CN108793965B - 基于铁氧体吸波复合材料人造轻骨料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于铁氧体吸波复合材料人造轻骨料极其制备方法，原料包括：粉煤灰、吸波剂和添加剂，各原料的重量份数为：粒径为20‑100μm的粉煤灰1000份；吸波剂200‑350份；添加剂100‑300份，所述吸波剂为平均粒径为0.4‑100μm的铁氧粉体，所述添加剂为硅藻土、凹凸棒土、高岭土、膨润土和蛭石中的一种或一种以上。本发明旨在对建筑混凝土重要的组成部分骨料产品的吸收电磁波辐射性能进行改进，填补骨料在吸波性能的空白。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体地涉及基于铁氧体吸波复合材料人造轻骨料及其制备方法。
背景技术
随着电子信息科技的快速发展，电子、通讯、计算机与电气设备等进入家庭，导致城市空间人为电磁能量逐年增长，而广播电视台、无线通讯发射站、各类天线、电网、城市交通运输、个人无线通讯手段以及家用电器等，把人们带进一个充满电磁辐射的环境中，电磁辐射污染已经成为一种人类无法感知却存在巨大潜在危害的新型污染。因此，具有吸收电磁波功能的建筑材料越来越受人们的重视。
吸波材料是指能吸收、衰减入射的电磁波，并将其电磁能转换成热能或其他形式的能量而损耗，或使电磁波因干涉而消失的一类材料。铁氧体是一种双复介质材料，对电磁波的损耗作用一方面来自于介电损耗中的极化效应，另一方面来自于磁损耗中的自然共振损耗。铁氧体吸波材料性能最佳，它具有吸收频段高、吸收率高、匹配厚度薄等特点。将这种材料应用于电子设备中可吸收泄露的电磁辐射，能达到消除电磁干扰的目的。根据电磁波在介质中从低磁导向高磁导方向传播的规律，利用高磁导率铁氧体引导电磁波，通过共振，大量吸收电磁波的辐射能量，再通过耦合把电磁波的能量转变成热能。
目前用于吸波建筑材料是通过基体材料与吸波剂直接混合的方法，使基体材料具备电磁波损耗能力，众多研究集中在将吸波剂填充在水泥、石膏等胶凝材料中，进行电磁屏蔽及电磁波吸收。对于这类吸波剂填充型吸波建材，虽然该方法具有制备方便、工艺简单的优点，但是在混凝土结构中，水泥胶凝材料在混凝土材料中占比约30％左右，其他大部分填料以粗骨料、细骨料为主，由此可以看出，仅仅依靠在水泥中添加吸波剂很难获得理想的吸波性能，在水泥中添加吸波剂势必会增加建筑物宏观结构的厚度，在建造成本大幅增加的同时也难以实现吸波材料“轻质、薄层”的特性要求。
本发明保证轻骨料在物理力学性能不变的前提下，将铁氧体吸波材料复合在以硅、铝元素为主的传统建筑材料中，同时保证铁氧体吸波材料的吸波性能，经高温烧结形成具有吸波性能的铁氧体吸波复合材料轻骨料，
铁氧体吸波复合材料轻骨料是以粉煤灰、粘土、页岩等为主要原料，通过化学反应活化激发，将粉煤灰、粘土、页岩硅铝网络结构与铁氧体吸波材料复合形成铁复合氧体吸波轻骨料，使其不仅具有粉煤灰陶粒、页岩陶粒、粘土陶粒和膨胀珍珠岩轻骨料的轻质、高强的物理力学性能，而且兼具在较宽频带内对电磁波具有高的吸收率。
发明内容
针对电磁辐射污染已经成为一种人类无法感知却存在巨大潜在危害的新型污染，本发明提供一种基于铁氧体吸波复合材料人造轻骨料；
本发明旨在对建筑混凝土重要的组成部分骨料产品的吸收电磁波辐射性能进行改进，填补骨料在吸波性能的空白。
为实现本发明的目的，本发明提供了以下技术方案：
基于铁氧体吸波复合材料人造轻骨料，原料包括：粉煤灰、吸波剂和添加剂，各原料的重量份数为：粉煤灰1000份；吸波剂200-350份；添加剂100-300份，所述吸波剂为平均粒径为0.4-100μm的铁氧粉体，所述添加剂为硅藻土、凹凸棒土、高岭土、膨润土和蛭石中的一种或一种以上。粉煤灰为燃煤电厂一级灰或二级灰，粉煤灰粒径为20-100μm，或经过200目筛分。
