第１３卷第３期２０１０年６月建筑材料学报Ｖ０１．１３，Ｎｏ．３ＪＯＵＲＮＡＬ０ＦＢＵＩＬＤｌＮＧＭＡＴＥＲＩＡＬＳＪｕｎ．，２０１０文章编号：１００７—９６２９（２０１０）０３—０２９１—０４－＿＿－Ｉ－．＿ＥｊＩ－ｍ－Ｊ氧化铁粉煤灰的电磁特性黄煜镔１，钱觉时２，张建业２（１．重庆大学土木学院，重庆４０００４５；２．重庆大学材料科学与工程学院，重庆４０００４５）摘要：对高氧化铁粉煤灰电磁参数及复合高氧化铁粉煤灰水泥浆体的吸波性能进行了试验研究．结果表明：高氧化铁粉煤灰具有较高的复介电常数和一定大小的复磁导率，是以介电损耗型为主的电磁波有效损耗介质；高氧化铁粉煤灰磁铁矿含量对介电损耗有显著影响，但与复磁导率的相关性不大；高氧化铁粉煤灰水泥基复合材料具有明显的吸波性能，并且具有吸收频段宽的特点，在９．５～１８．０ＧＨｚ波段范围内，反射率Ｒ＜一５．００ｄＢ，最ｄ、值为一１１．０２ｄＢ，而且这种材料的吸渡能力并不单纯取决于粉煤灰磁铁矿含量．关键词：高氧化铁粉煤灰；电磁参数；水泥基复合材料；吸波性能中图分类号：ＴＵ５２８．３５文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７—９６２９．２０１０．０３．００４ＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＨｉｇｈＦｅｒｒｉｃＯｘｉｄｅＦｌｙＡｓｈＨＵＡＮＧＹｕ—ｂｉｎＱＩＡＮＪｕｅ－ｓｈｉ２。ＺＨＡＮＧＪｉａｎ－ｙｅ２１，（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００４５，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００４５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｈｉｇｈｆｅｒｒｉｃｏｘｉｄｅｆｌｙａｓｈ（ＨＦＯ－ＦＡ）ｐａｒｔｉｃｌｅｓａｎｄｔｈｅｗａｖｅａｂ～ｓｏｒｂｉｎｇｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｃｅｍｅｎｔｐａｓｔｅｓｂｌｅｎｄｅｄｗｉｔｈｔｈｉｓｋｉｎｄｏｆｆｌｙａｓｈｗｅｒｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｌｙｓｔｕｄｉｅｄ．ＴｈｅｓｕｉｔｓｓｈｏｗｔｈａｔＨＦＯ－ＦＡｐａｒｔｉｃｌｅｓｈａｓｐｌｅｘｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ．Ｉｔｉｓａｎａｒｅ—ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｈｉｇｈｃｏｍｐｌｅｘｐｅｒｍｉｔｔｉｖｉｔｙａｎｄａｃｅｒｔａｉｎｄｅｇｒｅｅｏｆｃｏｒｎ～ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｌｏｓｓｍａｔｅｒｉａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｌｏｓｓ．ＴｈｅａａｍｏｕｎｔｏｆｍａｇｎｅｔｉｔｅｏｆＨＦＯ－ＦＡｐａｒｔｉｃｌｅｓｈａｓｌｉｔｔｌｅｒｅｌａｔｉｏｎｈａｓａｔｏｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｌｏｓｓ，ｂｕｔｈａｓｏｎｌｙａｔｈｅｃｏｍｐｌｅｘｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ．ＩｔｉｓｒｅｖｅａｌｅｄｔｈａｔＨＦＯ－ＦＡｃｅｍｅｎｔ—ｂａｓｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌａｇｏｏｄｗａｖｅａｂｓｏｒｂｉｎｇｐｒｏｐｅｒｔｙｗｉｔｈｉｎｂｒｏａｄｗａｖｅａｂｓｏｒｂｉｎｇｆｒｅｑｕｅｎｃｙｒａｎｇｅ，ａｎｄｉｔｓｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎｒａｔｅ，Ｒ，ｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ一５．