长钢丝，所 述多个第一细长钢丝及所述多个第二细长钢丝直接紧固在一起以界定各自具有小于至少 大约三英寸(3in.)的特有开口尺寸的多个孔隙。6. 根据权利要求1所述的混凝土结构，其进一步包括安置于所述第一导电网与所述第 二导电网之间的所述导电混凝土内的第三导电网，所述第三导电网与所述第一导电网及所 述第二导电网电接触。7. 根据权利要求1所述的混凝土结构，其中所述金属导电材料包括钢纤维、钢丝绒或钢 粉中的至少一者。8. 根据权利要求1所述的混凝土结构，其中所述磁性材料包括铁燧岩、磁铁矿、铁纹石、 镍纹石、钛赤铁矿、磁黄铁矿、钛铁矿或钛磁铁矿中的至少一者。9. 根据权利要求1所述的混凝土结构，其中所述导电碳材料包括碳颗粒、导电碳粉或焦 炭肩中的至少一者。10. 根据权利要求1所述的混凝土结构，其中所述金属导电材料包括按重量计从至少大 约百分之一（1%)到至少大约百分之十五（15%)的所述混凝土混合物。11. 一种制造混凝土结构的方法，其包括： 掺和导电碳材料及磁性材料以形成干拌混合料； 将水泥及水添加到所述干拌混合料以形成湿拌混合料； 将金属导电材料添加到所述湿拌混合料； 混合所述金属导电材料及所述湿拌混合料以形成混凝土混合物； 浇筑所述混凝土混合物以形成导电混凝土； 在接近所述导电混凝土的外部表面的所述导电混凝土内定位第一导电网；及 在与所述第一导电网电接触的情况下在所述导电混凝土内定位第二导电网。12. 根据权利要求11所述的方法，其中离所述导电混凝土的所述外部表面小于至少大 约三英寸(3in.)定位所述第一导电网。13. 根据权利要求11所述的方法，其中接近所述导电混凝土的第二外部表面定位所述 第二导电网，所述导电混凝土的所述第二外部表面大体上与所述导电混凝土的所述外部表 面相对。14. 根据权利要求11所述的方法，其中所述第一导电网或所述第二导电网中的至少一 者包括编织钢丝网状物，其界定各自具有小于至少大约零点二英寸(〇.2in.)的特有开口尺 寸的多个孔隙。15. 根据权利要求11所述的方法，其中所述第一导电网或所述第二导电网中的至少一 者包括网状物，其具有跨越多个第二细长钢丝接近彼此布置的多个第一细长钢丝，所述多 个第一细长钢丝及所述多个第二细长钢丝直接紧固在一起以界定各自具有小于至少大约 三英寸(3 in.)的特有开口尺寸的多个孔隙。16. 根据权利要求11所述的方法，其进一步包括在所述第一导电网与所述第二导电网 之间的所述导电混凝土内定位第三导电网，所述第三导电网与所述第一导电网及所述第二 导电网电接触。17. 根据权利要求11所述的方法，其中所述金属导电材料包括钢纤维、钢丝绒或钢粉中 的至少一者。18. 根据权利要求11所述的方法，其中所述磁性材料包括铁燧岩、磁铁矿、铁纹石、镍纹 石、钛赤铁矿、磁黄铁矿、钛铁矿或钛磁铁矿中的至少一者。19. 根据权利要求11所述的方法，其中掺和导电碳材料及磁性材料以形成干拌混合料 进一步包括掺和导电碳颗粒、导电碳粉、压碎的铁燧岩骨料及辅助胶凝材料SCM以形成干拌 混合料。20. 根据权利要求11所述的方法，其中所述导电碳材料包括按重量计从至少大约百分 之一（1 % )到至少大约百分之二十（20%)的所述混凝土混合物，且所述磁性材料包括按重 量计从至少大约百分之二十(20%)到至少大约百分之五十(50%)的所述混凝土混合物。21. -种制造混凝土结构的方法，其包括： 浇筑混凝土混合物以形成导电混凝土； 在接近所述导电混凝土的外部表面的所述导电混凝土内定位第一导电网；及 在与所述第一导电网电接触的情况下在所述导电混凝土内定位第二导电网。22. 根据权利要求21所述的方法，其中离所述导电混凝土的所述外部表面小于至少大 约三英寸(3in.)定位所述第一导电网。23. 根据权利要求21所述的混凝土结构，其中接近所述导电混凝土的第二外部表面定 位所述第二导电网，所述导电混凝土的所述第二外部表面大体上与所述导电混凝土的所述 外部表面相对。24. 根据权利要求21所述的混凝土结构，其中所述第一导电网或所述第二导电网中的 至少一者包括编织钢丝网状物，其界定各自具有小于至少大约零点二英寸(ο. 2in.)的特有 开口尺寸的多个孔隙。25. 根据权利要求21所述的混凝土结构，其中所述第一导电网或所述第二导电网中的 至少一者包括网状物，其具有跨越多个第二细长钢丝接近彼此布置的多个第一细长钢丝， 所述多个第一细长钢丝及所述多个第二细长钢丝直接紧固在一起以界定各自具有小于至 少大约三英寸(3in.)的特有开口尺寸的多个孔隙。26. 根据权利要求21所述的混凝土结构，其进一步包括在所述第一导电网与所述第二 导电网之间的所述导电混凝土内定位第三导电网，所述第三导电网与所述第一导电网及所 述第二导电网电接触。
【专利摘要】本发明描述导电混凝土混合物，其经配置以提供EMP屏蔽且反射及/或吸收(例如)通过所述导电混凝土混合物传播的EM波。所述导电混凝土混合物包含水泥、水、导电碳材料、磁性材料及金属导电材料。所述导电碳材料可包含导电碳颗粒、导电碳粉及/或焦炭屑。所述金属导电材料可包含钢纤维，且所述磁性材料可包含铁燧岩。所述导电混凝土混合物还包含辅助胶凝材料SCM。一种制造混凝土结构的方法包含：浇筑混凝土混合物以形成导电混凝土；及在接近所述导电混凝土的外部表面的所述导电混凝土内定位第一导电网。所述方法还包含在与所述第一导电网电接触的情况下在所述导电混凝土内定位第二导电网。
【IPC分类】C04B14/32, C04B28/02, C04B14/38
【公开号】CN105555733
【申请号】CN201480046827
【发明人】克里斯托弗·图安, 阮·林
【申请人】内布拉斯加大学董事会
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2014年6月24日
【公告号】WO2014210007A1
【专利说明】用于电磁波/脉冲屏蔽的构造的结构混凝±混合
【背景技术】
