【博士】水泥基電磁防護(hù)吸波多功能復(fù)合材料的研究

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　　【博士】水泥基電磁防護(hù)吸波多功能復(fù)合材料的研究　　學(xué)科專業(yè)：施工工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：武漢理工大學(xué)　　學(xué)位年度：2010　　水泥基電磁防護(hù)吸波復(fù)合材料(CEMC)是將電磁波轉(zhuǎn)化成其它形式的能量而使電磁波耗散掉的一種建筑功能材料，它對(duì)建筑物的防護(hù)、電磁污染的凈化、電磁信息的保密和地面軍事建筑的隱身具有重要民用與軍事意義。已有CEMC存在諸多問題，既包括組合結(jié)構(gòu)、耐久性、功能性設(shè)計(jì)方面的問題，又包括頻帶窄、吸收效能低、穩(wěn)定性差、環(huán)境適應(yīng)差和質(zhì)量重、成高等材料自身的問題。嚴(yán)重制約了其在所須的建筑工程，尤其是在復(fù)雜地理與氣候環(huán)境作用下建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用?！　? 論文針對(duì)這些問題，提出了新的設(shè)計(jì)理念，通過(guò)對(duì)CEMC的組成、結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行系統(tǒng)的研究，研究開發(fā)了基于球型諧振腔理論具有對(duì)電磁波吸收、散射與諧振損耗功能的CEMC吸波體設(shè)計(jì)方法；研究并掌握了其組成、結(jié)構(gòu)與性能的相關(guān)規(guī)律和集吸波、抗裂、保溫、耐久和環(huán)保于一體的高性能水泥基復(fù)合材料設(shè)計(jì)與制備關(guān)鍵技術(shù)，為該類材料的設(shè)計(jì)、制備及應(yīng)用提供了重要的依據(jù)和理論指導(dǎo)。　　本文進(jìn)行的主要工作和取得的重要成果有：運(yùn)用球型諧振腔與球型顆粒瑞利散射原理，設(shè)計(jì)制備出具有吸收、散射和諧振損耗功能的結(jié)構(gòu)單元：殼—核結(jié)構(gòu)球型吸波諧振器。在此基礎(chǔ)上，提出CEMC的理想結(jié)構(gòu)模型。大量既充當(dāng)透波骨料又充當(dāng)球型諧振腔的吸波諧振器均勻分散于經(jīng)輔助膠凝材料、聚合物與纖維改性后的水泥基體中，改善了電磁波在材料中的傳輸通道，降低表面反射，增加電磁波在球型腔體內(nèi)的諧振損耗，顯著提高了CEMC的吸波性能，改善了CEMC的物理力學(xué)性能、韌性和耐久性能，為制備CEMC提供了理論指導(dǎo)?！　? 確定了吸波諧振器的組成材料，它是以超輕多孔結(jié)構(gòu)透波骨料為核，以電阻型吸波組分為殼，通過(guò)特殊的工藝制備得到。根據(jù)電磁學(xué)理論，建立了粒徑為d的吸波諧振器散射的空間幾何模型，并以此為研究對(duì)象，推導(dǎo)出吸波諧振器的散射、吸收與諧振損耗數(shù)學(xué)表達(dá)式，準(zhǔn)確描述了電磁波入射到吸波諧振器表面時(shí)的散射、吸收與諧振損耗機(jī)理，對(duì)實(shí)現(xiàn)CEMC電磁波的高效吸收與頻帶的拓寬提供了理論依據(jù)。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)吸波諧振器組成材料的結(jié)構(gòu)與性能研究，確定了其配料與制備工藝關(guān)鍵參數(shù)，制備出粒徑為0．6-4．75 n1In，堆積密度為490 kg·m一，筒壓強(qiáng)度為2．2 MPa，30 min吸水率為12．3％的殼一核結(jié)構(gòu)吸波諧振器。掌握了殼一核結(jié)構(gòu)吸波諧振器的制備工藝，通過(guò)數(shù)學(xué)分析與演算，建立了吸波諧振器殼層厚度控制數(shù)學(xué)關(guān)系式，實(shí)現(xiàn)了吸波諧振器結(jié)構(gòu)、性能與吸波功能的可設(shè)計(jì)與可控制性，為CEMC的吸波體設(shè)計(jì)提供了關(guān)鍵功能骨料?！　? 系統(tǒng)研究了CEMC基體材料的性能以及吸波諧振器對(duì)其性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明：輔助膠凝材料、聚合物和纖維對(duì)基體材料的協(xié)同改性作用，可顯著提高基體的物理力學(xué)性能與韌性；隨電磁波頻率的變化，基體的厚度、水膠比、水化齡期、吸波劑與吸波諧振器的顆粒特征參數(shù)對(duì)CEMC基體材料的吸波性能影響差異較大；通過(guò)控制材料的厚度、水膠比、吸波諧振器參數(shù)并結(jié)合復(fù)摻輔助膠凝材料、纖維與聚合物技術(shù)，可制備出高吸收損耗，物理力學(xué)性能優(yōu)良的CEMC；確定了配制CEMC的主要技術(shù)參數(shù)，提出其配合比設(shè)計(jì)方法。探明了CEMC的密度與強(qiáng)度特性，分別建立了改性基體與吸波諧振器兩介質(zhì)體的密度與強(qiáng)度數(shù)學(xué)模型，該模型反映了CEMC的密度與強(qiáng)度形成機(jī)理。并結(jié)合耐久性與功能性試驗(yàn)，揭示了聚合物改性與纖維亂向分布形成三維網(wǎng)絡(luò)互穿結(jié)構(gòu)以及吸波諧振器的內(nèi)養(yǎng)護(hù)作用，使材料結(jié)構(gòu)密實(shí)是提高CEMC耐久性與抗裂性的本質(zhì)原因。吸波諧振器的高閉孔率保證了CEMC的低吸水率和高氣孔率，減弱空氣的對(duì)流是提高CEMC的保溫性能主要原因。以上共同匹配作用，實(shí)現(xiàn)了CEMC的高性能化與功能的多樣化?！　?

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