优选地，所述吸波剂为锰锌铁氧体粉体、钡铁氧体粉体、镍锌铁氧体及掺杂改性的锰锌铁氧体粉体、钡铁氧体粉体、镍锌铁氧体中的一种或以上。
优选地，锰锌铁氧体粉体的化学式为ZnxMn1-xFe2O4，x＝0.2-1；钡铁氧体粉体的化学式为ZnxBa1-xFe2O4，x＝0.2-1；镍锌铁氧体的化学式为ZnxNi1-xFe2O4，x＝0.2-1。
优选地，原料还包括1-150份的辅助添加剂，辅助添加剂为碱水玻璃。
优选地，所述的碱水玻璃为氢氧化钠碱水玻璃、氢氧化钾水玻璃、碳酸钠水玻璃或碳酸钾水玻璃中的一种或一种以上。
一种基于铁氧体吸波复合材料人造轻骨料的制备方法：步骤包括：1)将原料、吸波剂及添加剂按照重量份数以粉煤灰1000份、铁氧体吸波剂200-350份、添加剂100-300份称料，然后在高速搅拌机进行混料，混料时长为15-30min；2)辅助添加剂碱水玻璃溶液配制，将碱：水玻璃＝1:1-1:5按照重量份数称量，搅拌均匀，搅拌时间为10-30min；3)将混合均匀的粉料通过盘式造粒机造粒，将粉料滚成5-25mm的料球生坯，料球生坯含水量为15～25％；4)将步骤3)制备的料球生坯养护；5)将养护后的料球生坯，在高温炉或回转窑中以升温速率为1-10℃/min升至1000-1150℃高温烧结2-5h，烧结冷却结束后，得到基于铁氧体吸波复合材料人造轻骨料。
优选地，步骤4)中料球生坯养护为：料球生坯在温度40-100℃、湿度≥90％的环境下养护2-24h。
优选地，步骤4)中料球生坯养护为：料球生坯在烘箱中温度100-150℃养护2-24h。
本发明的优点在于：
本发明提供了一种基于铁氧体吸波复合材料人造轻骨料及其制备方法，铁氧体吸波材料复合轻骨料不仅满足高性能轻骨料轻质、高强、耐温、耐湿、耐腐蚀等性能外，而且兼具铁氧体吸波材料在较宽频带内对电磁波具有高的吸收率，可广泛用于防电磁污染的环保型建筑领域，以尽量减轻电磁辐射对人们所造成的危害。
具体实施方式
为了更详细地说明本发明，给出下述制备实例。但本发明的范围并不局限于此。
下表为实施例的配方：
实施例1：
固体原料：粉煤灰1000g、吸波剂200g、膨润土100g；
液体辅助添加剂：氢氧化钠20g，水玻璃80g，水250g，氢氧化钠加入水玻璃中，进行溶解，搅拌均匀，待温度降到室温，为碱激发剂；
首先按上述比例称量固体原料，在高速搅拌机中搅拌15-30min，然后将混合均匀的粉体原料置入盘式造粒机中，经旋转圆盘造粒，转速30-40r/min，在造粒过程中加入液体辅助添加剂，喷雾造粒成球型粒径为5-15mm，然后在温度为70℃、湿度≥90％下养护24小时，在120℃干燥2h，得到生坯的料球；
然后将生坯料球放入高温炉或回转窑中以升温速率为2℃/min至1100℃烧结2h后，经自然降温得到铁氧体吸波复合材料轻骨料。
实施例2：
固体原料：粉煤灰1000g、吸波剂250g、膨润土100g；
液体辅助添加剂：称取碳酸钠10g，水玻璃40g，水250g，将碳酸钠加入水玻璃中，进行溶解，搅拌均匀，待温度降到室温，为碱激发剂；
首先按上述比例称量固体原料，在高速搅拌机中搅拌15-30min，然后将混合均匀的粉体原料置入盘式造粒机中，经旋转圆盘造粒，转速30-40r/min，在造粒过程中加入液体辅助添加剂，喷雾造粒成球型粒径为5-15mm，然后在温度为70℃、湿度≥90％下养护24小时，在150℃干燥2h，得到生坯的料球；
将生坯料球放入高温炉或回转窑中以升温速率为2℃/min至600℃保温2h，然后以4℃/min升温速率升至1120℃烧结3h后，经自然降温得到铁氧体吸波复合材料轻骨料。
实施例3：
固体原料：粉煤灰1000g、吸波剂300g、膨润土100g、
液体辅助添加剂：称取氢氧化钾20g，水玻璃80g，水250g，氢氧化钾加入水玻璃中，进行溶解，搅拌均匀，待温度降到室温，为碱激发剂；
