前言

双层和三层基于水泥的复合板的微观结构、力学性能和吸收性能。实验结果显示，2-18GHz的频率范围内，双层和三层水泥复合板的有效带宽均小于-10dB，与双层板分别对应于3.7GHz和10.8GHz。

双层板在7天和28天时的抗压强度分别为40.2MPa和61.2MPa，而三层板的强度值分别为35.6MPa和49.2MPa。与双层板相比，三层板的电磁波（EMW）吸收性能更优，但力学性能较差。该研究提出碳纳米管可以有效改善水泥复合板的抗压强度和界面结构。

材料和方法

材料和设备，在实验中，使用了大连南京水泥厂生产的P·II 42.5号级硅酸盐水泥，以及具有> 200m2/g比表面积，内径为5-10纳米，外径为10-20纳米，长度为10-30微米和<0.01Ω·cm电阻率的MCNTs，由纳米时代制造。我们购买了纯度> 99％，比表面积> 60 m2/g，平均粒径为20纳米，熔点为1594.5°C的纳米二氧化铁（nano-Fe2O3）来自宝曼彪。还购买了纯度> 99.9％，比表面积> 58 m2/g，平均粒径为60纳米，密度为6.6 g/cm3的纳米氧化镍（nano-NiO）来自上海翔天纳米材料有限公司。

从淮南金瑞新建材料厂获得了表观密度为1480 kg/m3，1小时吸水率为31.6％，24小时吸水率为31.7％的陶瓷颗粒。使用表观密度为2550 kg/m3，细度模数为3.0，粘土含量<1.0％的冲积砂。从上海乐德硅灰有限公司购买了活性指数> 105％，比表面积> 15 m2/g，SiO2含量> 85％，碱含量<1.5％的硅灰。从上海日出聚合物材料有限公司获得了一种聚羧酸型高效减水剂，减水率约为45％。上海时亮星提供了易于溶解在水中的白色细丝状分散剂。

在实验中使用了一些主要的设备和设施，包括：由无锡建仪仪器机械有限公司制造的?160A注浆机和JJ-5水泥砂浆搅拌器；由新乡金色收割机械有限公司制造的ZP-4标准混凝土振动器；由制造的CF-B标准恒温水浴槽；由公司制造的DHG-9146A电热恒温爆炸干燥箱；由集团制造的WDW-E2000通用微电子控制试验机，由日本日立公司制造的S4800场发射扫描电子显微镜；由新同瑞制造的HP8722ES矢量网络分析仪；由公司制造的BS-110S电子分析天平，重量为6kg，重量传感器精度为0.1g。

根据复合材料的吸波机理，基于水泥的板材的吸波元件主要是基于板材的上层和下层。该机理通过等效于相反相位的振幅反射以及纳米材料本身的电磁波损耗吸收来实现。纳米二氧化铁和纳米氧化镍是适合用于吸波层的材料，因为它们具有较小的相对介电常数和较大的渗透率频率特性。是设计双层和三层基于水泥的吸波板，以确保基本力学性能与板内空隙处的波阻抗相匹配，从而产生有利的电磁波损耗特性。

为双层板结构制造了14毫米厚的上层和下层。上层混合了适量的MCNTs，而下层混合了适量的纳米二氧化铁和纳米氧化镍。对于三层板，我们分别使用了6毫米、11毫米和11毫米厚的层。上层使用陶瓷颗粒混合，中层混合了适量的MCNTs，而下层混合了适量的纳米二氧化铁和纳米氧化镍。

在振动平台上振动混合物，并在室内的20℃下对试样表面进行校准，持续1天。取出模具后，在20±2℃下继续养护，并在7天和28天时，相对湿度要求在95％以上。在完成所有这些步骤后，测试了试样的力学性能和反射率。进行了反射率测试来测量每个试样反射系统的准确性。我们设置信号源，并使用矢量网络分析仪（HP8722ES）以及基于雷达、吸波材料（GJB2038-2011）的天线测试标准进行测试。

机械性能分析

显示了双层和三层水泥基板中的波吸收材料（上层、中层和底层分别表示为上、中、下），以及在7天和28天压缩强度下与未混合的纳米材料测试块（表示为基准）的对比。三层水泥基板底层的压缩强度分别为7天23.0MPa和28天33.0MPa。可以通过将Nano-Fe2O3和Nano-NiO纳入具有较小颗粒的底层来解释这些值。这种水泥很难完全填充在纳米材料之间，并且不能均匀分散。