[0001] 电磁脉冲化MP)是通常起因于高能量爆炸(例如，核爆炸)或起因于突然波动的磁 场（例如由太阳耀斑或日冕物质抛射(CME)产生的磁场）的突然脉冲或突发的电磁化M)福 射。EMP产生快速变化的电场及磁场，其可与电气系统及电子系统禪合，从而引起破坏性的 电流及电压浪涌。举例来说，当高于地球表面引爆核武器时产生高空电磁脉冲化EMP)，从而 产生使大气离子化且产生瞬时且强的EM场的伽马福射(gamma radiation)。皿MP的效应取 决于若干因素而变动，包含引爆高度、能量产率、伽马射线输出、与地球磁场的交互、目标的 屏蔽效能等等。由于HEMP的EM场向外福射，因此其可过载电子装置及具有类似于(但导致与 雷击相比更快的损坏)雷击的效应的设备。也已开发可被安装到飞机且可由地面车辆载运 的EMP武器。
【发明内容】
[0002] 本发明描述导电混凝±混合物，其经配置W提供EMP屏蔽且反射及/或吸收(例如） 通过所述导电混凝±混合物传播的EM波。所述导电混凝±混合物包含水泥、水、导电碳材 料、磁性材料及金属导电材料。所述导电碳材料可包含导电碳颗粒、导电碳粉及/或焦炭屑。 所述金属导电材料可包含钢纤维，且所述磁性材料可包含铁燈岩。所述导电混凝±混合物 还可包含石墨粉、娃粉及/或其它辅助胶凝材料(SCM)，例如飞灰、赔烧粘±及地面粒状高炉 矿渣(GGBFS)。所述导电碳材料可包括按重量计从约零(0巧Ij百分之四十(40%)的导电混凝 ±混合物，所述磁性材料可包括按重量计从约零(0巧Ij百分之屯十五(75%)的导电混凝± 混合物，及/或所述金属导电材料可包括按重量计从约零((υ到百分之十五（15%)的导电混 凝±混合物。
[0003] 在一些实施例中，所述导电碳材料可包括按重量计从约百分之十五（15%巧Ij百分 之二十（20%)的导电混凝±混合物，所述磁性材料可包括按重量计从约百分之二十五 (25%巧Ij百分之五十五巧5%)的导电混凝±混合物，且所述金属导电材料可包括按重量计 从约百分之五(5%)到百分之十（10%)的导电混凝±混合物。一种制造混凝±结构的方法 包含:诱筑混凝±混合物W形成导电混凝±;及在接近所述导电混凝±的外部表面的所述 导电混凝±内定位第一导电网。所述方法还包含在所述导电混凝±内^与所述第一导电网 电接触地定位第二导电网。在一些实施例中，可在所述导电混凝±内^与所述前两个导电 网电接触地放置第Ξ导电网。所述导电网中的一或多者可包括焊接钢丝网(WWF)、焊接钢筋 (WWR)、细金属网及/或其各种组合。
[0004] 提供此
【发明内容】
来W简化形式介绍概念的选择，下文在【具体实施方式】中进一步描 述所述概念的选择。此
【发明内容】
既不希望识别所主张的标的物的关键特征或基本特征，也 不希望用作帮助确定所主张的标的物的范围。
【附图说明】
[0005] 参考附图描述【具体实施方式】。在描述及图中的不同实例中对相同元件符号的使用 可指示类似或相同物品。
[0006] 图1A为说明根据本发明的实例实施例的使用导电混凝±混合物及导电网形成的 混凝±结构的局部横截面等距视图。
[0007] 图1B为说明根据本发明的实例实施例的使用导电混凝±混合物及导电网形成的 混凝±结构的局部端视图。
[0008] 图2为说明根据本发明的实例实施例的用于使用导电混凝±混合物及导电网制造 混凝±结构的方法的流程图。
[0009] 图3为说明用W测量根据本发明的实例实施例构造的混凝±遮蔽物的屏蔽效能的 双锥对数天线(biconilog antenna)的动态范围的曲线图。
[0010] 图4为说明针对使用参考图3所描述的双锥对数天线测量的混凝±遮蔽物获取的 测量的动态范围的曲线图。
[0011] 图5为说明使用参考图3描述的双锥对数天线测量的混凝±遮蔽物的西墙的屏蔽 效能的曲线图。
[0012] 图6为说明使用参考图3描述的双锥对数天线测量的混凝±遮蔽物的北墙的屏蔽 效能的曲线图。
[0013] 图7为说明使用参考图3描述的双锥对数天线测量的混凝±遮蔽物的东墙的屏蔽 效能的曲线图。
[0014] 图8为说明使用参考图3描述的双锥对数天线测量的混凝±遮蔽物的南墙的屏蔽 效能的曲线图。
[0015] 图9为说明使用参考图3描述的双锥对数天线测量的混凝±遮蔽物的屋顶的屏蔽 效能的曲线图。
【具体实施方式】
[0016] 用于关键服务(例如，命令与控制(C2)，命令与控制信息系统(C2IS)，命令、控制、通 信、计算机、情报、监视及侦察(C4ISR)，金融机构等等）的设施及基础架构期望EMP保护。举 例来说，军事设及保证军事指挥官具有指挥部队的能力，而金融机构设及保护对电子商务 (e-business)至关重要的计算机网络及数据库。因此，通常通过使用围绕设施的屏蔽外壳 或法拉第笼(Faraday cage)屏蔽及接地建筑结构来保护关键设施及基础架构免于EMP。举 例来说，可使用金属导电材料(例如，固体钢板)或导电材料的网状物(例如，铜丝网)环绕设 施形成法拉第笼作为外壳。然而，必须构造除了设施本身之外的此类屏蔽，此情况增加提供 EMP保护的成本及复杂性。
[0017]因此，本发明设及可提供防御EMP的内置屏蔽W及EM场抗扰性及福射发射安全性 的导电混凝±建筑材料。举例来说，虽然具有嵌入式钢筋的混凝±可提供一些磁性屏蔽，但 根据本发明配置的导电混凝±外壳可W所关注频率提供有效的全局屏蔽。此外，导电混凝 ±墙也可提供接地及防雷保护，且传导EMP感应电流的能量，否则将在结构内的钢丝及其它 导体中传导所述能量。另外，对导电混凝±材料的使用可提供更划算的建筑选项（例如，而 非W法拉第笼方式构造单独的屏蔽）。本文中描述的导电混凝±材料及/或构造技术可用W 最小化(例如，防止）电子信号离开结构及/或进入结构。在一些实施例中，本发明的导电混 凝±材料及/或构造技术可用W构造敏感隔离信息设施（SCIF)，可在其中存储、电子处理 (等等)敏感隔离信息（SCI)。然而，应注意，仅通过实例方式提供敏感隔离信息设施且并非 意味着限制本发明。在其它实施例中，本发明的导电混凝±材料及/或构造技术可用W构造 另一屏蔽环境，包含(但不一定限于）：用于提供磁场屏蔽的磁共振成像(MRI)设施的屏蔽 室、提供防御外部EM场及内部EM场的EM吸收的屏蔽的射频暗室等等。
