CN103880465B - 一种硅质高强多孔水泥基吸波材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硅质高强多孔水泥基吸波材料及其制备方法，属于电磁学和材料科学的交叉技术领域。它由干粉料、骨料和外掺料制备而成，所述干粉料由普通硅酸盐水泥、粉煤灰、矿渣和硅灰组成，所述骨料为石英砂，所述外掺料为高效减水剂、引气剂、纤维和水。通知掺入低介电常数的石英砂、纤维、硅灰以及引入气孔等方法改善水泥基体的阻抗匹配，并利用水泥、粉煤灰、矿渣等胶凝材料自身对电磁波的损耗特性达到吸收电磁波的目的；这种水泥基吸波材料是单层结构，有利于减小水泥基吸波材料的厚度。本发明的效果和益处是阻抗匹配的改善可以实现对电磁波较好的吸收；同时纤维和硅灰的加入有利于提高材料的强度。
Description
技术领域
本发明属于电磁学和材料科学的交叉技术领域，具体涉及一种硅质高强多孔水泥基吸波材料及其制备方法。
背景技术
随着电子技术的迅猛发展，越来越多的电子设备得到了广泛应用，人们在享受现代科学技术带来的文明和社会进步的同时，也面临着电磁污染带来的许多危害。电磁波被人体吸收后，会使机体组织发生生物化学或物理化学作用，引起正常生理机能的破坏，会对人体造血系统、生殖系统、免疫系统、心血管系统、视觉系统造成多种负面影响。此外电磁污染还会引起各种设备灵敏度下降，甚至出现严重故障或事故。因此，为了改善电磁环境，对建筑物采取必要的电磁防护措施显得极其重要。
水泥是建筑工程中广泛使用的建筑材料，其自身具有一定的吸波性能，这主要是由于水泥中的金属氧化物及一些矿物材料产生介电损耗和磁损耗，从而对电磁波起到衰减作用。此外，电磁波在水泥内部的孔中发生反射、散射或者干涉等情况也是导致电磁波能量的衰减的重要原因。粉煤灰和矿渣是两种常用的矿物掺合料，掺入水泥后不仅可以降低成本，还能起到吸收电磁波的作用。但是水泥基体的结构致密，介电常数较高，透波性能较差，使得入射电磁波在材料表面被大量反射回去。因此需要改善水泥基体的阻抗匹配性能，只有在水泥基体的阻抗匹配特性明显改善的情况下电磁波才能够进入到材料内部从而得到损耗。而采用掺入低介电常数的石英砂、纤维、硅灰以及引入气孔等方法可以改善水泥基体的阻抗匹配，并且纤维和硅灰的加入还有利于提高材料的强度。
发明内容
本发明的目的是为了解决水泥基吸波材料成本高、制备复杂等方面的问题，提供了一种硅质高强多孔水泥基吸波材料及其制备方法。
本发明是通过以下措施来实现的：
本发明公开了一种硅质高强多孔水泥基吸波材料，它由干粉料、骨料和外掺料制备而成，所述干粉料由普通硅酸盐水泥、粉煤灰、矿渣和硅灰组成，它们的重量比为300-375:50-200:50-200:25-100；所述骨料为石英砂，所述外掺料为高效减水剂、引气剂、纤维和水；干粉料与骨料、高效减水剂、引气剂、玻璃纤维、水的重量比为100:270:0.4:0.005-0.02:0.5-2:50。
上述本发明的硅质高强多孔水泥基吸波材料，优选的：所述普通硅酸盐水泥、粉煤灰、矿渣和硅灰的重量比为300-375:100-150: 100-150:40-80；所述的干粉料与骨料、高效减水剂、引气剂、玻璃纤维、水的重量比为100:270:0.4:0.01-0.02:1-2:50。更优选的：所述的引气剂为脂肪醇醚引气剂，制成吸波材料后的孔隙率为12-25%，平均孔径为20-50nm，最可几孔径为15-20 nm 。
上述本发明的硅质高强多孔水泥基吸波材料，所述的纤维为聚丙烯纤维或玻璃纤维，长度为10-20mm。
上述本发明的硅质高强多孔水泥基吸波材料，所述的硅灰为平均粒径0.4μm，比表面积22000m2/Kg，SiO2质量分数为95.5%。
上述本发明的硅质高强多孔水泥基吸波材料，所述的高效减水剂为聚羧酸高效减水剂，所述的普通硅酸盐水泥的强度等级为32.5MPa、42.5Mpa或52.5MPa，所述的粉煤灰为Ⅰ级或Ⅱ级粉煤灰，所述的矿渣为S75、S95或S105级矿渣，所述的石英砂中SiO2含量大于96%。
