多孔混凝土的吸波特性.pdf

第 1 3卷第 2期 2 0 1 0年 4月 建筑材料学报 J OURNAL OF BUI L DI NG MATERI AL S Vo 1 1 3，No 2 Ap r ， 20 10 文章编号 ： 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 0 ) 0 2 0 1 6 5 0 4 多孔混凝土的吸波特性 梁丽敏 ， 佘红发 ， 吴庆令 ， 潘浙锋 ( 南京航空航天大学 土木工程系，江苏 南京 2 1 0 0 1 6 ) 摘要：采用水平极化方式 ， 在微波暗室中对试样进行 了雷达散射截面( R C S ) 测试 结果表明： 在 8 1 8 GHZ 频率范围内， 集料类型对电磁 波反射率几乎无影响， 多孔 混凝土具有 良好 的吸波性能， 其 电磁 波反 射 率 小于 一1 0 d B的波 带 宽度达 到 1 0 GHz ， 且 平均 反射 率 小于 一2 O d B； 在 一定 范 围 内， 增加 孔 隙率和 集料 粒径 可改善 多孔 混凝 土表 面 阻抗 和 自由阻抗 的 匹配性 ， 降低 电磁 波 的反射 率 关键 词 ：多孔 混凝 土 ；反射 率 ；孔 隙率 ； 集料 粒径 中图分类 号 ： TU5 2 8 2 ； T B 3 4 文 献标志 码 ： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 O 1 0 0 2 0 0 7 I n v e s t i g a t i o n o f M i c r o wa v e Ab s o r b i n g Pr o p e r t i e s o f Po r o u s Co n c r e t e LI ANG Li r n i n， y Ho n g f a， WU Qi n g Li n g， PAN Zh e Fe n g ( De p a r t me n t o f Ci v i l En g i n e e r i n g ，Na n j i n g Un i v e r s i t y o f Ae r o n a u t i c s As t r o n a u t i c s ，Na n j i n g 2 1 0 0 1 6，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：Th e r a d a r c r o s s s e c t i o n( RS C)o f s a mp l e s wa s t e s t e d i n a mi c r o wa v e a n e c h o i c c h a mb e r I n f l u e nc e s o f po r o us s t r uc t ur e on e l e c t r o m a gne t i c wa v e a bs o r pt i on p r o pe r t i e s o f p or ou s c onc r e t e we r e i nv e s t i g a t e d，a n d i n f l ue nc e s of po r os i t i e s，t y p e s of a gg r e g a t e a nd a gg r e g a t e s i z e o n e l e c t r oma g ne t i c wa v e a bs o r pt i o n pr o pe r t i e s o f po r ou s c o n c r e t e we r e s t ud i e d The r e s u l t s s ho w t ha t p or o us c on c r e t e e xh i bi t e s pe r f e c t wa v e a bs o r pt i on p r o p e r t i e s Typ e s o f a g gr e g a t e ne a r l y ha ve no e f f e c t o n wa v e a b s or pt i o n pr o p e r t i e s For p or o us c o n c r e t e 。t h e r e f l e c t i o n l O S S i S l e s s t h a n一 1 0 d B i n 8 1 8 GHZ ，a n d t h e a v e r a g e r e f l e c t i o n 1 O S S i S l e s s t h a n 一 2 0 d BAgg r e g a t e s i z e a nd po r o s i t y a r e t he ke y f a c t or s f o r r e f l e c t i o n l o s s The ma t c hi ng a b i l i t y o f s ur f a c e i mpe da n c e a n d f r e e s pa c e i mpe da nc e c a n be i m p r o ve d a n d r e f