[0018] 在实施方案中，导电混凝±混合物可包含一或多种磁性材料(例如铁磁材料、顺磁 材料等等），其用W提供EMP屏蔽且吸收(例如)通过所述导电混凝±混合物传播的波。举 例来说，在特定实例中，导电混凝±混合物包含包括磁铁矿的铁燈岩岩石材料，例如铁燈岩 骨料。然而，仅通过实例方式提供铁燈岩骨料且并非意味着限制本发明。因此，在其它实施 方案中，导电混凝±混合物可包含其它材料，例如(但不一定限于）：自然地质材料、矿物材 料等等。举例来说，导电混凝上混合物可包含具有铁纹石及/或儀纹石矿物的颐铁(例如，来 自儀铁颐石的铁）。导电混凝±混合物还可包含由细菌产生的磁铁矿晶体及/或从河流或海 滩砂收集的磁铁矿。此外，导电混凝±混合物可包含铁赤铁矿及/或磁黄铁矿(其可被研磨 成粉）。在更进一步实例中，导电混凝±混合物可包含顺磁矿物，例如铁铁矿、铁磁铁矿等 等。
[0019] 导电混凝±混合物还包含经配置W将导电性提供到所述混凝±的一或多种导电 材料。所述导电材料用W提供EMP屏蔽且反射及吸收(例如)通过所述导电混凝±混合物传 播的EM波。举例来说，导电混凝±混合物可包含至少实质上均匀分布的导电材料，其可包含 金属导电材料及可能的非金属导电材料，例如金属及/或碳纤维。在实施方案中，金属导电 材料可用W反射EM波，而非金属导电材料可用W吸收EM波。出于本发明的目的，可将导电混 凝±混合物界定为含有将相当高的导电性(例如，相对于典型混凝±的导电性)提供到混凝 ±的导电组分的水泥基外加剂。
[0020] 导电混凝±混合物可包含导电碳颗粒(例如碳粉等等），其可在导电材料的部分之 间提供导电通路，从而在混凝±中实现(例如)有效的反射钢丝网结构。在一些实施例中，与 导电混凝±混合物一起使用石墨及碳粒状物。运些粒状物可具有(例如)如通过使用十毫米 (10mm)到零点二毫米(0.2mm)筛孔尺寸的筛分分析测量的负八分之Ξ英寸(-3/8in.)的尺 寸等等。在一些实施例中，与导电混凝±混合物一起使用烤碳添加剂。在一些实施例中，与 导电混凝±混合物一起使用石墨碳添加剂。
[0021] 在实施方案中，导电混 凝±混合物包含金属导电材料。举例来说，金属导电材料可 为钢材料(例如，裸钢、锻锋钢)或钢材料的组合，例如一英寸（lin.)长的钢纤维、一点五英 寸（1.5in.)长的钢纤维、细钢纤维、钢丝绒纤维、钢粉等等。在一些实施例中，具有从约十八 (18)到五十Ξ巧3)的纵横比的低碳钢纤维可用W形成导电混凝±混合物。运些纤维在横截 面方面可为矩形且可具有变形表面及/或波纹表面W帮助与混凝±材料接合。举例来说，可 使用具有可变当量直径及连续变形形状的低碳冷拉钢丝纤维。所述钢丝纤维可具有各种长 度(例如，约Ξ十八毫米(38mm)、约五十毫米(50mm)等等的长度)及/或纵横比（例如，约Ξ十 四（34)、约四十四（44)等等的纵横比）。在一些实施例中，使用具有从约十Ξ毫米（13mm)5U 五十毫米(50mm)的长度的钢纤维。
[0022] 应注意，钢纤维可具有各种形状，包含(但不一定限于）：直线、波形、端变形等等。 此外，仅通过实例方式提供钢纤维且并非意味着限制本发明。因此，也可利用其它金属导电 材料，包含可具有不同的直径的金属颗粒(例如钢屑）。在一些实施例中，与导电混凝±混合 物一起使用具有约零点六厘米(0.6cm)的尺寸的细钢丝绒纤维及/或粉。此外，可使用金属 导电链及/或线圈。另外，导电混凝±混合物可包含导电骨料，例如铁矿石及/或铁渣。在一 些实例中，可使用富铜骨料。应注意，使用导电骨料可减少维持稳定的导电性必要的导电纤 维的量。另外，化学外加剂可被添加到所述骨料W增强导电性及减少导电纤维的量。
[0023] 根据ASTM-4935-99屏蔽效能（SE)测试器具评估由水泥、碳粉及非常细的钢纤维制 成的零点二五英寸(〇.25in.)厚的试样。使用射频(RF)网络分析器获得对参考样本及负载 样本的测量。SE已被确定为参考样本与负载样本的插入损耗测量之间的分贝（地)差异。所 述结果展示，在Ξ百（300MHz )上方W每十年约十分贝（lOdB)提高之前，比Ξ百千赫 (300kHz)下的六十分贝（60dB)好的SEW每十年十分贝（lOdB)的频率降低到Ξ百兆赫 (300MHz)下的Ξ十分贝（30dB)。此频率响应表明，SE是归因于反射(例如，在低频率下)与吸 收(例如，在高频率下)两者。
[0024] 根据ASTM-4935-99 SE测试器具也评估由典型水泥制成的零点二五英寸 (0.25in .)厚的试样。使用RF网络分析器的测量在从零点Ξ兆赫（0.3MHz)到Ξ千兆赫 (3G化）的频率范围上展示平均小于五分贝（5dB)的SE。因此，可看出，仅水泥样本在一兆赫 (IMHz)与一百兆赫（lOOMHz)之间基本上不提供屏蔽。对比之下，具有相同厚度但含有细钢 纤维及碳粉的样本可在相同频率范围上产生比Ξ十分贝（30地)好的SE。运些两个样本混合 物的比较结果指示应用用于提供结构的电磁屏蔽的导电混凝±。此外，来自仅水泥样本的 测量可用W提供基线SE结果W供与各种厚度的其它导电混合设计作进一步比较。
[0025] 根据ASTM-4935-99测试器具评估含有水泥、铁燈岩粉及细钢纤维的零点二五英寸 (0.25in.)厚的样本。使用RF网络分析器的测量展示，从零点立兆赫(0.3M化巧Ij二十兆赫 (20MHz)的近十五分贝（15地)的低频率SE在两百兆赫(200MHz)与屯百兆赫(700MHz)之间增 加到约二十五分贝（25地）"SE在微波频率范围中W每十年六十分贝（60地)提高且在两千兆 赫(2GHz)处达到高于五十分贝巧0地）。因此，可看出，铁燈岩及钢纤维混凝±混合物与上文 描述的仅水泥混合物相比拥有更优的SE特性。应注意，与碳粉及细钢纤维样本相比在低频 率下此混合物的SE较小可归因于碳粉与铁燈岩在于随机钢纤维之间提供导电通路W在混 凝±中实现更有效的反射钢丝网状结构中的作用。同一比较中的微波频率范围中的SE提高 证明铁燈岩作为微波吸收骨料的经增强效能。运些结果还展示铁燈岩样本可在低频率下吸 收一些电磁能量，从而指示导电混凝±混合物也可提供低频率磁性屏蔽。
[00%]可如下配制根据本发明的一立方码导电混凝±混合物：
[0027]
