一种水泥基吸波结构及其制备方法技术

本发明专利技术属于功能建筑材料领域，具体涉及一种水泥基吸波结构及其制备方法。本发明专利技术在水泥砂浆中掺入EPP，通过调控高分子粘结剂的量和使用振动的方式，基于单层凝结法制得具有凹凸表面的双层水泥基吸波结构，具有吸收频带宽、高效吸收、容易制备、成本低、机械性能良好等优点，其中，EPP总填充率为30％的试样在2～18GHz频段内低于

【技术实现步骤摘要】
一种水泥基吸波结构及其制备方法


[0001]本专利技术属于功能建筑材料领域，具体涉及一种水泥基吸波结构及其制备方法，该水泥基吸波结构具有宽频、高效和高强度的优异性能。

技术介绍

[0002]水泥是工程建筑领域最主要的建筑材料，也是建筑吸波材料的主要基材，且具有优异的力学性能、简单的制备工艺以及一定的吸波性能。但是水泥材料由于自身的阻抗匹配性较差，因此存在着带宽窄、吸波性能差的缺点。
[0003]国内外均通过对水泥进行掺杂改性和结构设计来改善阻抗匹配特性以提高水泥基材料的吸波性能。尽管水泥基吸波材料的力学强度已大幅提升，但仍不足以作为建筑结构材料使用，因此常作为建筑的墙面材料、隔断材料。例如，在水泥中掺入以发泡聚苯乙烯、膨胀珍珠岩、空心玻璃微粉为代表的多孔集料，形成具有双层、多孔结构的水泥基吸波材料。
[0004]其中，掺入发泡聚苯乙烯对材料吸波性能的提升最为明显。专利CN101042005在水泥砂浆中均匀填充60vol％EPS和炭黑，采用分层凝结法制备得到含有匹配层和损耗层的双层水泥基材料，在2
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18GHz内反射率几乎均低于
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10dB。类似地，专利CN105016676A通过在水泥砂浆中分别掺入膨胀珍珠岩和吸波剂，制备得到含有阻抗匹配层和损耗层的双层水泥基材料，在8
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18GHz内小于
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14dB的带宽约为7.3GHz，但该方法成本较高，制备工艺复杂，因而难以适应建筑材料用量巨大的特点。
[0005]其次，还可将水泥砂浆倒入具有异形结构的模具中，得到含有异形表面的水泥基吸波材料。专利CN107056325A在水泥砂浆中掺入聚苯乙烯泡沫和吸波剂，并将制的混合浆料倒入特殊的模具，得到具有异形结构(包括三角形、正弦曲线形、半圆形、直角凹槽)的水泥基吸波材料，经测试，在1.7
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18GHz内反射率小于
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10dB的有效带宽可达14GHz，但该方法形成的表面异形结构易被破坏，材料力学性能较差，且需要特殊的模具，制备流程繁琐，因此在实际工程中难以应用。
[0006]综上所述，目前关于水泥基吸波材料的制备方法普遍存在着制备流程复杂、力学性能较差、成本较高等缺点。据此，一种宽频带、低成本、高强度的水泥基吸波结构亟需得到开发。