００ｄＢｉｎｔｈｅｒａｎｇｅＯｆ９．５—１８．０ＧＨｚｗｉｔｈｔｈｅｍｉｎｉｍｕｍｒｅｆｌｅｃｔｉｖｉｔｙｏｆ一１１．０２ｄＢ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅｗａｖｅａｂｓｏｒｂｉｎｇｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅＨＦＯ－ＦＡｃｅｍｅｎｔ—ｂａｓｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｄｏｏｎｎｏｔｄｅｐｅｎｄｓｏｌｅｌｙｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｔｅｃｏｎｔｅｎｔｏｆｆｌｙａｓｈｐａｒｔｉｃｌｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈｆｅｒｒｉｃｏｘｉｄｅｆｌｙａｓｈ；ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒ；ｃｅｍｅｎｔｂａｓｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅ；ｗａｖｅａｂｓｏｒｂｉｎｇｐｒｏｐｅｒｔｙ粉煤灰是燃煤电厂排放的工业废渣，其排放量很大，达１．６亿ｔ／ａ，加上历年累积堆放的粉煤灰达５亿ｔ以上，这对土地资源、生态环境造成了很大影响．目前我国粉煤灰利用技术水平仍然较低，主要将其用于生产建筑材料等方面．随着大规模建设的逐渐减少，开发高附加值的粉煤灰新产品将越来越受到重视．最近几年用粉煤灰制备功能性新材料的应用研究已逐渐开展．在吸波材料方面，基于粉煤灰含有大量空心微珠的特点，已有将其作为吸波材料的基材、再通过表面金属化改性后获得吸波材料的研收稿日期：２００９—０４—２８Ｉ修订日期：２００９—０５—２７基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０７０２０８０）第一作者：黄煜镔（１９７４一），男，福建闽清人，重庆大学副教授，博士．Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｕａｎｇｙｂｌ９７４＠１６３．ｃｏｒｎ万方数据２９２建筑材料学报第１３卷究阻２１，但对于组成差异很大的粉煤灰的电磁性能研究却很少．为此本文对高氧化铁粉煤灰（以下简称为粉煤灰）的电磁性能进行了试验研究，以期为粉煤灰的综合利用提供新途径．配合，制成外径为７ｍｍ，内径为３ｍｌＴｌ，厚为２ｍｍ的圆环状样品，在北京航空材料研究院采用同轴法测量其电磁参数——复介电常数￡和复磁导率∥．吸波性能：采用弓形法测量粉煤灰水泥浆体的反射率．裹１粉煤灰、水泥的化学组成Ｔａｂｌｅ１１试验１．１原材料试验采用重庆珞璜电厂排放的粉煤灰（ＦＡ）和重庆地维水泥厂生产的４２．５Ｒ普通硅酸盐水泥（Ｃ），它们的化学组成见表１．１．２样品制备将粉煤灰与水泥按质量比４：６混合，然后用０．４（质量比）的水胶比加水搅拌，在尺寸为１８０×１８０ｍｍ×２０１ＴｉｍＣｈｅｍｉ∞ｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ（ｂｙｍａｓｓ）ｏｆｆｌｙａｓｈａｎｄｃｅｍｅｎｔ％２结果分析２．１粉煤灰的电磁参数分别测定了Ｘ，ＫＵ波段下原状粉煤灰（ＹＨ）与经湿法工艺磁选后的富铁粉煤灰（ＹＣＨ，其中Ｆｅ：Ｏ。质量分数大于４０％）的电磁参数，结果见图１．２．０．６ｍｍ的模具中成型，１ｄ后拆模，并ｄ．在标准条件下养护２８１．３材料性能测试电磁特性测试：将粉煤灰与石蜡按质量比ｌ。４５９５８５７Ｏ．５０．