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系統識別號 U0002-1408201413285300
中文論文名稱 導電混凝土的電磁屏蔽效應
英文論文名稱 Electromagnetic Shielding Effectiveness of Conductive Concrete
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 土木工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Civil Engineering
學年度 102
學期 2
出版年 103
研究生中文姓名 方鄒昀
研究生英文姓名 Tsou-Yun Fang
學號 600380348
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2014-07-16
論文頁數 123頁
口試委員 指導教授-段永定
委員-苟昌煥
委員-高金盛
中文關鍵字 導電混凝土  導電性材料  電磁波屏蔽  屏蔽效益 
英文關鍵字 Conductive concrete  Conductive material  Electromagnetic shielding  Shielding effectiveness 
學科別分類 學科別應用科學土木工程及建築
中文摘要 近年來由於科技進步,各類通訊、電子設備及產品廣泛應用,造成電磁波對人體生理或心理及電子器材的影響越來越嚴重。為了減低電磁波之影響,有效的屏蔽電磁波已是一項重要的研究課題。目前屏蔽電磁波常利用金屬、導電性高分子、導電性複合材料及導電性表面處理等。本研究採用導電混凝土之概念,在水泥混凝土材料內添加鋼纖維、石墨及鋇鐵氧體來取代部分的材料,進而提高電磁波屏蔽效益。試驗過程中藉由不同比例之鋼纖維、石墨及鋇鐵氧體製作不同的試體,量測頻率範圍30 MHz ~ 1800 MHz電磁波之屏蔽效益,探討鋼纖維、石墨及鋇鐵氧體對於電磁波屏蔽效益之影響,期望能研發出具有良好屏蔽效益之水泥混凝土材料。
研究結果顯示,對於頻率範圍30 MHz ~ 1800 MHz 之電磁波,添加鋼纖維與石墨皆能提升試體的之屏蔽效益;鋼纖維添加越多屏蔽效益越高,且隨電磁波頻率越高屏蔽效益越高。石墨添加越多屏蔽效益越高,但添加石墨會降低水泥混凝土之力學強度、工作性等性質,添加越多影響越嚴重。添加鋇鐵氧體對於屏蔽效益之影響不大,相同添加量下鋇鐵氧體對於屏蔽效益的提升不如石墨好。頻率在900 MHz時最佳屏蔽效益達到68 dB,所有試體中基本上鋼纖維有添加1.0%以上且石墨有添加15%以上的試體屏蔽效益可達到60 dB;而在頻率1800 MHz時,鋼纖維添加0.5%以上以及石墨添加10%以上的試體其屏蔽效益有達到60 dB以上。
英文摘要 In recent decades, the advances of electronic communications technology have led to serious effect of electromagnetic waves from the widely use of all kinds of communications, electronic equipments and products. In order to avoid the detrimental effects of electromagnetic waves to the physiological or psychological human body and other electronic equipment, effectively shielding of electromagnetic waves has become an important research topic. Metal, conductive polymer, conductive composites or conductive surface treatment are often used for shielding electromagnetic waves. In this study, steel fibers, graphite and barium ferrite were utilized as ingredients to cement concrete material to increase the electromagnetic shielding effectiveness. By varying the contents of steel fibers, graphite and barium ferrite, specimens were produced in the laboratory to evaluate the electromagnetic shielding effectiveness in frequency range from 30 MHz to 1800 MHz, and develop a conductive concrete material with good shielding characteristics.
Based on the results of this study, the addition of steel fibers and graphite both can increase the electromagnetic shielding effectiveness of the specimen for the 30 MHz ~ 1800 MHz electromagnetic wave frequency range. The electromagnetic shielding effectiveness of specimen improves with increasing steel fibers contents and higher electromagnetic wave frequency value. The electromagnetic shielding effectiveness of specimen also improves with increasing of graphite content, but the addition of graphite will reduce its mechanical strength and workability. The addition of Barium ferrite is not very effective for electromagnetic shielding effectiveness. Barium ferrite is less effective than graphite at the same contents for shielding effectiveness. The results of this study show that the best shielding effectiveness reaches 68 dB around the frequency of 900MHz. For all specimens with more than
1.0% steel fibers and more than 15% graphite, the shielding effectiveness generally can reach 60 dB. When the frequency is near 1800MHz, specimen with more than 0.5% steel fibers and more than 10% graphite, the shielding effectiveness could reach 60 dB or more.