首先按上述比例称量固体原料，在高速搅拌机中搅拌15-30min，然后将混合均匀的粉体原料置入盘式造粒机中，经旋转圆盘造粒，转速30-40r/min，在造粒过程中加入液体辅助添加剂，喷雾造粒成球型粒径为5-25mm，然后在温度为70℃、湿度≥90％下养护24小时，在100℃干燥5h，得到生坯的料球；
将生坯料球放入高温炉或回转窑中以升温速率为2℃/min至1150℃烧结2h后，经自然降温得到铁氧体吸波复合材料轻骨料。
实施例4：
固体原料：粉煤灰1000g、吸波剂350g、膨润土100g、
液体辅助添加剂：称取碳酸钾10g，水玻璃40g，水250g，碳酸钾加入水玻璃中，进行溶解，搅拌均匀，待温度降到室温，为碱激发剂；
首先按上述比例称量固体原料，在高速搅拌机中搅拌15-30min，然后将混合均匀的粉体原料置入盘式造粒机中，经旋转圆盘造粒，转速30-40r/min，在造粒过程中加入液体辅助添加剂，喷雾造粒成球型粒径为5-8mm，然后在温度为70℃、湿度≥90％下养护24小时，在100℃干燥12h，得到生坯的料球；
将生坯料球放入高温炉或回转窑中以升温速率为2℃/min至600℃保温2h，然后以4℃/min升温速率升至1135℃烧结3h后，经自然降温得到铁氧体吸波复合材料轻骨料。
实施例5：
固体原料：粉煤灰1000g、吸波剂200g、高岭土100g、
液体辅助添加剂：称取氢氧化钠30g，水玻璃120g，水250g，氢氧化钠加入水玻璃中，进行溶解，搅拌均匀，待温度降到室温，为碱激发剂；
首先按上述比例称量固体原料，在高速搅拌机中搅拌15-30min，然后将混合均匀的粉体原料置入盘式造粒机中，经旋转圆盘造粒，转速30-40r/min，在造粒过程中加入液体辅助添加剂，喷雾造粒成球型粒径为5-8mm，然后在温度为70℃、湿度≥90％下养护24小时，在100℃干燥12h，得到生坯的料球；
然后将生坯料球放入高温炉或回转窑中以升温速率为3℃/min至1115℃烧结2h后，经自然降温得到铁氧体吸波复合材料轻骨料。
实施例6：
固体原料：粉煤灰1000g、吸波剂250g、高岭土100g、
液体辅助添加剂：称取碳酸钠30g，水玻璃120g，水250g，碳酸钠加入水玻璃中，进行溶解，搅拌均匀，待温度降到室温，为碱激发剂；
首先按上述比例称量固体原料，在高速搅拌机中搅拌15-30min，然后将混合均匀的粉体原料置入盘式造粒机中，经旋转圆盘造粒，转速30-40r/min，在造粒过程中加入液体辅助添加剂，喷雾造粒成球型粒径为5-8mm，然后在温度为70℃、湿度≥90％下养护24小时，在120℃干燥6h，得到生坯的料球；
将生坯料球放入高温炉或回转窑中以升温速率为2℃/min至600℃保温2h，然后以4℃/min升温速率升至1100℃烧结4h后，经自然降温得到铁氧体吸波复合材料轻骨料。
实施例7：
固体原料：粉煤灰1000g、吸波剂300g、高岭土100g、
液体辅助添加剂：称取氢氧化钾30g，水玻璃120g，水250g，氢氧化钾加入水玻璃中，进行溶解，搅拌均匀，待温度降到室温，为碱激发剂；
首先按上述比例称量固体原料，在高速搅拌机中搅拌15-30min，然后将混合均匀的粉体原料置入盘式造粒机中，经旋转圆盘造粒，转速30-40r/min，在造粒过程中加入液体辅助添加剂，喷雾造粒成球型粒径为5-8mm，然后在温度为70℃、湿度≥90％下养护24小时，在120℃干燥6h，得到生坯的料球；
然后将生坯料球放入高温炉或回转窑中以升温速率为3℃/min至1125℃烧结2h后，经自然降温得到铁氧体吸波复合材料轻骨料。
实施例8：
固体原料：粉煤灰1000g、吸波剂350g、高岭土100g、
液体辅助添加剂：称取碳酸钾15g，水玻璃60g，水250g，氢氧化钠加入水玻璃中，进行溶解，搅拌均匀，待温度降到室温，为碱激发剂；