４ｔｌｑ５６５５５４５３８１０１２１４１６１８ｑＯ．３ｏ．２８１０１２１４１６ｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙ／ＧＨｚＦｒｅｑｕｅｎｃｙ／ＧＨｚ（ａ）Ｒｅａｌｐａｒｔ（ｂ）Ｉｍａｇｉｎａｒｙｐａｒｔ图１复介电常数实部、虚部与频率的关系Ｆｉｇ．１１．０３ＲｅａｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｒｅａｌｐａｒｔａｎｄｉｍａｇｉｎａｒｙｐａｒｔｏｆｃｏｍｐｌｅｘｐｅｒｍｉｔｔｉｖｉｔｙａｎｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙＯ．０２１．０２Ｏ．Ｏｌ１．０ｌ、１．０００鱼一０．０ｌ０．９９－ｏ．０２０．９８８】０１２１４１６１８－０．０３８Ｊ０１２１４１６ｌｔＩＦｒｅｑｕｅｎｃｙ／ＧＨｚＦｒｅｑｕｅｎｃｙ／ＧＨｚ（ａ）Ｒｅａｌｐａｒｔ（ｂ）Ｉｍａｇｉｎａｒｙｐａｒｔ图２复磁导率实部、虚部与频率的关系Ｆｉｇ．２Ｒｅａｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｒｅａｌｐａｒｔａｎｄｉｍａｇｉｎａｒｙｐａｒｔｏｆｃｏｍｐｌｅｘｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙａｎｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙ由图１，２可见，粉煤灰电磁参数具有较大的虚部，可视为有损介质；ＹＨ，ＹＣＨ电磁参数随频率的变化规律基本一致，因此磁选工艺不会改变粉煤灰的吸波机制；在８．０～１８．０ＧＨｚ频率范围内，复介电常数与复磁导率的实、虚部大小和粉煤灰中氧化铁含量有关，随着氧化铁含量的增加，复介电常数与复磁导率的实、虚部均有所增大；ＹＨ复介电常数的实部ｅ’为５．３５～５．５５，虚部￡”为０．１６～０．３９，相比之下，ＹＣＨ复介电常数的实部与虚部分另０增大了５．５％，４０．０％，因此，提高氧化铁含量对介电损耗有利；ＹＨ复磁导率的实部接近于１，虚部较小，特别是在１１．０，’－．１２．２ＧＨｚ频率范围内虚部为０，说明磁万方数据第３期黄煜镔，等：高氧化铁粉煤灰的电磁特性损耗不明显，表现出与铁氧体不同的吸波机理．由于氧化铁含量对复介电常数虚部的影响远较实部显著，因此高氧化铁含量粉煤灰介电损耗角正切ｔａｎ文一￡，，／￡’的变化规律与复介电常数虚部完全相同，且ｔａｎ乱＞１０～．粉煤灰的高介电损耗表明其电场极化作用较强，这可能与Ｆｅ。Ｏ；具有较高电导率有关．２．２分级磁选对粉煤灰电磁性能的影响磁性颗粒含量在不同粒径粉煤灰中有很大差异，并且富铁微珠往往混杂于粗灰之中，Ｃａｔｈｃａｒｔ等［３３研究表明：粉煤灰越粗，磁性物质含量越高，并且在粉煤灰粒径大于３０弘ｍ时，氧化铁含量中Ｆｅ。０４的比例高于ＦｅｚＯａ．因此，为了研究粉煤灰中Ｆｅ。Ｏ。对材料电磁参数的影响，分别将粉煤灰按８０～１５０，４８～８０，２５～４８，２５肛ｍ以下粒级筛分，以考察不同粒径粉煤灰的电磁参数，结果如图３，４所示．由图３，４可见：随着粉煤灰粒径的减小，复介电常数的实部与虚部均有规律降低，实部由６．４０降至Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ／ＧＨｚＦｒｅｑｕｅｎｃｙ／ＧＨｚ（ａ）Ｒｅａｌｐａｒｔ（ｂ）Ｉｍａｇｉｎａｒｙｐａｒｔ图３不同粒径粉煤灰复介电常数实部、虚部与频率的关系Ｆｉｇ．３Ｒｅａｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｒｅａｌｐａｒｔａｎｄｉｍａｇｉｎａｒｙｐａｒｔｏｆｃｏｍｐｌｅｘｐｅｒｍｉｔｔｉｖｉｔｙａｎｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆｆｌｙａｓｈｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐａｒｔｉｃａｌｓｉｚｅ１．