上层面板的压缩强度显著较高，分别为7天46.6MPa和28天69.0MPa。这可能是因为将0.5wt%的MCNTs纳入水泥中，通过与浆料中的C3S、C2S和C3A反应，能够生成较大的水化晶体。

这些晶体将附着在MCNTs的表面，使复合材料更加紧密。MCNTs具有较大的比表面积，还能通过更大的范德华力有效地改善水泥基板的界面结构和抗压强度。双层水泥基板的总体压缩强度为7天40.2MPa和28天61.2MPa，而测试面板的标准强度分别为7天52.8MPa和28天58.1MPa。显然，与标准测试板相比，双层水泥基板的总体强度增加了5.3%。

显示了三层水泥基板的压缩强度。上层面板的值为7天4.6MPa和28天7.0MPa，中层面板的值为7天46.4MPa和28天68.8MPa，底层面板的值为7天22.9MPa和28天33.2MPa。这些值都是分别在7天和28天测得的。

基本上，三层结构面板中中层和底层的压缩强度与双层面板相同。三层面板的总体压缩强度分别为7天35.6MPa和28天49.2MPa。到了28天，强度相比于标准测试面板减少了15.3%。这可能是由于在上层加入了一定数量的多孔松散陶瓷颗粒，从而导致总体压缩强度降低。

MCNTs受到较小尺寸、表面、量子尺寸和宏观量子隧道效应的影响。与MCNTs混合的浆料不仅表现出良好的吸收特性，而且具有巨大的比表面积。它呈现出较大的路径比和有利的拉伸模量，这可能为晶体生长提供了位点，C-S-H凝胶填充了水泥水化产物的缝隙。这可以提高产品的效率和强度。添加了0.5wt%的MCNTs的测试板显示出明显的压缩强度改进。

吸收特性分析

由于其吸收机制，电磁波吸收材料能够吸收波和干扰。为了运作，吸收材料主要依靠内部电磁波损耗。干扰吸收材料通过吸收层表面上的反射波与底层反射波具有相同的振幅但相反的相位来抑制电磁波。根据其吸收特性，吸收材料可以分为介电和磁性介质类型。Nano-NiO和Nano-Fe2O3是具有高磁导率的磁性介质填料。

它们通过电子极化、离子极化、分子极化和界面极化的松弛机制吸收电磁波。根据电磁屏蔽理论，入射波会部分被材料反射。当进入材料时，电磁波部分被吸收，部分被多次反射消耗。剩余的电磁波沿着它们的入射方向传播（透射波，TW）。是多层材料中电磁波的吸收和屏蔽示意图。

当吸收材料的反射率小于-5dB时，电磁波吸收和屏蔽材料可以用于普通建筑。当吸收材料的反射率小于-7dB时，可以将屏蔽材料用于关键军事设备和/或设施。

与双层面板相比，波吸收水泥三层面板的反射率显著降低。低电磁参数和较大孔隙率（以及波阻抗）的陶瓷颗粒与双层面板中的波吸收材料补充后，适当地匹配间隙，以增加电磁波的入射率。陶瓷颗粒的多孔结构为入射电磁波提供了多传输路径。这增加了入射电磁波在内部反射、散射和干涉时的吸收材料，同时增加了电磁波的吸收损耗。

中间层应设计为与半导体材料过渡的层。当将适量的MCNTs混入水泥基板时，水泥将在其内部形成一个闭合的导电网络。材料内部会产生涡旋，将部分电磁波转化为热波。底层应设计为具有Nano-Fe2O3和Nano-NiO的吸收层，它们具有良好的电磁波吸收特性。

结论

在28天时，双层基于水泥的板的整体抗压强度为61.2 MPa。与实验标准板相比，这显示出5.3％的增加。对于三层基于水泥的板，28天时的抗压强度为49.2 MPa，与标准板相比下降了15.3％。与MCNTs混合并在3天内养护的水泥浆生成了AFt和C-S-H。随着养护时间的增加，水化产物逐渐增多，形成填充水泥水化产物缝隙的网络。从而改善了力学性能和致密效果。

研究显示，混合纳米材料的双层和三层基于水泥的板在2-18 GHz的波吸收方面取得了显著结果。发现了抗压强度的变化较小。

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