本发明还公开了上述硅质高强多孔水泥基吸波材料的制备方法，采用如下步骤：
1) 将所需用量的高效减水剂和引气剂加入水中，搅拌均匀，得混合液，
2) 将所需用量的普通硅酸盐水泥、粉煤灰、矿渣、纤维混合搅拌均匀，得混合干料，
3) 将步骤2)所得的混合干料加入到步骤1)所得混合液中，开始搅拌，混合均匀后，将所需用量的石英砂加入浆体中，混合均匀，得混合料，
4) 将步骤3)所得的混合料倒入180mm×180mm×10mm钢模中，振动成型，
5) 成型1d 后拆模，在温度为20±2℃，相对湿度大于95%的条件下进行养护，养护时间为28 天
本发明的有益效果是：
1) 粉煤灰与矿渣属于工业副产品，价格低廉，实现了工业废弃物的资源化再利用，节能、环保。
2) 通过掺入低介电常数的石英砂、纤维、硅灰以及引入气孔等方法改善水泥基体的阻抗匹配，达到降低反射率、增强吸收电磁波的目的，在6-18GHz 频率范围内，其反射率均小于-5dB 的有效带宽大于8.5GHz，最小反射率达-28.73dB。
3) 通过引入硅灰和纤维可以改善水泥基材料的力学性能，而高效减水剂和引气剂则可以改善水泥基材料的工作性能。
附图说明
图1 实施例1 试样的反射率测试图；
图2 实施例2 试样的反射率测试图；
图3 实施例3 试样的反射率测试图；
图4 实施例4 试样的反射率测试图；
图5为硅灰的粒径分布图。其中的纵坐标为反射率，横坐标为电磁波频率。
具体实施方式
以下结合具体实施方案详细说明本发明的制备方法：
实施例1
一种硅质高强多孔水泥基吸波材料的制备方法包括如下步骤：
1) 按各原料的配比为：普通硅酸盐水泥与粉煤灰、矿渣、硅灰的重量比为375:50:50:25，干粉料与骨料、高效减水剂、引气剂、纤维、水的重量比为100:270:0.4:0.005:1:50，选取普通硅酸盐水泥、粉煤灰、矿渣、硅灰、石英砂、高效减水剂、引气剂、玻璃纤维和水，备用。
2) 将所需用量的高效减水剂和引气剂加入水中，搅拌均匀。
3) 将所需用量的水泥、粉煤灰、矿渣、纤维混合搅拌均匀。
4) 将步骤3)所得混合干料加入到步骤2)所得混合液中，开始搅拌。
5) 搅拌30s后，将所需用量的石英砂加入到步骤4)所得的浆体中，混合均匀；
6) 将所得的混合料倒入180mm×180mm×10mm钢模中，振动成型；
7) 成型1d 后拆模，在温度为20±2℃，相对湿度大于95%的条件下进行养护；
8) 养护时间为28 天。
对本实施例制得的一种硅质高强多孔水泥基吸波材料进行力学性能和吸波性能测试，结果如表1和图1。
实施例2
一种硅质高强多孔水泥基吸波材料的制备方法包括如下步骤：
1) 按各原料的配比为：普通硅酸盐水泥与粉煤灰、矿渣、硅灰的重量比为350:50:50:50，干粉料与骨料、高效减水剂、引气剂、纤维、水的重量比为100:270:0.4:0.008:1:50，选取普通硅酸盐水泥、粉煤灰、矿渣、硅灰、石英砂、高效减水剂、引气剂、纤维和水，备用。
2) 将所需用量的高效减水剂和引气剂加入水中，搅拌均匀。
3) 将所需用量的水泥、粉煤灰、矿渣、纤维混合搅拌均匀。
4) 将步骤3)所得混合干料加入到步骤2)所得混合液中，开始搅拌。
5) 搅拌30s后，将所需用量的石英砂加入到步骤4)所得的浆体中，混合均匀；
6) 将所得的混合料倒入180mm×180mm×10mm钢模中，振动成型；
7) 成型1d 后拆模，在温度为20±2℃，相对湿度大于95%的条件下进行养护；
8) 养护时间为28 天。
对本实施例制得的一种硅质高强多孔水泥基吸波材料进行力学性能和吸波性能测试，结果如表1和图2。
实施例3
一种硅质高强多孔水泥基吸波材料的制备方法包括如下步骤：
1) 按各原料的配比为：普通硅酸盐水泥与粉煤灰、矿渣、硅灰的重量比为325:50:50:75，干粉料与骨料、高效减水剂、引气剂、纤维、水的重量比为100:270:0.4:0.01:1:50，选取普通硅酸盐水泥、粉煤灰、矿渣、硅灰、石英砂、高效减水剂、引气剂、纤维和水，备用。