０５Ｉ・０３１．０１气Ｏ．９９０．９７０．９５８１０ｔ２１４１６１８Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ／ＧＨｚＦｒｅｑｕｅｎｃｙ／ＧＨｚ（ａ）Ｒｅａｌｐａｒｔ（ｂ）Ｉｍａｇｉｎａｒｙｐａｒｔ图４不ｌ—Ｊ粒径粉煤灰夏磁导翠买邵、虚邵与频翠的关系Ｆｉｇ．４Ｒｅａｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｒｅａｌｐａｒｔａｎｄｉｍａｇｉｎａｒｙｐａｒｔｏｆｅｏｍｐｌｅｘｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙａｎｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆｆｌｙａｓｈｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐａｒｔｉｃａｌｓｉｚｅ４．８０，虚部则从０．９０以上减小为０．１０－－０．２０，其最大值之差更为明显，由Ｉ．５２降至０．２６，这进一步说明粉煤灰的Ｆｅ。０。含量与介电损耗具有显著的相关性，Ｆｅ。０。含量较高、粒径为８０～４８肛ｍ的粉煤灰其介电损耗角正切ｔａｎ乱＝ｄ／￡’的最大值达０．２３，最小值也大于０．１４．粒径为４８～８０“ｍ的粉煤灰与２．３粉煤灰的吸波性能吸波剂的电磁参数ｅ（ｅ７，￡，，），Ｐ（∥７，∥）是表征其电磁属性的重要参数，可以起到调整吸波材料电磁参数的作用，但在粉煤灰水泥基复合材料中，还需要考虑波阻抗匹配问题以及吸波剂与水泥基复合材料其他组分之间物理化学反应的影响Ｈ｛１．试验测定了Ｆｅ：０。质量分数大于４０％ＹＣＨ的复介电常数接Ｘ和ＫＵ波段下粉煤灰水泥基复合材料的反射率（Ｒ），以考察粉煤灰作为水泥基材料吸波剂的适应近，说明Ｆｅ。Ｏ。主要富集于粒径４８“ｍ以上的粉煤灰中。虽然不同粒径的粉煤灰具有一定的磁损耗，但其复磁导率实部ｐ，和虚部ｐ”区别不大，并且规律性也不强，因此粉煤灰中Ｆｅ。Ｏ。含量对复磁导率的影响不大，复合磁损耗介质将对提高粉煤灰吸波能力产生重要影响．性，结果如图５所示・由图５可以看出：粉煤灰是水泥基材料的有效。吸波剂；ＹＨ在９・５～１８・０ＧＨｚ波段范围内Ｒ＜一５・００１０．４ｄＢ，在民用建筑中具有实际使用价值，在ＧＨｚ时，Ｒ达最小值（一１１．０２ｄＢ）；采用ＹＣＨ万方数据２９４建筑材料学报第１３卷一２鲁．４；善－６８蚕－８一ｌＯ—１２８１０１２１４１６１８Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ／ＧＨｚ图５粉煤灰水泥基复合材料Ｒ随频率变化关系Ｆｉｇ．５ＥｆｆｅｃｔｏｆｆｒｅｑｕｅｎｃｙＯｎｒｅｆｌｅｃｔｉｖｉｔｙ（Ｒ）ｏｆｃｅｍｅｎｔ－ｂａｓｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓｍｉｘｅｄｗｉｔｈｈｉｇｈｆｅｒｒｉｃｏｘｉｄｅｆｌｙａｓｈ时。尽管其本身的介电损耗较高，但在水泥基材料中Ｒ却有所增大，其最小值仅为一９．９６ｄＢ，并且高含量的Ｆｅ。Ｏ．使吸收峰频率点总体上向低频率移动，这可能与水泥基材料电导率发生变化有关，是介电损耗对电磁波干涉作用加强的反映．试验表明：粉煤灰水泥基复合材料的吸波性能不仅与介电损耗有关，而且也不能忽视磁损耗可能产生的影响．影响粉煤灰水泥基复合材料吸波性能的决定因素不仅包括吸波剂电磁参数以及材料波阻抗的匹配问题，而且也与吸波剂含量、分布、形状、粒径，甚至是表面组成等有关．３结论１．粉煤灰是电磁波有效损耗介质，具有较高的复介电常数和一定大小复磁导率，属于以介电损耗型为主的吸波剂，其氧化铁含量对复介电常数虚部影响显著，随着氧化铁含量的提高，介电损耗角正切ｔａｎ文的变化规律与其复介电常数虚部完全相同．２．粉煤灰Ｆｅ。０４含量与介电损耗具有显著的万方数据相关性，但对复磁导率的影响不明显．