論文目次 目錄
中文摘要 I
英文摘要 II
目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 XI
第一章 緒 論 1
1-1 研究動機 1
1-2 研究目的 2
1-3 研究方法 2
1-4 研究流程 3
1-5 研究內容 4
第二章 文獻回顧 5
2-1 電磁波概述 5
2-2 電磁干擾 9
2-3 電磁屏蔽性能研究 14
2-4 導電混凝土 16
第三章 基礎理論 21
3-1 電磁屏蔽理論 21
3-2 電磁波之屏蔽材料 27
第四章 試驗方法與步驟 31
4-1 試驗規劃 31
4-1-1 試驗材料 31
4-1-2 試驗儀器及設備 36
4-2 試驗步驟 41
4-2-1 試體模具準備 41
4-2-2 試體製作 42
4-2-3 電磁波屏蔽效益量測 46
第五章 試驗結果與分析 49
5-1 本研究各試體之電磁波屏蔽效益 49
5-2 鋇鐵氧體添加量對於電磁波屏蔽效益的影響 84
5-3 石墨添加量對於電磁波屏蔽效益的影響 92
5-4 鋼纖維添加量對於電磁波屏蔽效益的影響 102
5-5 本研究之試體和普通水泥砂漿對於電磁波屏蔽效益比較 111
第六章 結果及建議 119
6-1. 結論 119
6-2. 建議 120
參考文獻 122

圖目錄
圖1-1 研究流程圖 3
圖2-1 電磁波,在真空中傳播模型圖 5
圖2-2 電磁波的波譜與性質 6
圖2-4 電磁干擾源作用於敏感設備的耦合途徑 12
圖3-1 電磁波屏蔽機制示意圖 22
圖3-2 電磁波遮蔽材之分類 28
圖3-3 導電材料與電阻係數之關係 29
圖3-4 縱橫比影響形成導電網路示意圖 30
圖4-1 卜特蘭I 型水泥 31
圖4-2 石墨粉末 32
圖4-3 鋼纖維 33
圖4-4 鋇鐵氧體 34
圖4-5 矽灰 34
圖4-6 天然河砂 35
圖4-7 水泥砂漿拌合機 37
圖4-8 壓克力模具 38
圖4-9 混凝土振動台 39
圖4-10 網路分析儀 39
圖4-11 同軸導波管外側 40
圖4-12 同軸導波管內側 41
圖4-13 待測試體尺寸圖 42
圖4-14 壓克力模具示意圖 42
圖4-15 本試驗之水泥砂漿試體 46
圖4-16 電磁波屏蔽量測示意圖 47
圖5-1 S0.5G0B4之電磁屏蔽效益 50
圖5-2 S0.5G0B7之電磁屏蔽效益 51
圖5-3 S0.5G0B10之電磁屏蔽效益 51
圖5-4 S0.5G10B0之電磁屏蔽效益 52
圖5-5 S0.5G10B4之電磁屏蔽效益 53
圖5-6 S0.5G10B7之電磁屏蔽效益 53
圖5-7 S0.5G10B10之電磁屏蔽效益 54
圖5-8 S0.5G15B0之電磁屏蔽效益 55
圖5-9 S0.5G15B4之電磁屏蔽效益 56
圖5-10 S0.5G15B7之電磁屏蔽效益 56
圖5-11 S0.5G15B10之電磁屏蔽效益 57
圖5-12 S0.5G20B0之電磁屏蔽效益 58
圖5-13 S0.5G20B4之電磁屏蔽效益 58
圖5-14 S0.5G20B7之電磁屏蔽效益 59
圖5-15 S0.5G20B10之電磁屏蔽效益 60
圖5-16 S1.0G0B4之電磁屏蔽效益 60
圖5-17 S1.0G0B7之電磁屏蔽效益 61
圖5-18 S1.0G0B10之電磁屏蔽效益 62
圖5-19 S1.0G10B0之電磁屏蔽效益 63
圖5-20 S1.0G10B4之電磁屏蔽效益 63
圖5-21 S1.0G10B7之電磁屏蔽效益 64
圖5-22 S1.0G10B10之電磁屏蔽效益 65
圖5-23 S1.0G15B0之電磁屏蔽效益 66
圖5-24 S1.0G15B4之電磁屏蔽效益 66
圖5-25 S1.0G15B7之電磁屏蔽效益 67
圖5-26 S1.0G15B10之電磁屏蔽效益 68
圖5-27 S1.0G20B0之電磁屏蔽效益 68
圖5-28 S1.0G20B4之電磁屏蔽效益 69
圖5-29 S1.0G20B7之電磁屏蔽效益 70
圖5-30 S1.0G20B10之電磁屏蔽效益 70
圖5-31 S1.5G0B4之電磁屏蔽效益 71
圖5-32 S1.5G0B7之電磁屏蔽效益 72
圖5-33 S1.5G0B10之電磁屏蔽效益 73
圖5-34 S1.5G10B0之電磁屏蔽效益 73