首先按上述比例称量固体原料，在高速搅拌机中搅拌15-30min，然后将混合均匀的粉体原料置入盘式造粒机中，经旋转圆盘造粒，转速30-40r/min，在造粒过程中加入液体辅助添加剂，喷雾造粒成球型粒径为5-8mm，然后在温度为70℃、湿度≥90％下养护24小时，在120℃干燥1h，得到生坯的料球；
将生坯料球放入高温炉或回转窑中以升温速率为2℃/min至600℃保温2h，然后以4℃/min升温速率升至1100℃烧结3h后，经自然降温得到铁氧体吸波复合材料轻骨料。
实施例9：
固体原料：粉煤灰1000份、吸波剂300份、膨润土150份、硅藻土100份；
首先按上述比例称量固体原料，在高速搅拌机中搅拌15-30min，然后将混合均匀的粉体原料置入盘式造粒机中，经旋转圆盘造粒，转速30-40r/min，在造粒过程中加入水，喷雾造粒成球型粒径为5-8mm，然后在温度为100℃的烘箱中养护24小时，得到生坯的料球；
将生坯料球放入高温炉或回转窑中以升温速率为3℃/min升至1100℃烧结6h后，经自然降温得到铁氧体吸波复合材料轻骨料。
实施例10：
固体原料：粉煤灰1000份、吸波剂300份、膨润土150份、凹凸棒状土100份；
首先按上述比例称量固体原料，在高速搅拌机中搅拌15-30min，然后将混合均匀的粉体原料置入盘式造粒机中，经旋转圆盘造粒，转速30-40r/min，在造粒过程中加入水，喷雾造粒成球型粒径为5-8mm，然后在温度为100℃的烘箱中养护24小时，得到生坯的料球；
将生坯料球放入高温炉或回转窑中以升温速率为2℃/min升至1100℃烧结6h后，经自然降温得到铁氧体吸波复合材料轻骨料。
实施例11：
固体原料：粉煤灰1000g、吸波剂300g、膨润土150、蛭石100；
首先按上述比例称量固体原料，在高速搅拌机中搅拌15-30min，然后将混合均匀的粉体原料置入盘式造粒机中，经旋转圆盘造粒，转速30-40r/min，在造粒过程中加入水，喷雾造粒成球型粒径为5-15mm，然后在温度为100℃的烘箱中养护24小时，得到生坯的料球；
将生坯料球放入高温炉或回转窑中以升温速率为1℃/min升至1100℃烧结5h后，经自然降温得到铁氧体吸波复合材料轻骨料。
实施例12：
固体原料：粉煤灰1000份、吸波剂300份、膨润土150份；
液体辅助添加剂：称取氢氧化钠20g，水玻璃80g，水250g，氢氧化钠加入水玻璃中，进行溶解，搅拌均匀，待温度降到室温，为碱激发剂；
首先按上述比例称量固体原料，在高速搅拌机中搅拌15-30min，然后将混合均匀的粉体原料置入盘式造粒机中，经旋转圆盘造粒，转速30-40r/min，在造粒过程中加入液体辅助添加剂，喷雾造粒成球型粒径为5-25mm，然后在温度为70℃、湿度≥90％下养护24小时，在120℃干燥1h，得到生坯的料球；
将生坯料球放入高温炉或回转窑中以升温速率为2℃/min升至1100℃烧结4h后，经自然降温得到铁氧体吸波复合材料轻骨料。
实施例13：
固体原料：粉煤灰1000份、吸波剂300份、高岭土150份、硅藻土100份；
液体辅助添加剂：称取氢氧化钠30份，水玻璃120份，水250份，氢氧化钠加入水玻璃中，进行溶解，搅拌均匀，待温度降到室温，为碱激发剂；
首先按上述比例称量固体原料，在高速搅拌机中搅拌15-30min，然后将混合均匀的粉体原料置入盘式造粒机中，经旋转圆盘造粒，转速30-40r/min，在造粒过程中加入液体辅助添加剂，喷雾造粒成球型粒径为5-8mm，然后在温度为70℃、湿度≥90％下养护24小时，在120℃干燥6h，得到生坯的料球；
将生坯料球放入高温炉或回转窑中以升温速率为4℃/min升至1100℃烧结3h后，经自然降温得到铁氧体吸波复合材料轻骨料。
实施例14：
固体原料：粉煤灰1000份、吸波剂300份、高岭土150份、凹凸棒状土100份；
液体辅助添加剂：称取氢氧化钠30份，水玻璃120份，水250份，氢氧化钠加入水玻璃中，进行溶解，搅拌均匀，待温度降到室温，为碱激发剂；