３．粉煤灰水泥基复合材料具有明显的吸波性能，并且表现出吸收频段宽的特点；在９．５～１８．０ＧＨｚ波段范围内，反射率Ｒ＜一５．００ｄＢ，最小反射率为一１１．０２ｄＢ．参考文献：ｉ－１３毛倩瑾，于彩霞，葛凯勇．等．粉煤灰空心微珠的改性及其吸波特性［Ｊ］．清华大学学报：自然科学版，２００５，４５（１２）：１６７２－１６７５．ＭＡＯＱｉａｎ－ｊｉｎ，ＹＵＣａｉ－ｘｉａ，ＧＥＫａｉ－ｙｏｎｇ，ｅｔａ１．Ｍｉｃｒｏｗａｖｅａｂ－ｓｏｒｐｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｕｒｆａｃｅｔｒｅａｔｅｄｆｌｙ—ａｓｈｃｅｎｏｓｐｈｅｒｅｐａｒｔｉｃｌｅｓ［Ｊ］．ＪＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖ：ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ，２００５。４５（１２）：１６７２－１６７５．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［２３曾爱香．空心微珠复合吸波材料的研究［Ｄ］．武汉：华中科技大学，２００４．ＺＥＮＧＡｉ—ｘｉａｎｇ．ＳｔｕｄｙＯｎｆｌｙ—ａｓｈｃｅｎｏｓｐｈｅｒｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅａｂ—ｓｏｒｂｅｒＥＤ７．Ｗｕｈａｎ：ＨｕａｚｈｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈ—ｎｏｌｏｇｙ，２００４．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［３３ＣＡＴＨＣＡＲＴＪＣ，ＲＥＹＮＯＬＤＳＲＬ．ＢＲ０ｗＮＦＩＥＬＤＭＥ，ｅｔａ１．Ｃｈｅｍｉｃａｌ，ｍｉｎｅｒａｌｏｇｉｃａｌａｎｄｍａｇｎｅｔｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｓｉｚｅｄｆｌｙａｓｈｆｒｏｍａｃｏａｌ—ｆｉｒｅｄｐｏｗｅｒｐｌａｎｔｉｎＫｅｎｔｕｃｈｙ［Ａ］．１９９７ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＡｓｈＵｔｉｌｉｚａｔｉｏｎＳｙｍｐｏｓｉｕｍＥＣ］．Ｌｅｘｉｎｇｔｏｎ：［ｓｎ］，１９９７：７８５—７９２．［４］熊国宣．水泥基复合吸波材料ＥＤ］．南京：南京工业大学，２００５．ＸＩＯＮＧＧｕｏ－ｘｕａｎ．Ｃｅｍｅｎｔ—ｂａｓｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒｍｉ—ｃｒｏｗａｖｅａｂｓｏｒｂｉｎｇ［Ｄ］．Ｎａｎｊｉｎｇ：ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈ—ｎｏｌｏｇｙ．２００５．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［５］胡礼初．吸渡材料的制备与电磁性能的研究［Ｄ］．广州：广东工业大学，２００７．ＨＵＬｉ—ｃｈｕ．Ｓｔｕｄｙｏｎｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｐｒｏｐｅｒ—ｔｉｅｓｏｆｒａｄａｒａｂｓｏｒｂｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌｓ［Ｄ］．Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ：ＧｕａｎｇｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ。２００７．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）