l e c t i o n l o s s o f e l e c t r o m a gn e t i c wa v e c a n be d e c r e a s e d b y i nc r e a s i n g a g gr e g a t e s i z e a nd po r o s i t y i n a c e r t a i n r a n ge Ke y wo r d s：po r ou s c on c r e t e；r e f l e c t i v i t y；p or o s i t y；a g gr e g a t e s i z e 电磁辐射已成为人类第 四污染源 ， 恶化 的电磁 环境 不仅对 通 讯 、 计 算机及 其 他 电子设备 造成 危 害 ， 而且也危害人类健康 此外 ， 在军事上 ， 为 了防止军 事设 备 、 计 算机 数据 泄 漏 和 削减 雷 达对 军 事 目标 的 探测 能力 】 ， 研 究 、 应 用 吸波 材 料 尤 为 重要 吸 波 材 料的研究与开发 已成为当今材料科学研究 的热点之 一 朱新文等_ 2 的研究表明， 多孔材料对电磁波的 吸收主要是其多孔结构对电磁波产生反射、 散射、 干 涉 引起 电磁 波衰 减所 致 多孔 吸波 材 料 主 要 为 封 闭 微孔材料 ， 如多孔陶瓷_ 2 、 多孔金属 。 、 E P S填充多 孔水 泥基 材料 等等 多孔 混凝 土具 有相互 连 通 的 开孔结构 ， 且其孔径较大， 声波能进入其 内部传播 由于空气的黏滞性及材料固有 的阻尼特性， 使进入 的声 能 不 断 损 耗 ， 从 而 起 到 了吸 音 作 用S e u n g 等_ 】 已对多孔材料的吸音机理进行了深入研究 受多孔材料吸收电磁波以及多孔混凝土对声波 具有衰减作用的启发 ， 可推测具 有相互连通开 口气 孔的多孔混凝土对 电磁波也应具有 明显衰减作用 为此本文就多孔混凝土孔隙率 、 集料粒径 、 集料类型 收稿 F t 期 ： 2 0 0 9 0 3 3 0 ； 修订 日期 ： 2 0 0 9 0 7 0 9 基金项 目： 江苏省 自然科学 基金重点资助项 目( B K2 0 0 5 2 1 6 ) ； 国家 自然科 学基金 资助项 目( 5 0 1 7 8 0 4 4 ) 第一作者 ： 梁丽敏( 1 9 7 6 一) ， 女 ， 河北兴隆人 ， 南京航空航天大学博士生 E ma i l ： l i a n g l i mi n 2 0 0 3 s i n a c o rn 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 期 梁 丽敏 ， 等 ： 多孔混凝土 的吸波特性 散射 ， 而反射 、 散射的电磁波再次遇到孔壁后又发生 新 的反射 、 散 射 ， 导 致 电磁波 能量进 一 步损失 此外 ， 电磁波 在孔结 构 中发生 的干 涉作用 也将 引起 电磁 波 能量衰减 由于硬化水泥浆体完全包裹集料 ， 且水泥 本 身 的电磁屏 蔽效 能 和 电磁 波 吸 收性 能 都 比较 低 ， 因此集料 类型对 电磁 波 吸收性 能几乎 没有 影 响 2 2孔 隙率对 多孔 混凝 土吸 波性 能的影 响 图 3为孔隙率与电磁波反射率关系曲线 由图 3可见 ， 随着孔 隙率 的增 加 ， 多孔 混 凝土 的 电磁 波反 射率降低 ， 当孔隙率达到一定值后其 电磁波反射率 才开始增加 试样 1 ， 2 的电磁波反射率 曲线呈下 降趋势 ， 试样 3 的电磁波反射率 曲线较为平滑 ， 试 样 1 ， 3 的电磁波平 均反 射率 均为 一2 0 d B， 试样 2 的电磁波平均反射率为 2 3 d B， 说 明孔隙率对 电磁波吸收存在一个最佳范围， 并非越大 电磁波吸 收性能越 好 0 一 1 0 ：三一 2 O 芑 一3 0 在孔 隙率一定 的情况下 ， 集料粒径的大小直接 决定 多孔 混凝 土孔 径 的 大小 ， 所 以集 料 粒 径是 多 孑 L 昆 凝 土衰 减 电磁 波 的主要 参 数 增 加 集 料 粒径 有 利 于提高电磁波入射量 以及电磁波在孔隙内反射损耗 的概率 ， 但集料粒径过大会增加电磁波的透射量 O 一1 O 一2 O 一3 0 4 0 8 l O 1 2 1 4 l 6 l 8 F r e q u e n c y GHz 图 4 集料粒径与 电磁 波反射率 的关 系 Fi g 4 Re l a t i on s hi p be t we e n a gg r e g a t e s i z e a nd r e f l e c t i vi t y of s a mpl e s 3 结 论 1 多 孔 混 凝 土 的多 孔 结 构 可改 善 其 表 面阻 抗 与 自由空 间阻抗 的匹 配 ， 使 电磁 波 易 于 进 入材 料 内 部， 从而增加其损耗衰减 ； 入射电磁波在多孑 L 结构 内 经多次反射、 散射后将迅速衰减 ， 从而使多孔混凝土 具有 良好 的 电磁 波 吸收性 能 2 硬化水泥浆体对集料完全包裹 ， 因此集料类 型对 多孔混 凝土 的 电磁波 吸收性 能几 乎没 有影 响 3 多孔 混凝 土孔 隙率 增加 ， 有 利于 电磁 波 的入 射与衰减 ， 从而降低电磁波的反射率 