铁撥岩粗骨料(25 mm最大颗粒尺寸） 1125 26.5% 碳粉(0.5 mm最大颗粒尺寸） 121 2.9% 碳颗粒yO mm最大颗粒尺寸） 509 12.0%
[002引 水 422 10.0% 钢纤维0 in.) 122 2.9% 钢纤维0.5 in.) 100 2.3% 钢纤维(细)/钢屑 巧 1.8%
[0029] 如所描述配制的导电混凝±混合物可具有机械强度特性，例如从约每平方英寸四 千五百磅(4,500psi)到每平方英寸屯千磅(7,000psi)变动的二十八(28)天抗压强度及从 约每平方英寸八百磅(SOOpsi)到每平方英寸一千五百磅（l，500psi)变动的抗弯强度。在实 施方案中，导电碳颗粒及石墨颗粒的纯度为至少大约百分之九十六(96%)。应注意，可使用 焦炭屑（来自具有约百分之八十(80%)固定碳的煤矿的产物)取代高纯度碳及/或除高纯度 碳之外可使用焦炭屑。举例来说，可使用按重量计约六百Ξ十磅（6301bs.)焦炭屑或约 14.9%的导电混凝±混合物配制参考上文的表所描述的导电混凝±混合物。还应注意，仅 通过实例方式提供上文所描述的特定量且并非意味着限制本发明。因此，可针对根据本发 明的指定SE使用其它量的材料。
[0030] 在一些实施例中，水硬水泥可包括按重量计从约百分之十五（15%巧Ij百分之二十 一（21%)的导电混凝±混合物;娃粉可包括按重量计从约百分之零点九（0.9%巧Ij百分之 一点五（1.5%)的导电混凝±混合物;铁燈岩砂可包括按重量计从约百分之十八（18%)到 百分之二十四点一 (24.1%)的导电混凝±混合物;铁燈岩粗骨料可包括按重量计从约百分 之二十(20%)到百分之二十六点五(26.5%)的导电混凝±混合物;导电碳颗粒可包括按重 量计从约百分之十（10%)到百分之十二（12%)的导电混凝±混合物;导电碳粉可包括按重 量计从约百分之一（1%)到百分之二点九（2.9%)的导电混凝±混合物;水可包括按重量计 从约百分之九点五(9.5%巧Ij百分之十（10%)的导电混凝±混合物;且钢纤维可包括按重 量计从约百分之一点五（1.5%)到百分之屯(7%)的导电混凝±混合物。
[0031] 此外，具有不同的颗粒尺寸的材料的量同样可变动。举例来说，在实施方案中，具 有零点五毫米（0.5mm)的最大颗粒尺寸的导电碳粉可包括按重量计从约百分之零点五 (0.5%)到百分之二点九(2.9%)的导电混凝±混合物;具有十毫米(10mm)的最大颗粒尺寸 的导电碳粉可包括按重量计从约百分之屯（7%)到百分之十二（12%)的导电混凝±混合 物;一英寸（lin.)长的钢纤维可包括按重量计从约百分之二(2%巧Ij百分之二点九(2.9%) 的导电混凝±混合物；一点五英寸（1.5in.)长的钢纤维可包括按重量计从约百分之二 (2%)到百分之二点Ξ(2.3%)的导电混凝±混合物；且细钢纤维可包括按重量计从约零 (0)到百分之二(2 % )的导电混凝±混合物。
[0032] 现在参看图1Α及1Β，根据本发明的实例实施例描述混凝±结构100。混凝±结构 100包含由如本文中描述的混凝±混合物形成的导电混凝±102。混凝±结构100还包含安 置于导电混凝±102内且靠近(例如，接近）导电混凝±102的外部表面106而定位的第一导 电网104。在本发明的实施例中，在离导电混凝±102的外部表面106小于至少大约Ξ英寸 (3in.)或八厘米(8cm)的距离处定位第一导电网104。举例来说，可在离外部表面106至少大 约0.0cm、0.2cm、0.4cm、0.6cm、0.8cm、1.0cm、1.2cm、1.4cm、1.6cm、1.8cm、2.0cm、2.2cm、 2.4cm、2.6cm、2.8cm、3.0cm、3.2cm、3.4cm、3.6cm、3.8cm、4.0cm、4.2cm、4.4cm、4.6cm、 4.8cm、5.0cm、5.2cm、5.4cm、5.6cm、5.8cm、6.0cm、6.2cm、6.4cm、6.6cm、6.8cm、7.0cm、 7.2cm、7.4cm、7.6cm、7.8cm、8.0cm等等的距离处定位第一导电网104。
[0033] 混凝±结构100还包含安置于导电混凝±102内且与第一导电网104电接触的第二 导电网108。举例来说，使用导电连结110(例如，钢扭转连结（steel twister-tie))将第一 导电网104及第二导电网108连接在一起。然而，仅通过实例方式提供导电连结110且并非意 味着限制本发明。举例来说，在其它实施例中，可将第一导电网104及第二导电网108焊接在 一起。在 本发明的实施例中，随机地定向于导电混凝± 102中的一英寸（lin.)及一点五英寸 (1.5in.)的钢纤维的体积与导电网接触W形成嵌入于导电混凝±中的"松散连接"金属屏 蔽，其提供防御低频率(例如，一百兆赫(lOOMHz)或更小化MP的屏蔽。还应注意，多层导电网 也可增强高频率(例如，一百兆赫(lOOMHz)或更大)SE。
[0034] 可靠近(例如，接近)导电混凝± 102的外部表面112 (例如，大体上与外部表面106 相对的另一外部表面)定位第二导电网108。在一些实施例中，在离导电混凝±102的外部表 面112小于至少大约Ξ英寸(3in.)或八厘米(8cm)的距离处定位第二导电网108。举例来说， 可在离外部表面112至少大约0.0cm、0.2cm、0.4cm、0.6cm、0.8cm、1.0cm、1.2cm、1.4cm、 1.6cm、1.8cm、2.0cm、2.2cm、2.4cm、2.6cm、2.8cm、3.0cm、3.2cm、3.4cm、3.6cm、3.8cm、 4.0cm、4.2cm、4.4cm、4.6cm、4.8cm、5.0cm、5.2cm、5.4cm、5.6cm、5.8cm、6.0cm、6.2cm、 6.4cm、6.6cm、6.8cm、7.0cm、7.2cm、7.4cm、7.6cm、7.8cm、8.0cm 等等的距离处定位第二导电 网108。
