Cement-Based Composites with Biochar for Shielding Effectiveness in the Construction Sector

La sostituzione parziale di materiali non rinnovabili nei compositi cementizi con alternative ecocompatibili rappresenta un approccio promettente per la riduzione dei costi e il miglioramento delle proprietà di schermatura. In questo studio, l'efficacia di schermatura elettromagnetica di compositi a base di cemento che incorporano biochar come riempitivo conduttivo viene analizzata nella banda X (8,2–12,4 GHz), un intervallo di frequenza ampiamente utilizzato in radar e comunicazioni satellitari. Viene analizzato un biochar commerciale a base di lignina derivato dal legno (CB), concentrandosi sulla sua composizione, dispersione all'interno della matrice cementizia e impatto sulle prestazioni di schermatura. Il contenuto di acqua e carbonio del biochar viene esaminato attraverso l'analisi termogravimetrica (TGA), rivelando un elevato contenuto di carbonio pari al 74%.
Campioni di composito cementizio con biochar al 12% in peso, al 14% in peso e al 18% in peso vengono realizzati per adattarsi a una guida d'onda rettangolare per misurazioni dell'efficacia di schermatura. L'analisi SEM mostra una dispersione omogenea delle particelle di CB all'interno della matrice. Valori di efficacia di schermatura (SE) superiori a 20 dB vengono raggiunti per i compositi contenenti biochar CB al 18% a 10 GHz. Inoltre, viene esaminata l'influenza del contenuto di acqua, derivante da diverse condizioni di stagionatura e invecchiamento. I risultati indicano che una stagionatura umida prolungata migliora l'efficacia di schermatura, mentre un invecchiamento prolungato in condizioni ambientali la riduce, con una diminuzione di circa 5 dB dopo 10 settimane. Questo comportamento è attribuito a variazioni nell'acqua fisicamente adsorbita, che dovrebbero essere considerate durante la progettazione di compositi a base di cemento per applicazioni di schermatura elettromagnetica. Nel complesso, il biochar a base di lignina emerge come un candidato promettente per la sostituzione parziale del cemento, migliorando significativamente le prestazioni di schermatura dei materiali cementizi.