当孔隙率增加 到一定范围时 ， 会提高电磁波的透射量 ， 反而使电磁 波的反射率增加 4 集料粒径 的增加有利于提高电磁波 的入射 量 以及 电磁波在材料孔 隙内的反射损耗 但集料粒 径对电磁波吸收存在一个最佳范围 ， 集料粒径过大、 过小都 会损 害多 孔混凝 土 的 电磁 波 吸收性能 参考 文献 ： CAO J i n g y a o， CHUNG D D L Co k e p o wd e r a s a l l a d mi x t u r e i n c e me n t f o r e l e c t r o ma g n e t i c i n t e r f e r e n c e s h i e l d i n g J C a r b o n， 2 0 0 3， 4 1 ( 1 2 )： 2 4 3 3 2 4 3 6 朱新文 ， 江东亮， 谭 寿洪 碳化硅 网眼多孔 陶瓷的微波 吸收特 性E J 无机材料学报 ， 2 0 0 2 ， 1 7 ( 6 ) ： 1 1 5 2 1 1 5 6 ZHU Xi n we n。 J I ANG Do n g l i a n g， TAN S h o u h o n g Mi c r o wa v e a b s o r b i n g pr o p e r t y o f S I C r e t i c u l a t e d p o r o u s c e r a mi c s 口 J o u r n a l o f I n o r g a n i c Ma t e r i a l s ，2 0 0 2 ， 1 7 ( 6 ) ： 1 1 5 2 1 1 5 6 ( i n Ch i n e s e ) 张光寅 ， 戴松涛， 张存洲 ， 等 多孔材料红外反射光谱 的下塌现 象 ： 红外吸波材 料 机理 探讨 之 二 J 红 外 与毫 米波 学 报， 1 9 9 5， 1 4 ( 4 )： 2 8 3 2 8 ZHANG Gu a ng y i n， DAI S o n g t a o， ZHANG Cu n z h o u， e t a 1 Co l l a p s e p h e n o me n o n o f I R r e f l e c t i o n s pe c t r a of p o r o u s ma t e r i a l s ： Ex p l o r a t i o n o f me c h a n i s m s f o r i nf r a r e d wa v e a b 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 6 8 建筑材料学报 第 1 3卷 4 5 6 7 8 s o r b i n g ma t e r i a l s J J o u r n a l o f I n f r a r e d a n d Mi l l i me t e r W a v e s ， 1 9 9 5 ， 1 4( 4 )： 2 8 3 2 8 7 ( i n Ch i n e s e ) Z HANG Ho n g t a o，Z HANG J i n s o n gZ HANG Ho n g y a n C o m p u t a t i o n o f r a d a r a b s o r b i n g s i l i c o n c a r bide f o a m s a n d t h e i r s i l i c a ma t r i x c o mp o s i t e s E J C o mp u t a t i o n a l Ma t e r i a l s Sc i e n c e ， 2 0 0 7， 3 8 ( 4 )： 8 5 7 - 8 6 4 KI M S S，KI M S T，AHN J M ，e t a 1 Ma g n e t i c a n d mi c r o wa v e a b s o r b i n g p r o p e r t i e s o f Co - Fe t h i n f i l ms p l a t e d o n h o l - l o w c e r a mi c mi c r o s p h e r e s o f l o w d e n s i t y E J J o u r n a l o f Ma g n e t i s m a n d M a g n e t i c M a t e r i a l s ， 2 0 04 ， 2 7 1 ( 1 )： 3 9 4 5 薛 向欣 ， 刘欣 ， 张瑜 泡沫铝 基多 孔金属 复合 材料 吸波性 能 J 中国有色金属学报 ， 2 0 0 7 ， 1 7 ( 1 1 ) ： 1 7 5 5 1 7 6 0 XUE Xi a n g x i n， LI U Xi n， ZHANG Yu El e c t r o ma g n e t i c wa v e a b s o r pt i o n p r o p e r t i e s o f a l u m i n u m f o a ms b a s e d p o r o u s me t a l c o mp o s i t