[0035] 在一些实施例中，混凝上结构100可包含在第一导电网104与第二导电网108之间 安置于导电混凝±102内的第Ξ导电网114,例如其中第Ξ导电网114与第一导电网104及第 二导电网108电接触。举例来说，可使用导电连结110(例如，钢扭转连结)将第Ξ导电网114 连接到第一导电网104及/或第二导电网108。在其它实施例中，可将第Ξ导电网114与第一 导电网104及/或第二导电网108焊接在一起。在其中导电混凝±102形成十二英寸（12in.) 厚的墙的实例实施例中，离导电混凝±102的外部表面106约两英寸(2in.)定位第一导电网 104,离导电混凝±102的外部表面112约两英寸(2in.)定位第二导电网108,且将第Ξ导电 网114定位于墙的中间，离第一导电网104及第二导电网108中的每一者约四英寸(4in.)。应 注意，可将Ξ个W上导电网（例如，四（4)个导电网、五(5)个导电网、六(6)个导电网等等)安 置于导电混凝±102内。所有运些导电网可与彼此电接触。
[0036] 参看图1B，第一导电网104及/或第二导电网108(且可能是第Ξ导电网114及/或其 它导电网）还可与可安置于导电混凝±102或另一混凝±材料中的一或多个额外导电网电 接触。在本发明的实施例中，可将运些各种导电网安置于沿着不同平面及/或W不同方向 (例如，水平及垂直)延伸的混凝±特征中。举例来说，第一导电网104可为连接(例如，扭转 连结、焊接)到安置于混凝上特征118中的水平延伸导电网116的垂直延伸网。在一些实施例 中，混凝±特征118也由如本文中描述的导电混凝±混合物形成。举例来说，混凝±特征118 可由导电混凝±102形成。此外，第二导电网108可为连接(例如，扭转连结、焊接巧Ij安置于 混凝±特征118中的水平延伸导电网120的垂直延伸网。也可将第Ξ导电网114连接到安置 于混凝±特征118中的导电网（例如，连接到导电网116与导电网120之间的水平延伸导电 网）dW此方式，各种导电网（例如，104、108、114、116、120等等)可与彼此电接触。
[0037] 也可靠近(例如，接近)混凝±特征118的外部表面定位安置于混凝±特征118内的 导电网116及/或导电网120。在本发明的实施例中，可在离混凝±特征118的一或多个外部 表面小于至少大约Ξ英寸(3in.)或八厘米(8cm)的距离处定位导电网116及/或导电网120。 举例来说，可在离外部表面至少大约0.0cm、0.2cm、0.4cm、0.6cm、0.8cm、1.0cm、1.2cm、 1.4cm、1.6cm、1.8cm、2.0cm、2.2cm、2.4cm、2.6cm、2.8cm、3.0cm、3.2cm、3.4cm、3.6cm、 3.8cm、4.0cm、4.2cm、4.4cm、4.6cm、4.8cm、5.0cm、5.2cm、5.4cm、5.6cm、5.8cm、6.0cm、 6.2cm、6.4cm、6.6cm、6.8cm、7.0cm、7.2cm、7.4cm、7.6cm、7.8cm、8.0cm 等等的距离处定位导 电网116及/或导电网120。
[0038] 导电网中的一或多者可包括界定多个孔隙（例如，圆形开口、楠圆开口、方形开口、 矩形开口、六角形开口、八角形开口等等)的导电材料的网络、晶格、框架等等。举例来说，导 电网中的一或多者可为焊接钢丝网(WWF)、焊接钢筋(WWR)、细金属网、具有粗网的薄丝及/ 或其各种组合。举例来说，导电网可包括编织钢丝网状物，其界定各自具有小于至少大约零 点二英寸(0.2in.)的特有开口尺寸的孔隙。然而，仅通过实例方式提供此网状物且并非意 味着限制本发明。在其它实施例中，导电网可包括具有跨越第二组细长钢丝接近彼此布置 的第一组细长钢丝的网状物，其中第一细长钢丝及第二细长钢丝被直接紧固在一起(例如， 连结、焊接在一起界定各自具有小于至少大约Ξ英寸(3in.)的特有开口尺寸的孔隙。举 例来说，轻型钢丝、中型钢丝、重型钢丝、钢筋等等可被焊接在一起W形成网状物，其中邻近 钢丝之间的开口为至少大约一英寸（lin.)乘一英寸（lin.)、两英寸（2in.)乘两英寸 (2?η.)、Ξ英寸（3in.)乘Ξ英寸（3in.)等等。钢丝可包含(但不一定限于）：轻型钢丝、中型 钢丝、重型钢丝、钢筋等等。举例来说，可使用零点一九二英寸(0.192in.)直径钢丝、八分之 一英寸（l/8in.)直径钢丝、四分之一英寸（l/4in.)直径钢筋(例如，#2钢筋）、四分之Ξ英寸 (3/4in.)直径钢筋(例如，#6钢筋)等等形成导电网。
[0039] 每一导电网可包括一或多层各种材料。举例来说，第一导电网104及/或第二导电 网108可各自包括两层或两层W上编织钢丝网状物，其界定各自具有小于至少大约零点二 五英寸(0.25in.)的特有开口尺寸的孔隙。此外，可针对接近导电混凝±102的外部表面的 导电网、安置于其间的导电网等等使用不同的材料。举例来说，离导电混凝±102的外部表 面106两英寸(2in.)而定位的第一导电网104包括WWF，离导电混凝±102的外部表面112两 英寸（2in.)而定位的第二导电网108包括WWF，且定位于其间的第Ξ导电网114包括WWR。在 运些实施例中，导电混凝±102中的WWF、WWR、纤维等等都可被电互连。
[0040] 实例过程
[0041] 现在参看图2,描述用于制造混凝±结构的实例技术。图2描绘在实例实施方案中 用于使用（例如)包括金属导电材料、导电碳颗粒及磁性材料(例如如上文描述的铁燈岩骨 料)的混凝±混合物制造混凝±结构的过程200,其中导电网被嵌入于混凝±结构中。
[0042] 在所说明的过程200中，一或多种导电碳材料(例如，导电碳颗粒、导电碳粉、焦炭 屑等等）、一或多种磁性材料(例如，压碎的铁燈岩骨料，例如砂及/或碎石)及细钢纤维/钢 屑/钢粉、娃粉及/或其它SCM经渗和W形成干拌混合料(化y mix)(框210)。在一些实施例 中，可在容器(例如混凝±揽拌车的滚筒等等）中渗和所述材料。然而，仅通过实例方式提供 混凝±滚筒揽拌车，且也可使用用于混合混凝±的其它容器。在一些实施例中，持续至少大 约十（10)分钟混合干拌混合料的材料。然而，通过实例方式提供此混合时间且并非意味着 限制本发明。在其它实施例中，持续十（10)分钟W上或十（10)分钟W下混合所述干材料。举 例来说，可持续至少大约五巧)分钟混合所述干拌混合料的材料。然后，将水泥(例如，I型娃 酸盐水硬水泥)及水添加到干拌混合料W形成湿拌混合料(wet mix)(框220)。也可将外加 剂(例如超塑化剂(例如，减水剂/高效减水剂化RWR)))添加到湿拌混合料及/或在施工现场 添加外加剂。在一些实施例中，在混凝±滚筒揽拌车中形成湿拌混合料。举例来说，从混凝 ±厂处的存储塔将水泥及水添加到混凝±揽拌车的滚筒中的干成分。