圖5-35 S1.5G10B4之電磁屏蔽效益 74
圖5-36 S1.5G10B7之電磁屏蔽效益 75
圖5-37 S1.5G10B10之電磁屏蔽效益 75
圖5-38 S1.5G15B0之電磁屏蔽效益 76
圖5-39 S1.5G15B4之電磁屏蔽效益 77
圖5-40 S1.5G15B7之電磁屏蔽效益 77
圖5-41 S1.5G15B10之電磁屏蔽效益 78
圖5-42 S1.5G20B0之電磁屏蔽效益 79
圖5-43 S1.5G20B4之電磁屏蔽效益 79
圖5-44 S1.5G20B7之電磁屏蔽效益 80
圖5-45 S1.5G20B10之電磁屏蔽效益 81
圖5-46 S0G0B4之電磁屏蔽效益 81
圖5-47 S0G0B10之電磁屏蔽效益 82
圖5-48 S0G10B0之電磁屏蔽效益 83
圖5-49 S0G20B0之電磁屏蔽效益 83
圖5-50 S1.5G20B0~10之電磁波屏蔽效益 84
圖5-51 S1.5G10B0~10之電磁波屏蔽效益 85
圖5-52 S1.5G0B4~10之電磁波屏蔽效益 86
圖5-53 S1.0G20B0~10之電磁波屏蔽效益 87
圖5-54 S1.0G10B0~10之電磁波屏蔽效益 87
圖5-55 S1.0G0B4~10之電磁波屏蔽效益 88
圖5-56 S0.5G20B0~10之電磁波屏蔽效益 89
圖5-57 S0.5G10B0~10之電磁波屏蔽效益 90
圖5-58 S0.5G0B4~10之電磁波屏蔽效益 91
圖5-59 S0G0B0~10之電磁波屏蔽效益 91
圖5-60 S1.5G0~20B10之電磁波屏蔽效益 93
圖5-61 S1.5G0~20B4之電磁波屏蔽效益 94
圖5-62 S1.5G10~20B0之電磁波屏蔽效益 95
圖5-63 S1.0G0~20B10之電磁波屏蔽效益 96
圖5-64 S1.0G0~20B4之電磁波屏蔽效益 97
圖5-65 S1.0G10~20B0之電磁波屏蔽效益 97
圖5-66 S0.5G0~20B10之電磁波屏蔽效益 98
圖5-67 S0.5G0~20B4之電磁波屏蔽效益 99
圖5-68 S0.5G10~20B0之電磁波屏蔽效益 100
圖5-69 S0G10~20B0之電磁波屏蔽效益 101
圖5-70 S0.5~1.5G20B10之電磁波屏蔽效益 103
圖5-71 S0.5~1.5G20B4之電磁波屏蔽效益 103
圖5-72 S0~1.5G20B0之電磁波屏蔽效益 104
圖5-73 S0.5~1.5G15B7之電磁波屏蔽效益 105
圖5-74 S0.5~1.5G10B10之電磁波屏蔽效益 106
圖5-75 S0.5~1.5G10B4之電磁波屏蔽效益 107
圖5-76 S0~1.5G10B0之電磁波屏蔽效益 108
圖5-77 S0~1.5G0B10之電磁波屏蔽效益 109
圖5-78 S0~1.5G0B4之電磁波屏蔽效益 110
圖5-79材料添加量多之配比與普通砂漿之電磁波屏蔽效益 112
圖5-80材料添加量少之配比與普通砂漿之電磁波屏蔽效益 113
圖5-81材料添加量多和材料添加量少之電磁波屏蔽效益 114
圖5-82純添加石墨、純添加鋇鐵氧體和普通砂漿之電磁波屏蔽效益 115

表目錄
表2-1 無線電頻帶與波段名稱 7
表2-2 各波段電波之傳播特性及用途 8
表2-3各項設備產生電磁波頻段 9
表2-4 電磁干擾的頻率案為分類 10
表2-5 導電混凝土試體電阻值 20
表3-1 分貝與電磁波屏蔽效果值之關係 26
表4-1 矽灰成分 35
表4-2 強塑劑基本性質 36
表4-3 鋼纖維、石墨及鋇鐵氧體之添加量 44
表4-4 本研究中之水泥砂漿試體配比 44
表5-1 本研究之水泥砂漿試體對900 MHz的屏蔽效益 117
表5-2 本研究之水泥砂漿試體對1800 MHz的屏蔽效益 118
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論文使用權限
  • 同意紙本無償授權給館內讀者為學術之目的重製使用,於2016-08-20公開。
  • 同意授權瀏覽/列印電子全文服務,於2016-08-20起公開。


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