技术实现思路

[0007]针对上述存在问题或不足，为改良现有水泥基吸波材料的制备技术，本专利技术提供了一种水泥基吸波结构及其制备方法，水泥基吸波结构具有吸收频带宽、吸收效率高和机械强度高的优点，制备方法简单、成本低。
[0008]一种水泥基吸波结构，为凹凸表面的双层结构，上层为以聚丙烯泡沫为主要填充物质的匹配层，下层为以水泥为主要填充物质的水泥层；匹配层厚度占材料总厚度的10～30％；采用单层凝结法，按质量份数计由以下原料制备：10～30份硅烷偶联剂、1～3份聚丙
烯泡沫、10～30份固含量20～30％的聚乙烯醇溶液、350～450份水和1050～1350份复合硅酸盐水泥。本专利技术提供的水泥基吸波结构具有吸收频带宽、吸收效率高、机械强度高的优点。
[0009]进一步的，所述聚丙烯泡沫粒径为3
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5mm。当粒径小于3mm时，吸收带宽将变窄，吸波性能发生恶化；而当粒径大于5mm时，将面临材料成型困难的问题。
[0010]上述水泥基吸波结构的制备方法，具体步骤如下：
[0011]步骤1、按质量份数计，将10～30份的硅烷偶联剂加入至1～3份的聚丙烯泡沫(粒径3～5mm)，于室温搅拌至聚丙烯泡沫被硅烷偶联剂充分润湿，然后向其中再添加10～30份固含量20～30％的聚乙烯醇溶液，在室温下混匀后，得A组分。
[0012]步骤2、按质量份数计，将350～450份的水加入至1050～1350份的复合硅酸盐水泥，然后搅拌均匀，得B组分。
[0013]步骤3、将步骤1所备A组分加入步骤2所备B组分，混匀后得水泥吸波基料，步骤1和步骤2中每一质量份的质量一致。
[0014]步骤4、将步骤3制得的水泥吸波基料倒入模具，然后对水泥吸波基料用振动的方式直至表层60％～80％聚丙烯泡沫颗粒的二分之一上浮于水泥表面。其中，振动时长过短会使得整体水泥吸波基料中的聚丙烯泡沫EPP分层不明显从而影响吸波性能，振动时长过长则会导致上层水泥完全沉降至下层从而影响材料成形恶化整体结构的力学性能。
[0015]步骤5、将步骤4振动完成的水泥吸波基料常温脱模，并养护完成，即得具有凹凸表面的双层结构的水泥基吸波结构。
[0016]养护时间持续21d
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28d，养护方式为洒水自然养护，期间需保持水泥基湿润；养护期间，还应尽量减少材料表面的暴露时间，及时对材料暴露面进行紧密覆盖(可采用篷布、塑料布等进行覆盖)，防止表面水分蒸发。
[0017]进一步的，所述养护后的宽频、高效、高强度水泥基吸波结构，对其表面进行抛光，以避免人体直接接触发生的割刺伤害，并提高水泥基吸波结构的美观程度，且不影响吸波性能。
[0018]本专利技术采取基于振动和高分子粘接剂的单层制备法，所制得的凹凸表面双层水泥基吸波结构在类似吸波性能下，机械性能优于现有采用分层凝结法所制备的双层水泥基吸波材料。本专利技术制备的水泥基吸波结构中，以聚丙烯泡沫为主要填充物质的为匹配层，以水泥为主要填充物质的为水泥层；基于聚丙烯泡沫EPP密度小、与水泥砂浆亲和力差的特点，通过控制EPP掺入量、聚乙烯醇溶液掺入量和振动时长，来调控匹配层中EPP的体积分数和匹配层的厚度，并形成吸波结构的凹凸表面和双层结构。
[0019]其中，吸波性能提升的原因是：该制备法得到的匹配层中EPP多孔介质的体积分数显著高于分层凝结法，从而减弱了因阻抗匹配失衡引起的反射损耗，有利于电磁波能较大限度地进入材料内部；同时其中的多孔结构可引起电磁波的散射和折射，继而减少法向反射率。其次，表层还形成了凹凸表面，更利于电磁波的入射、散射和折射，继而减少法向反射率。
[0020]水泥层则主要负责提供力学性能，尽管材料的强度仍不足以作为建筑的结构材料，但可作为建筑的墙面材料、隔断材料。力学性能提升的原因是：匹配层厚度占材料总厚度的10～30％，该厚度下的匹配层对力学性能的恶化相对较小；并且由于本专利技术采取的是
单层凝结法，因此匹配层和水泥层的层间结合力较强。
[0021]综上所述，本专利技术提出在水泥砂浆中掺入力学性能和环境稳定性较好的聚丙烯泡沫(EPP)，通过调控高分子粘结剂的量和使用振动的方式，基于单层凝结法制得具有凹凸表面的双层水泥基吸波结构。基于水泥本身的电磁损耗特性和改性后良好的阻抗匹配特性，该复合材料具有吸收频带宽、高效吸收、容易制备、成本低、机械性能良好等优点，其中，EPP总填充率为30％的试样在2～18GHz频段内低于
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10dB的带宽为13.96GHz，平均反射率为
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14.08dB，抗折强度和抗压强度分别为4.5MPa和29.9MPa，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水泥基吸波结构，其特征在于：为凹凸表面的双层结构，上层为以聚丙烯泡沫为主要填充物质的匹配层，下层为以水泥为主要填充物质的水泥层；匹配层厚度占材料总厚度的10～30％；采用单层凝结法，按质量份数计由以下原料制备：10～30份硅烷偶联剂、1～3份聚丙烯泡沫、10～30份固含量20～30％的聚乙烯醇溶液、350～450份水和1050～1350份复合硅酸盐水泥。2.如权利要求1所述水泥基吸波结构，其特征在于：所述聚丙烯泡沫粒径为3～5mm。3.如权利要求1所述水泥基吸波结构的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1、按质量份数计，将10～30份硅烷偶联剂加入至1～3份粒径3～5mm的聚丙烯泡沫，于室温搅拌至聚丙烯泡沫被硅烷偶联...

【专利技术属性】
技术研发人员：张林博，邓洲，侯明慧，杜钰，尹良君，高浩宇，张翰轩，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：