[0043] 接着，将金属导电材料(例如钢纤维)添加到湿拌混合料(框230)。举例来说，可使 用（例如)延伸到混凝上滚筒揽拌车中的输送机(例如，输送机带及/或斜槽)将钢纤维添加 到混凝±揽拌车中。在本发明的实施例中，所述钢纤维经展开W将钢纤维至少实质上均匀 分布到输送机上(例如，W避免钢纤维絮凝或成球及在斜槽处堵塞）。举例来说，所述钢纤维 可被倒在输送机带上及/或被手动放置在输送机带上。在一些实施例中 ，经不同地设定尺寸 的纤维的交替批次被倒在输送机带上(例如，其中每一批次的一英寸（lin.)长钢纤维与一 批次一点五英寸（1.5in.)长钢纤维交替）。然后，金属导电材料与所述湿拌混合料混合W形 成导电混凝±混合物(框240)。在一些实施例中，"快速"混合速度设定用于混凝±滚筒揽拌 车，而"缓慢"速度设定用于输送机带。此外，在一些实施例中，紧接在金属导电材料已被装 载到混凝±滚筒揽拌车中之后将混凝±揽拌车从混凝±厂指引到施工现场。
[0044] 应注意，虽然过程200描述将金属导电材料添加到湿混凝±混合物，但可在湿或干 状况下在水泥及/或骨料的混合期间添加所述金属导电材料。此外，希望在混合期间维持至 少实质上均匀的金属导电材料支出。因而，可根据由（例如）美国混凝±协会(ACI)委员会 544(Ame;rican Concrete Institute(ACI)Committee 544)所指定的用于混合钢纤维的指 导方针执行混合。2004年11月30日发布的标题为"加热桥面系统及材料及用于构造其的方 '法（Heated Bridge Deck System and Materials and Method for Constructing the Same)"的第6,825,444号美国专利案包含可与本发明的导电混凝±混合物一起使用的实例 混合程序，且所述专利案W全文引用的方式并入本文中。在一些实施例中，可在检查混凝± 的塌落度之后在施工现场添加超塑化剂(例如，W提高可加工性）。在一些实施例中，所述塌 落度被维持在约六英寸(6in.)到屯英寸(7in.)(例如，W防止或最小化钢纤维沉落到混凝 ±的底部）。此外，在一些实施例中，可使用振动器W巩固所述导电混凝±混合物(例如，努 力到达间隙及/或在钢筋之间）。
[0045] 接着，在接近外部表面的导电混凝±材料内定位第一导电网（框250)。然后，在与 所述第一导电网电接触的情况下在导电混凝±材料内定位第二导电网（框260)。可接近另 一外部表面定位第二导电网。在一些实施例中，在第一导电网与第二导电网之间在导电混 凝±材料内定位第Ξ导电网（框270)。第Ξ导电网可与第一导电网及第二导电网电接触。在 一些实施例中，导电网被固定及/或连结到金属及/或木模(wood form) W将其固持在适当 位置，同时导电混凝±混合物经诱筑及/或喷射W形成混凝±结构，例如遮蔽物。举例来说， 可将导电混凝±混合物通过软管传送及在高速下气动地投射到表面上(例如，喷射混凝 ±"的方式）。
[0046] 使用如本文中描述的导电混凝±混合物的Ξ种（3)单独诱筑量构造具有九英尺 (9ft.)乘九英尺(9的.）乘九英尺(9的.）内部空间的^^一英尺(11打.）高、^^一英尺（lift.) 宽且^^一点五英尺（11.5f t.)长的EMP遮蔽物。构造的次序为一英尺（Ift.)厚的混凝±地 基、四个(4)九英尺(9ft.)长的混凝±墙及具有九英寸(9in.)厚的混凝±顶的波纹屋顶。除 了十八英寸（18in.)厚的南墙之外，所有的混凝±板都是十二英寸（12in.)厚。在构造中存 在两个水平的冷焊锡点。所述遮蔽物在地基及每一面墙中包含Ξ(3)层焊接钢丝网(WWF)且 在波纹屋顶面板上的九英寸(9in.)厚的顶中包含两(2)层WWF。使用具有两英寸(2in.)乘四 英寸(4in.)开口及十二点五（12.5)型号裸钢丝的钢丝网状物护栏制造所述WWF。在遮蔽物 中包含RF屏蔽口。所述RF口具有Ξ英尺(3ft.)乘屯英尺(7ft.)的开口。通过在口框周围全 都焊接十二英寸（12in.)宽、四分之一英寸（l/4in.)厚的钢法兰在遮蔽物的南墙中诱铸所 述口。所述焊接在搭接缝处连续W提供RF密封。T型截面钢被焊接到RF口框的底部W支撑口 组合件。
[0047] 第一层WWF被放置在用于诱铸地基的模板中且将其焊接到钢口法兰。由于底部处 的十二英寸（12in.)宽的T型钢截面且口周围的南墙厚度是十八英寸（18in.)，所W在口的 前面存在六英寸(6in.)的间隙。提前制造另两层WWF且在地基诱筑期间的不同阶段处将其 放置到模板。所述WWF的边沿沿着遮蔽物周界向上延伸两英尺(2ft.) W稍后与墙中的WWF叠 接。用于地基诱筑的模板被建立在钢面板上W提供平整且光滑的底座。第一层WWF被放置在 地基的底部。诱筑六英寸(6in.)深的导电混凝±混合物，且由桥式起重机将第二层WWF降低 到位置中。第二及第Ξ层WWF具有焊接到口法兰的垂直延伸部W用于电气连接。在导电混凝 ±混合物的深度达到十二英寸（12in.)时将第Ξ层WWF降低到适当位置。由工人的重量使第 Ξ层WWF接入到混凝±顶表面中。接着使用大媛完成底板表面。在此实例中，将Ξ层WWF焊接 到口法兰W维持口框周围的屏蔽。
[0048] 用于诱铸遮蔽物的四个墙的模板工作包括内模板、Ξ层WWF及外模板。由于地基延 伸六英寸(6in.)超过RF口 W支撑口的底座，所W南墙的厚度是十八英寸（18in.)W简化模 板工作。Ξ层WWF被焊接到口法兰且被叠接到从地基延伸的WWF。提前W与用于先前所描述 的地基构造相同的方式将WWF焊接到开口周围的口法兰。钢卡扣连结（snap-ties)通过WWF 开口延伸一英尺(1ft.)的间距W将内模板与外模板连结在一起。此配置用W考虑施加到模 板上的混凝±压力。栓钉被焊接到口法兰W使口固定在混凝±墙中。所述墙被诱筑成九英 尺(9ft.)高，其中从所述墙延伸的Ξ层WWF用W与波纹屋顶面板系统集成。