首先按上述比例称量固体原料，在高速搅拌机中搅拌15-30min，然后将混合均匀的粉体原料置入盘式造粒机中，经旋转圆盘造粒，转速30-40r/min，在造粒过程中加入液体辅助添加剂，喷雾造粒成球型粒径为5-8mm，然后在温度为70℃、湿度≥90％下养护24小时，在120℃干燥6h，得到生坯的料球；
将生坯料球放入高温炉或回转窑中以升温速率为3℃/min升至1115℃烧结3h后，经自然降温得到铁氧体吸波复合材料轻骨料。
实施例15：
固体原料：粉煤灰1000份、吸波剂300份、高岭土150份、蛭石100份；
液体辅助添加剂：称取氢氧化钠30份，水玻璃120份，水250份，氢氧化钠加入水玻璃中，进行溶解，搅拌均匀，待温度降到室温，为碱激发剂；
首先按上述比例称量固体原料，在高速搅拌机中搅拌15-30min，然后将混合均匀的粉体原料置入盘式造粒机中，经旋转圆盘造粒，转速30-40r/min，在造粒过程中加入液体辅助添加剂，喷雾造粒成球型粒径为5-8mm，然后在温度为70℃、湿度≥90％下养护24小时，在120℃干燥1h，得到生坯的料球；
将生坯料球放入高温炉或回转窑中以升温速率为2℃/min升至1050℃烧结8h后，经自然降温得到铁氧体吸波复合材料轻骨料。
实施例16：
固体原料：粉煤灰1000份、吸波剂300份、高岭土150份、膨润土100份；
首先按上述比例称量固体原料，在高速搅拌机中搅拌15-30min，然后将混合均匀的粉体原料置入盘式造粒机中，经旋转圆盘造粒，转速30-40r/min，在造粒过程中加入水，喷雾造粒成球型粒径为5-8mm，然后在温度为100℃的烘箱中养护24小时，得到生坯的料球；
将生坯料球放入高温炉或回转窑中以升温速率为2℃/min升至1100℃烧结3h后，经自然降温得到铁氧体吸波复合材料轻骨料。
吸波性能检测：采用Agilent N5234A矢量网络分析仪测试其在2～18GHz频段范围的介电常数和磁导率。
表2.电磁波吸收性能
采用本发明制备的铁氧体吸波复合材料轻骨料制备了相同厚度的混凝土块，与普通轻骨料制备不同厚度混凝土进行吸波性能测试，平均反射率和最小反射率反映了反射波的衰减值。
表3.普通轻骨料与吸波轻骨料性能对比
测试结果由表3可以看出，对比例的吸收频带为2～18GHz，最小反射率低于-26dB，本发明吸波轻骨料的吸收频带为2～18GHz，平均反射率低于-18dB，最小反射率低于-34dB，说明本发明的铁氧体吸波复合材料轻骨料具有更广泛的吸收频带和更佳的电磁波吸收效果。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (3)
1.一种基于铁氧体吸波复合材料人造轻骨料的制备方法：步骤 包括：
1）将粉煤灰、吸波剂及添加剂按照重量份数以粉煤灰1000份、铁氧体吸波剂200-350份、 添加剂100-300份称料，然后在高速搅拌机进行混料，混料时长为5-15min；
2）辅助添加剂碱 水玻璃溶液配制，将碱：水玻璃=1:1-1：5按照重量份数称量，搅拌均匀，搅拌时间为10-30min；
3）将混合均匀的粉料通过盘式造粒机造粒，将粉料滚成5-25mm的料球生坯，料球生 坯含水量为 15～25%；
4）将步骤3）制备的料球生坯养护；
5）将养护后的料球生坯，在高温炉或回转窑中以升温速率为1-10℃/min升至1000-1150℃高温烧结2-5h，烧结冷却结束后，得到基于铁氧体吸波复合材料人造轻骨料。
2.根据权利要求1所述的基于铁氧体吸波复合材料人造轻骨料的制备方法，步骤4）中料球生坯养护为：料球生坯在温度40-100℃、湿度≥90%的环境下养护2-24h。
3.根据权利要求1所述的基于铁氧体吸波复合材料人造轻骨料的制备方法，步骤4）中料球生坯养护为：料球生坯在烘箱中温度100-150℃养护2-24h。
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