e J Th e Ch i n e s e J o u r n a l o f No n f e r r o u s Me t a l s ， 2 0 0 7， 1 7( 1 1 )： 1 7 5 5 1 7 6 0 ( i n Ch i n e s e ) 刘欣 ， 薛 向欣 ， 段培宁 多孔结构对材料 吸波性能 的影 响E J 材料与冶金学报 ， 2 0 0 7 ， 6 ( 4 ) ： 3 0 6 3 1 0 LI U Xi n，XUE Xi a n g x i n，DUAN Pe i n i n gEf f e c t o f p o r e s t r u c t u r e o n mi c r o wa v e a b s o r p t i o n o f p o r o u s ma t e r ia l s J J o u r n a l o f Ma t e r i a l s a n d Me t a l l u r g y ， 2 0 0 7， 6 ( 4 )： 3 0 6 3 1 0 ( i n Ch i ne s e ) 赵彦波 ， 刘顺华 ， 管洪涛 水泥基多孔复合材料 吸波性 能 J 硅酸盐学报 ， 2 0 0 6 ， 3 4 ( 2 ) ： 2 2 5 2 2 8 ZHAO Ya n b o，L I U S h u n hu a ，GUAN Ho n g t a o El e c t r o - 9 1 O 1 1 1 2 1 3 ma g n e t i c wa v e a b s o r p t i o n p r o p e r t i e s o f c e m e n t - ba s e d c o mp o s i t e E J J o u r n a l o f t h e c h i n e s e c e r a mi c s o c i e t y ， 2 0 0 6 ， 3 4 ( 2 ) ： 2 2 5 2 2 8 ( i n Ch i n e s e ) GUAN Ho n g t a o ， LI U S h un hu a， DU AN Yu p i n g， e t a 1 I n v e s t i g a t i o n o f t h e e l e c t r o ma g ne t i c c h a r a c t e r i s t i c s o f c e me nt b a s e d c o mp o s i t e s f i l l e d w i t h E P S F J Ce me n t C o n c r e t e Re - s e a r c h ， 2 0 0 7， 2 9 ( 1 )： 4 9 5 4 S EUNG B， DAE S， J UN LS t u d i e s o n t h e s o un d a bs o r p t io n c h a r a c t e r i s t i c s o f p o r o u s c o n c r e t e ba s e d o n t h e c on t e n t o f r e c y c l e d a g g r e g a t e a n d t a r g e t v o i d r a t i o E J C e me n t a n d C o n c r e t e Co mp o s i t e s。 2 0 0 5， 3 5 ( 9 )： 1 8 4 6 1 8 5 4 王波 ， 霍亮 ， 高建明 多孔混 凝土铺装吸声性能试 验研究 口 四 I I 建筑科学研究， 2 0 0 4 ， 3 0 ( 4 ) ： 8 5 8 6 ， 8 9 WANG 1 3 o， HUO Li a n g， GAO J i a n - mi n g S o u n d a bs o r p t ion p e r f o r me n c e t e s t r e s e a r c h e s o f p o r o u s c o n c r e t e p a v e me n t J S i c h u a n Bu i l d i n g Sc i e nc e ， 2 0 0 4， 3 0 ( 4) ： 8 5 8 6， 8 9 ( i n Ch i n e s e ) 张金花 混凝土吸声隔音砌 块的制备研 究 D 南京 ： 东南 大 学 ， 2 0 0 6 ZHANG J i n h u a S t u d y o n ma n u f a c t u r e o f n o s i s e a bs o r p t io n a n d s o u n d p r o o f c o n c r e t e b l o c k D N a n j i n g ： S o u t h e a s t Un i v e r s i t y， 2 0 0 6 ( in Ch i ne s e ) HSU P F， HOWELL J R Me a s u r e me n t s o f t h e r ma l c o n d u e t i v i t y a n d o p t i c a l pr o p e r t i e s o f p