具有高阻尼性能的水泥材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有高阻尼性能的水泥材料及其制备方法。材料为水泥与添加物间的重量比为1∶0.1～0.8，添加物为具有La3-XAXLi5+δTa2-YBYO12化学式组成的钽酸镧锂基陶瓷颗粒，化学式中的A为镧位掺杂物，x为0～1.25，B为钽位掺杂物，y为0～1.25，钽酸镧锂基陶瓷颗粒的粒径为1～1.5μm；方法为先按照La3-XAXLi5+δTa2-YBYO12的成分比，称取相应量的镧、锂、钽、镧位掺杂物和/或钽位掺杂物的氧化物或碳酸盐，将其球磨并风干后置于650～750℃下预烧，得中间产物，接着，先将中间产物球磨并风干，再将其置于900～1050℃下烧结，得钽酸镧锂基陶瓷颗粒，随后，将其与水泥按照所需的重量比例混合均匀，制得具有高阻尼性能的水泥材料。它与纯水泥相比，其在强度提高的同时，阻尼性能提高了约三倍。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种水泥材料及制备方法，尤其是一种。
技术介绍
高强、高阻尼复合材料是未来建筑材料发展的一个重要方向，水泥基材料是其中使用最广、用量最大的建筑材料之一。水泥是水硬性胶凝材料，它在各种建筑工程中都有着极广的应用，如水利、房屋、道桥、海洋开发等，常用来制备混凝土、砂浆及水泥混凝土制品。 而高阻尼水泥材料可以消耗传入其内部的振动能量，减轻台风、地震、风振、爆炸冲击等所引起的振动损伤，显著提高建筑物的抗地质灾害能力。为此，人们试图通过在水泥基材料中添加一些物料来提高水泥的阻尼性能，如2009年《混凝土》杂志第6期(总第236期)第 7 9页报道了题为“水泥基阻尼材料的研究进展”的文章。该文公开了普通水泥基材料 (主要由水泥、粗骨料、细骨料、水、外加剂五部分组成)、橡胶颗粒及橡胶粉、乳液、纤维、界面改性对水泥基材料阻尼性能的影响。由该文章可知，这些物料的添加虽有助于水泥基材料阻尼性能的提高，却同时是以牺牲其刚度和强度为代价的。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种在不降低其强度的同时还具有高阻尼性能的水泥材料。本专利技术要解决的另一个技术问题为提供一种具有高阻尼性能的水泥材料的制备方法。为解决本专利技术的技术问题，所采用的技术方案为具有高阻尼性能的水泥材料由水泥和添加物组成，特别是，所述水泥与所述添加物间的重量比为1 0. 1 0. 8 ；所述添加物为具有La3_xAxLi5+sTa2_YBY012化学式组成的钽酸镧锂基陶瓷颗粒，化学式中的A为镧位掺杂物，其为钡(Ba)或钙(Ca)或钾(K)或稀土元素，χ为0 1. 25，B为钽位掺杂物，其为铟(In)或钒(V)或铋(Bi)或铌(Nb)或钨(W)或碲(Te)，y为0 1. 25 ；所述钽酸镧锂基陶瓷颗粒的粒径为1 1. 5 μ m。作为具有高阻尼性能的水泥材料的进一步改进，所述的稀土元素为镨，或钕，或 乙，或铺，或衫，或为解决本专利技术的另一个技术问题，所采用的另一个技术方案为具有高阻尼性能的水泥材料的制备方法包括固相反应法，特别是完成步骤如下步骤1，先按照La3_xAxLi5+sTa2_YBY012的成分比，称取相应量的镧、锂、钽、镧位掺杂物和/或钽位掺杂物的氧化物或碳酸盐，将其球磨至少12h后风干，得到粉末状混合物，再将粉末状混合物置于650 750°C下预烧至少6h，得到中间产物；步骤2，待中间产物自然冷却后，先将其球磨至少12h后风干，得到粉末状中间产物，再将粉末状中间产物置于900 1050°C下烧结至少12h，得到钽酸镧锂基陶瓷颗粒；步骤3，将钽酸镧锂基陶瓷颗粒与水泥按照所需的重量比例混合均勻，制得具有高阻尼性能的水泥材料。作为具有高阻尼性能的水泥材料的制备方法的进一步改进，所述的稀土元素为镨，或钕，或钇，或铈，或钐，或钆；所述的将粉末状混合物升温至650 750°C时的升温速率为1 10°C /min ；所述的水泥为普通硅酸盐水泥，或硅酸盐水泥，或矿渣硅酸盐水泥，或火山灰硅酸盐水泥，或粉煤灰硅酸盐水泥。相对于现有技术的有益效果是，其一，对得到的添加物——钽酸镧锂基陶瓷颗粒分别使用扫描电镜和X射线衍射仪进行表征，由其结果可知，钽酸镧锂基陶瓷颗粒的粒径为1 1. 5μπι，其由化学式为La3_xAxLi5+sTa2_YBY012的物质构成，化学式中的A为镧位掺杂物，其为钡或钙或钾或稀土元素，χ为0 1. 25，B为钽位掺杂物，其为铟或钒或铋或铌或钨或碲，y为0 1. 