摘要
利用工业固废资源制备水泥基吸波材料对其资源化利用与城市空间电磁污染的防治具有重要意义。采用钢渣作为制备水泥基材料的主要掺合料,协同石墨粉与碳纤维配制的复合吸波剂制得一种双层结构水泥基吸波材料。通过力学与电学性能测试得到了性能优异的钢渣-水泥基体,探究了复合吸波剂作用下钢渣-水泥基材料的力学电学性能变化规律及其影响机理。基于单层结构设计方法,采用渐进阻抗原则设计了双层结构,制备出吸波性能优异的双层结构水泥基材料。研究表明:钢渣与复合吸波剂的掺入会削弱水泥基材料的力学性能,但可以有效提升其导电能力,进而增强水泥基材料的吸波性能。双层结构能够显著提升水泥基材料的吸波性能,在最优设计参数条件下,两种配方的吸波材料最小反射损失分别达到-29.79 dB与-36.66 dB,并具有1.39 GHz与1.37 GHz的超高有效带宽。本研究对复合吸波剂作用下钢渣-水泥基吸波材料的影响机理进行了深入的阐释,提出的双层结构水吸波材料设计方法具有较好的设计灵活性与多样性,对工程设计和施工具有一定的指导意义。
The utilization of industrial solid waste resourcesin preparation of cement-based electromagnetic wave(EMW)absorbing material is of significant importance for resource utilization and prevention&control of electromagnetic pollution in urban areas.In this work,by incorporating steel slag as the main admixture in the cement-based material and using a composite absorber consisting of graphite powder and carbon fiber,a double-layer structured cement-based EMW absorbing material was prepared.The optimized steel slag-cement matrix was obtained from series of mechanical and electrical tests.Then investigated the electrical properties and mechanism of steel slag-cement based materials reinforced by composite absorber,and got its’influence mechanism.Based on the design method of single-layer structure,a double-layer structure with exceptional EMW absorbing properties was designed following the gradual impedance principle.The results showed that the addition of steel slag and composite absorber in cement-based materials has a slight adverse effect on mechanical properties.However,it can significantly enhance the electric conductivity and EMW absorbing properties of the cement-based material.The double-layer structure significantly enhances the absorption performance of cement-based material.With the optimal design parameters obtained,the two formulations of absorbing materials achieve a minimum reflection loss of-29.79 dB and-36.66 dB,respectively.Additionally,they exhibit ultra-high effective bandwidths of 1.39 GHz and 1.37 GHz.This work provided a comprehensive explanation to the influence mechanism of steel slag-cement-based EMW absorbing materials reinforced by composite absorber.The proposed design method for double-layer structure EMW absorbing materials has excellent design flexibility and diversity,and has certain guiding significance for design and construction.
作者
李华伟
王倩
王荣
刘飞宇
谢汶桦
刘锋
LI Huawei;WANG Qian;WANG Rong;LIU Feiyu;XIE Wenhua;LIU Feng(School of Civil and Transportation Engineering,Guangdong University of Technology,Guangzhou 510006,China;School of Architecture and Civil Engineering,Wuyi University,Wuyishan 354300,Fujan,China)
出处
《材料导报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第23期104-111,共8页
Materials Reports
基金
国家自然科学基金(12072080)
福建省自然科学基金(2023J011044)
南平市自然科学基金(N2021J002)
国家级大学生创新创业项目(202310397005)。
关键词
吸波材料
钢渣
水泥基材料
复合吸波剂
双层结构
electromagnetic wave absorbing materials
steel slag
cement-based materials
composite absorber
double-layer structure
作者简介
李华伟,武夷学院土木工程与建筑学院实验师,现为广东工业大学土木与交通工程学院博士研究生,在刘锋教授的指导下进行研究,目前主要研究领域为固废资源化利用与建筑功能材料。主持省部级与地市级项目6项,发表学术论文30余篇,其中以第一作者或通信作者在SCI期刊发表论文9篇。;通信作者:刘锋,广东工业大学土木与交通工程学院教授、博士研究生导师。1987年于西安交通大学工程力学系应用力学专业本科毕业,1990年西安交通大学建筑工程系结构力学专业硕士毕业,1993年西安建筑科技大学建筑工程系结构工程专业博士毕业。目前主要从事计算结构力学、工程结构非线性分析等方面研究工作。主持或作为主要参加者完成包括国家自然科学基金在内的各类纵横向项目近五十项,发表论文一百五十余篇,包括Construction and Building Materials,Thin-Walled Structures,Journal of Cleaner Production等。Fliu@gdut.edu.cn。