2) 将所需用量的高效减水剂和引气剂加入水中，搅拌均匀。
3) 将所需用量的水泥、粉煤灰、矿渣、纤维混合搅拌均匀。
4) 将步骤3)所得混合干料加入到步骤2)所得混合液中，开始搅拌。
5) 搅拌30s后，将所需用量的石英砂加入到步骤4)所得的浆体中，混合均匀；
6) 将所得的混合料倒入180mm×180mm×10mm钢模中，振动成型；
7) 成型1d 后拆模，在温度为20±2℃，相对湿度大于95%的条件下进行养护；
8) 养护时间为28 天。
对本实施例制得的一种硅质高强多孔水泥基吸波材料进行力学性能和吸波性能测试，结果如表1和图3。
实施例4
一种硅质高强多孔水泥基吸波材料的制备方法包括如下步骤：
1) 按各原料的配比为：普通硅酸盐水泥与粉煤灰、矿渣、硅灰的重量比为300:50:50:100，干粉料与骨料、高效减水剂、引气剂、纤维、水的重量比为100:270:0.4:0.02:1:50，选取普通硅酸盐水泥、粉煤灰、矿渣、硅灰、石英砂、高效减水剂、引气剂、纤维和水，备用。
2) 将所需用量的高效减水剂和引气剂加入水中，搅拌均匀。
3) 将所需用量的水泥、粉煤灰、矿渣、纤维混合搅拌均匀。
4) 将步骤3)所得混合干料加入到步骤2)所得混合液中，开始搅拌。
5) 搅拌30s后，将所需用量的石英砂加入到步骤4)所得的浆体中，混合均匀；
6) 将所得的混合料倒入180mm×180mm×10mm钢模中，振动成型；
7) 成型1d 后拆模，在温度为20±2℃，相对湿度大于95%的条件下进行养护；
8) 养护时间为28 天。
对本实施例制得的一种硅质高强多孔水泥基吸波材料进行力学性能和吸波性能测试，结果如表1和图4。
以上所述仅为本发明的实施例，并不用于限制本发明，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。
上述实用例中所用的硅灰为埃肯公司生产，平均粒径0.4μm，比表面积22000m2/Kg，SiO2质量分数为95.5%，硅灰的粒径分布见图5。
所用的引气剂为三贴皂苷。
其中水泥，粉煤灰和硅灰的成份配比见表3。
Claims (4)
1.一种硅质高强多孔水泥基吸波材料，其特征在于它由干粉料、骨料和外掺料制备而成，所述干粉料由普通硅酸盐水泥、粉煤灰、矿渣和硅灰组成，它们的重量比为300-375:50-200:50-200:25-100；所述骨料为石英砂，所述外掺料为高效减水剂、引气剂、纤维和水；干粉料与骨料、高效减水剂、引气剂、纤维、水的重量比为100:270:0.4:0.005-0.02:0.5-2:50；所述的引气剂为脂肪醇醚引气剂，制成吸波材料后的孔隙率为12-25%，平均孔径为20-50nm，最可几孔径为15-20 nm；所述的纤维为聚丙烯纤维或玻璃纤维，长度为10-20mm。
2.根据权利要求1所述的硅质高强多孔水泥基吸波材料，其特征在于：所述普通硅酸盐水泥、粉煤灰、矿渣和硅灰的重量比为300-375:100-150: 100-150:40-80；所述的干粉料与骨料、高效减水剂、引气剂、玻璃纤维、水的重量比为100:270:0.4:0.01-0.02:1-2:50。
3.根据权利要求1所述的硅质高强多孔水泥基吸波材料，其特征在于：所述的硅灰为平均粒径0.4μm，比表面积22000m2/Kg，SiO2质量分数为95.5%。
4.根据权利要求1所述的硅质高强多孔水泥基吸波材料，其特征在于：所述的高效减水剂为聚羧酸高效减水剂，所述的普通硅酸盐水泥的强度等级为32.5MPa、42.5MPa或52.5MPa，所述的粉煤灰为Ⅰ级或Ⅱ级粉煤灰，所述的矿渣为S75、S95或S105级矿渣，所述的石英砂中SiO2含量大于96%。
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