[0049] 使用两英寸（2in.)乘四英寸(4in.)木料支撑所述模板，且使用猫行道(catwalk) 诱铸混凝±。桥式起重机用W吊起一码（1yd.)混凝±吊罐W用于诱铸墙。所述吊罐提供控 制混凝±在模板之间成十二英寸（12in.)宽及九英尺(9ft.)深的墙腔中的放置。在此实例 中，在邻近WWF层之间插入四英寸(4in.)乘四英寸(4in.)木料W在邻近层之间维持六英寸 (6in.)间隔且在诱筑期间考虑混凝±混合物的动量。八英尺(8ft.)长的振动器用W促进混 凝±流动通过WWF开口且巩固模板中及WWF层之间的导电混凝±混合物(例如，W防止或最 小化墙中的空隙形成）。
[0050] 在此实例中，从吊罐倾倒的大量导电混凝±混合物的动量使独立式WWF在模板内 来回转动。四英寸(4in.)乘四英寸(4in.)木料垫块初始地保持WWF分离，但在诱筑期间由于 混凝±放置的干扰而被移除。混凝±的动量推动内（中间)WWF层朝向内侧WWF层或外侧WWF 层。当两个WWF接触时，针对混凝±存在有限流动通过空间，且其难W分离WWF层。应注意，可 针对中间层使用焊接加固（例如，具有(例如)大于两英寸(2in.)乘两英寸(2in.)的开口的 钢筋网考虑诱筑的混凝±混合物的动量。此外，一次可诱筑较少量的混凝±(例如，从混 凝±吊罐)w更精确地控制将混凝±诱筑到模板中。
[0051] 针对屋顶构造使用波纹屋顶面板。运些面板由十六（16)型号(例如，零点零六英尺 (0.06in.)厚)锻锋钢制成，具有Ξ英尺(3ft.)的标准宽度。所述面板沿着其边沿互锁W形 成连续的表面区域。所述面板被预先切割到十一英尺（lift.)的长度。在此实例中，四个互 锁面板覆盖十二英尺(12ft.)乘十一英尺(lift.)的屋顶区域。在与九英尺(9ft.)的墙的顶 部相同的高度处安置面板的底部。面板具有九英寸(9in.)的导电混凝±顶，其中两层WWF在 顶中。面板被放置在由钢架系统支撑的两英寸(2in.)乘六英寸(6in.)的木料上。面板的波 纹端处的凹口经切割及折叠 W形成防止导电混凝±混合物免于流动到遮蔽物中的端帽。面 板经互锁、使用焊灯切割W贴合墙之间的间隙且从墙焊接到内WWF层。W此方式，屋顶面板 变成WWF层的部分W用于屏蔽。栓钉被点焊接到面板上W诱导面板与导电混凝±混合物的 混合作用(例如，针对结构强度）。
[0052] 当诱铸屋顶时，诱筑导电混凝±混合物W填充波纹面板的Ξ英寸(3in.)檐槽且一 直到从墙突出的中间WWF的水平。接着，第一水平WWF层被放置在新诱的混凝±表面上且从 墙扭转连结到中间WWF。接着，诱筑继续直到混凝±从墙达到外WWF的水平。接着将第二WWF 层放置在新诱的混凝上上且从墙扭转连结到部WWF。第二WWF离屋顶约一英寸（lin.)。诱筑 再次继续W填充混凝±到模板的顶部。使用振动器W促进混凝±流动通过WWF。使用大媛完 成屋顶表面。在诱铸期间，便携式衰减测量系统(PAMS)展示，SE在初始诱筑于第一WWF层上 期间穿过八十分贝（80地)并在继续诱筑于第二WWF层上之后不久达到PAMS的一百二十分贝 (120地)动态范围。在Ξ天的固化之后移除支柱外模板及猫行道。
[0053] 在导电混凝±遮蔽物的附近校正具 有附属物的双锥对数天线。图3使用用于二十 五兆赫(25MHz) W下的频率的屏蔽循环标绘天线的动态范围（DR)。所述标绘图展示全尺寸 (具有附属物)双锥对数相比基本(无附属物)双锥对数将DR从二十五兆赫(25MHz)到五十兆 赫巧ΟΜΗζ)提高至少二十分贝（20地）。循环的DR在十兆赫（lOMHz)W上恶化。图4标绘在水平 化H)及垂直(W)极化中每MIL-STD 188-125的测量配置的动态范围（DR)。最小及最大DR分 别对应于导电混凝±遮蔽物内部及外部的环境噪声等级。所述标绘图展示遮蔽物非常安 静；内部的噪声等级为低至约二十分贝（20地)到Ξ十分贝（30地）。使用全尺寸双锥对数天 线获得运些测量。在垂直极化中移除双锥对数天线的附属物。在无附属物的情况下，垂直DR 在Ξ十兆赫（30MHz)周围约为Ξ十分贝（30地）。图5及6分别展示通过西墙及北墙的遮蔽物 的SE测量结果。两个墙的SE标绘图整体相当类似。图7及8分别展示东墙及南墙的SE测量结 果。使用无附属物的基本双锥对数获得运些测量。图5至化中的标绘图展示针对所有四面墙 导电混凝±遮蔽物具有类似的SE特性。图9展示通过导电混凝±遮蔽物的屋顶获得的SE测 量结果。对于东西及南北定向中的屋顶天线，SE为类似的。
[0054] 尽管已W针对结构特征及/或过程操作的语言描述标的物，但应理解，所附权利要 求书中界定的标的物并不一定限于上文所描述的特定特征或动作。实情是，如实施权利要 求书的实例形式般掲示上文描述的特定特征及动作。
【主权项】
1. 一种混凝土结构，其包括： 由混凝土混合物形成的导电混凝土，其包括 水泥， 水， 导电碳材料，其包括按重量计从至少大约百分之一（1 % )到至少大约百分之二十 (20 %)的所述混凝土混合物， 磁性材料，其包括按重量计从至少大约百分之二十（20%)到至少大约百分之五十 (50 %)的所述混凝土混合物，及 金属导电材料； 第一导电网，其安置于所述导电混凝土内且接近所述导电混凝土的外部表面而定位； 及 第二导电网，其安置于所述导电混凝土内且与所述第一导电网电接触。2. 根据权利要求1所述的混凝土结构，其中所述第一导电网是离所述导电混凝土的所 述外部表面小于至少大约三英寸(3in.)而定位。3. 根据权利要求1所述的混凝土结构，其中所述第二导电网是接近所述导电混凝土的 第二外部表面而定位，所述导电混凝土的所述第二外部表面大体上与所述导电混凝土的所 述外部表面相对。4. 根据权利要求1所述的混凝土结构，其中所述第一导电网或所述第二导电网中的至 少一者包括编织钢丝网状物，其界定各自具有小于至少大约零点二英寸(〇.2in.)的特有开 口尺寸的多个孔隙。