o r o u s p a r t i a l l y s t a b i l i z e d z i r - c o n i a J E x p He a t Tr a n s f e r ， 1 9 9 2 ， 5 ( 4 ) ： 2 9 3 3 1 3 ( 上接第 1 4 2页) 速率峰值 降低 了 7 7 0 ， 峰值 出现 的时间延迟 了 1 1 7 h ， 7 2 h的水化热 减小 了 3 8 1 ； 掺 3 O ， 5 0 粉煤灰试样的水化放热速率峰值后曲线明显平缓， 这对减小低水胶 比混凝土在应用过程中的开裂风险 具有现实意义 2 矿渣粉对掺 1 O 硅灰试样 的水化进程影响 规 律与粉煤 灰相似 ， 但矿渣 粉 的降峰 、 削峰 效果不 如 粉煤灰 而且 只有当矿 渣粉掺 量 达 5 0 时试 样 的水 化放热速率峰值后曲线才开始平缓 3 水胶 比变化不会改变试样的水化温升曲线和 水 化放热速 率 曲线 形 状 ， 对其 水 化进 程 没有 本 质 上 的影响， 随着水胶比的提高， 试样的水化放热速率峰 值略有增加 ， 且出现的时间和水化温升峰值一样略 有 延迟 参 考文献 ： 1 3 ME THA P K， MONTE I RO P J M C o n c r e t e ： Mi c r o s t r u c t u r e ， p r o p e r t i e s ， a n d ma t e r i a l s M Ne w Yo r k ： Mc Gr a w - Hi l l ， 2 0 0 5 2 E 3 4 5 6 7 RI CH ARD P CHEYREZ Y M Co mp o s i t i o n o f r e a c t i v e p o wd e r c o n c r e t e s J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 1 9 9 5 ， 2 5 ( 1 0 ) ： 1 5 0卜1 5 1 1 YAZI CI H Th e e f f e c t o f c u r i n g c o n d i t i o n s o n c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f u l t r a h i g h s t r e n g t h c o nc r e t e wi t h h i g h v o l u m e mi n e r a l a d mi x t u r e s J B u i l d i n g a n d E n v i r o n me n t ， 2 0 0 7 ， 4 2 ( 5 ) ： 2 0 8 3 2 0 8 9 HI RSCH I T W oM BACHER F I n f l u e n c e o f d i f f e r e n t s u pe r p l a s t i c i z e r s o n UHP C A P r o c e e d i n g o f t h e S e c o n d I n t e r n a t i o n a l S y mp o s i u m o n Ul t r a Hi g h P e r f o r ma n c e C o n c r e t e C K a s s e I s n ， 2 0 0 8 ： 8 5 9 2 L APPA E S H i g h s t r e n g t h f i b r e r e i n f o r c e d c o n c r e t e s t a t i c a n d f a t i g u e b e h a v i o u r i n b e n d i n g D De l f t ： De l f t Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y， 2 0 07 ZHANG Yu n - s h e n g， S U N W e i ， LI U S i f e n g S t u d y o n t h e h y d r a t i o n h e a t o f b i n d e r p a s t e i n h ig h - p e r f o r ma n c e c o n c r e t e J Ce me n t a n d Co n c r e t e Re s e a r c h， 2 0 0 2， 3 2 ( 9 )： 1 4 8 3 - 1 4 8 8 LANGAN B W W ENG K W ARD M AEf f e c t o f s i l i c a f ume a n d f l y a s h o n h e a t o f h y d r a t i o n o f P o r t l a n d c e me n t J C e me n t a nd Co n c r e t e Re s e a r c h， 2 0 0 2， 3 2 ( 7 )： 1 0 4 5 1 O 5 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m