25 ；其中的稀土元素为镨，或钕，或钇，或铈，或钐，或钆；其二，对制得的产物使用X射线衍射仪进行表征，由其结果可知，水泥与钽酸镧锂基陶瓷颗粒间没有发生任何化学反应，即钽酸镧锂基陶瓷颗粒的加入不会对水泥自身的性能产生任何影响；其三，分别对纯水泥和产物使用倒扭摆内耗仪和电子万能试验机进行表征，由其结果可知，产物的内耗峰值处的阻尼约为纯水泥的三倍。产物的抗压强度和抗弯强度与纯水泥相比，均有不同程度的提高，其中的抗压强度的提高幅度较大。测试时的条件为，分别将纯水泥和产物制作成相同尺寸的用于测试抗压强度的柱状测试样品及用于测试抗弯强度和阻尼性能的条状测试样品；其中，产物测试样品的制作为先按照水泥与钽酸镧锂基陶瓷颗粒间的重量比为1 0.1 0.8的比例称量后混合均勻，再按照水灰比为0.3 0.6调配浆料，随后，将浆料分别注入柱状和条状模具中，使其在10 600MPa的压强下保压30 1440min后，脱模得到柱状和条状的产物测试样品。纯水泥测试样品的制作为直接将水泥按照水灰比为0. 3 0. 6调配浆料，其余步骤与产物测试样品的制作完全一样。不论是产物测试样品，还是纯水泥测试样品，均为将脱模后的测试样品置于水中养护至28天后，才进行相应的测试；其四， 制备方法简便易行，适于工业化生产。作为有益效果的进一步体现，一是稀土元素优选为镨，或钕，或钇，或铈，或钐，或钆，水泥优选为普通硅酸盐水泥，或硅酸盐水泥，或矿渣硅酸盐水泥，或火山灰硅酸盐水泥， 或粉煤灰硅酸盐水泥，除使稀土元素和水泥均有较大选择的余地之外，也使制备工艺更易实施且灵活；二是将粉末状混合物升温至650 750°C时的升温速率优选为1 10°C /min, 利于确保钽酸镧锂基陶瓷颗粒的品质和质量的稳定。附图说明下面结合附图对本专利技术的优选方式作进一步详细的描述。图1是分别对纯水泥、产物和钽酸镧锂基陶瓷颗粒使用X射线衍射(XRD)仪进行表征的结果之一 ；XRD谱图中的曲线a为纯水泥的谱线，曲线b为产物中的水泥与钽酸镧锂基陶瓷颗粒间的重量比为1 0.4时的谱线，曲线c为钽酸镧锂基陶瓷颗粒的谱线。由XRD 谱图可看出，水泥和加入的钽酸镧锂基陶瓷颗粒间没有发生化学反应。图2是分别将纯水泥和产物制作成相同尺寸的条状测试样品后，再将其置于计算机自动控制的倒扭摆内耗仪上使用强迫振动的方式进行测量的结果之一。图中的曲线a为纯水泥测试样品的阻尼曲线，曲线b、曲线c和曲线d为产物测试样品的阻尼曲线；其中，测试时的振动频率为1Hz，钽酸镧锂基陶瓷颗粒由化学式为La3Li5Ta2O12的物质构成，具有曲线b特性的产物中的水泥与钽酸镧锂基陶瓷颗粒间的重量比为1 0.12，具有曲线c特性的产物中的水泥与钽酸镧锂基陶瓷颗粒间的重量比为1 0.4，具有曲线d特性的产物中的水泥与钽酸镧锂基陶瓷颗粒间的重量比为1 0.65。由图2中的曲线可看出，纯水泥的室温阻尼(内耗)只有0. 005左右，而且随温度单调增加；产物在室温附近阻尼有很明显的提高，出现了内耗峰，其峰值处的阻尼高达0. 015，为纯水泥的三倍左右。图3是将产物的条状测试样品置于计算机自动控制的倒扭摆内耗仪上使用强迫振动的方式进行测量的结果之一。图中的曲线a为测试时的振动频率为1Hz，曲线b为测试时的振动频率为2Hz，曲线c为测试时的振动频率为4Hz ；其中，产物中的水泥与钽酸镧锂基陶瓷颗粒间的重量比为1 0.65，钽酸镧锂基陶瓷颗粒由化学式为La3Li5Ta2O12W物质构成。由图3中的曲线可看出，在近室温处有明显的内耗峰出现，如振动频率为IHz时，峰高在0.015以上；内耗峰的位置随着振动频率的增加而移向高温，表现为弛豫特征，说明此内耗峰来源于钽酸镧锂基陶瓷本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种具有高阻尼性能的水泥材料，由水泥和添加物组成，其特征在于：所述水泥与所述添加物间的重量比为１∶０．１～０．８；所述添加物为具有Ｌａ３－ＸＡＸＬｉ５＋δＴａ２－ＹＢＹＯ１２化学式组成的钽酸镧锂基陶瓷颗粒，化学式中的Ａ为镧位掺杂物，其为钡或钙或钾或稀土元素，ｘ为０～１．２５，Ｂ为钽位掺杂物，其为铟或钒或铋或铌或钨或碲，ｙ为０～１．２５；所述钽酸镧锂基陶瓷颗粒的粒径为１～１．５μｍ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：阚志鹏，王先平，方前锋，王伟国，高云霞，胡菁，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：34