5. 根据权利要求1所述的混凝土结构，其中所述第一导电网或所述第二导电网中的至 少一者包括网状物，其具有跨越多个第二细长钢丝接近彼此布置的多个第一细长钢丝，所 述多个第一细长钢丝及所述多个第二细长钢丝直接紧固在一起以界定各自具有小于至少 大约三英寸(3in.)的特有开口尺寸的多个孔隙。6. 根据权利要求1所述的混凝土结构，其进一步包括安置于所述第一导电网与所述第 二导电网之间的所述导电混凝土内的第三导电网，所述第三导电网与所述第一导电网及所 述第二导电网电接触。7. 根据权利要求1所述的混凝土结构，其中所述金属导电材料包括钢纤维、钢丝绒或钢 粉中的至少一者。8. 根据权利要求1所述的混凝土结构，其中所述磁性材料包括铁燧岩、磁铁矿、铁纹石、 镍纹石、钛赤铁矿、磁黄铁矿、钛铁矿或钛磁铁矿中的至少一者。9. 根据权利要求1所述的混凝土结构，其中所述导电碳材料包括碳颗粒、导电碳粉或焦 炭肩中的至少一者。10. 根据权利要求1所述的混凝土结构，其中所述金属导电材料包括按重量计从至少大 约百分之一（1%)到至少大约百分之十五（15%)的所述混凝土混合物。11. 一种制造混凝土结构的方法，其包括： 掺和导电碳材料及磁性材料以形成干拌混合料； 将水泥及水添加到所述干拌混合料以形成湿拌混合料； 将金属导电材料添加到所述湿拌混合料； 混合所述金属导电材料及所述湿拌混合料以形成混凝土混合物； 浇筑所述混凝土混合物以形成导电混凝土； 在接近所述导电混凝土的外部表面的所述导电混凝土内定位第一导电网；及 在与所述第一导电网电接触的情况下在所述导电混凝土内定位第二导电网。12. 根据权利要求11所述的方法，其中离所述导电混凝土的所述外部表面小于至少大 约三英寸(3in.)定位所述第一导电网。13. 根据权利要求11所述的方法，其中接近所述导电混凝土的第二外部表面定位所述 第二导电网，所述导电混凝土的所述第二外部表面大体上与所述导电混凝土的所述外部表 面相对。14. 根据权利要求11所述的方法，其中所述第一导电网或所述第二导电网中的至少一 者包括编织钢丝网状物，其界定各自具有小于至少大约零点二英寸(〇.2in.)的特有开口尺 寸的多个孔隙。15. 根据权利要求11所述的方法，其中所述第一导电网或所述第二导电网中的至少一 者包括网状物，其具有跨越多个第二细长钢丝接近彼此布置的多个第一细长钢丝，所述多 个第一细长钢丝及所述多个第二细长钢丝直接紧固在一起以界定各自具有小于至少大约 三英寸(3 in.)的特有开口尺寸的多个孔隙。16. 根据权利要求11所述的方法，其进一步包括在所述第一导电网与所述第二导电网 之间的所述导电混凝土内定位第三导电网，所述第三导电网与所述第一导电网及所述第二 导电网电接触。17. 根据权利要求11所述的方法，其中所述金属导电材料包括钢纤维、钢丝绒或钢粉中 的至少一者。18. 根据权利要求11所述的方法，其中所述磁性材料包括铁燧岩、磁铁矿、铁纹石、镍纹 石、钛赤铁矿、磁黄铁矿、钛铁矿或钛磁铁矿中的至少一者。19. 根据权利要求11所述的方法，其中掺和导电碳材料及磁性材料以形成干拌混合料 进一步包括掺和导电碳颗粒、导电碳粉、压碎的铁燧岩骨料及辅助胶凝材料SCM以形成干拌 混合料。20. 根据权利要求11所述的方法，其中所述导电碳材料包括按重量计从至少大约百分 之一（1 % )到至少大约百分之二十（20%)的所述混凝土混合物，且所述磁性材料包括按重 量计从至少大约百分之二十(20%)到至少大约百分之五十(50%)的所述混凝土混合物。21. -种制造混凝土结构的方法，其包括： 浇筑混凝土混合物以形成导电混凝土； 在接近所述导电混凝土的外部表面的所述导电混凝土内定位第一导电网；及 在与所述第一导电网电接触的情况下在所述导电混凝土内定位第二导电网。22. 根据权利要求21所述的方法，其中离所述导电混凝土的所述外部表面小于至少大 约三英寸(3in.)定位所述第一导电网。23. 根据权利要求21所述的混凝土结构，其中接近所述导电混凝土的第二外部表面定 位所述第二导电网，所述导电混凝土的所述第二外部表面大体上与所述导电混凝土的所述 外部表面相对。24. 根据权利要求21所述的混凝土结构，其中所述第一导电网或所述第二导电网中的 至少一者包括编织钢丝网状物，其界定各自具有小于至少大约零点二英寸(ο. 2in.)的特有 开口尺寸的多个孔隙。25. 根据权利要求21所述的混凝土结构，其中所述第一导电网或所述第二导电网中的 至少一者包括网状物，其具有跨越多个第二细长钢丝接近彼此布置的多个第一细长钢丝， 所述多个第一细长钢丝及所述多个第二细长钢丝直接紧固在一起以界定各自具有小于至 少大约三英寸(3in.)的特有开口尺寸的多个孔隙。26. 根据权利要求21所述的混凝土结构，其进一步包括在所述第一导电网与所述第二 导电网之间的所述导电混凝土内定位第三导电网，所述第三导电网与所述第一导电网及所 述第二导电网电接触。
【专利摘要】本发明描述导电混凝土混合物，其经配置以提供EMP屏蔽且反射及/或吸收(例如)通过所述导电混凝土混合物传播的EM波。所述导电混凝土混合物包含水泥、水、导电碳材料、磁性材料及金属导电材料。所述导电碳材料可包含导电碳颗粒、导电碳粉及/或焦炭屑。所述金属导电材料可包含钢纤维，且所述磁性材料可包含铁燧岩。所述导电混凝土混合物还包含辅助胶凝材料SCM。一种制造混凝土结构的方法包含：浇筑混凝土混合物以形成导电混凝土；及在接近所述导电混凝土的外部表面的所述导电混凝土内定位第一导电网。所述方法还包含在与所述第一导电网电接触的情况下在所述导电混凝土内定位第二导电网。
【IPC分类】C04B14/32, C04B28/02, C04B14/38
【公开号】CN105555733
【申请号】CN201480046827
【发明人】克里斯托弗·图安, 阮·林
【申请人】内布拉斯加大学董事会
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2014年6月24日
【公告号】WO2014210007A1
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