【地坪網(wǎng)資訊】胡崢崢，劉國權(quán)，楊大峰，馬棟良
（總參工程兵科研三所，河南洛陽471023）
摘要根據(jù)有效媒質(zhì)理論，具有電磁波透射性能的混凝土材料各組分應(yīng)具有低的介電常數(shù)和電導(dǎo)率。采用環(huán)氧樹脂和不飽和聚酯樹脂作為膠凝材料，制備樹脂基透波混凝土樣品，采用搭建的點頻測試系統(tǒng)和掃頻測試系統(tǒng)對各個樣品的透波率進(jìn)行測試。結(jié)果表明：樹脂基透波混凝土樣品的透射率達(dá)63%~81%，明顯優(yōu)于普通混凝土。
關(guān)鍵詞工程偽裝；樹脂；透波；混凝土

混凝土表面對電磁波的強(qiáng)反射造成雷達(dá)特征暴露明顯，一直是工程偽裝的難點問題。混凝土路面的鏡面反射造成雷達(dá)圖像呈黑色基調(diào)，而某些混凝土工程的二面角、三面角效應(yīng)造成雷達(dá)圖像出現(xiàn)許多明亮的斑點［1］。透波混凝土可使電磁波透過表面進(jìn)入內(nèi)部，通過調(diào)節(jié)混凝土內(nèi)部各部位的電磁參數(shù)或者布設(shè)角反射器，可望獲得所謂的“雷達(dá)迷彩斑點”，提高在雷達(dá)偵察條件下的隱身性能。普通混凝土構(gòu)筑的密閉空間中，電磁波信號很難自由傳播，而透波混凝土可望改善混凝土工程內(nèi)部微波信號的傳輸性能，具有重要的意義。
采用水泥作為膠凝材料，制備的水泥基透波混凝土明顯改善了普通混凝土的透波性能［2］。透波混凝土的理論研究［3］表明：改善混凝土的透波性能，需要降低其介電常數(shù)和電導(dǎo)率，尤其需要注意含水率對透波性能的影響。鑒于某些樹脂材料具有較低的介電常數(shù)和電導(dǎo)率、優(yōu)良的防水性能，采用環(huán)氧樹脂和不飽和聚酯樹脂作為膠凝材料，通過各種粗細(xì)集料的篩選，制備了多種樹脂基透波混凝土樣品，并利用搭建的點頻測試系統(tǒng)和掃頻測試系統(tǒng)對各個樣品的透波性能進(jìn)行測試和分析。
1樣品制備
實驗中，制備樹脂基混凝土樣品的膠凝材料有：WSR6101環(huán)氧樹脂，藍(lán)星新材料無錫樹脂廠；環(huán)氧樹脂固化劑（聚酰胺650），長江化工（鎮(zhèn)江）北固山系列；不飽和聚酯樹脂及固化劑，南京古都化工有限公司。填充材料（填料）在樹脂混凝土組成中，一般為細(xì)顆粒粉狀材料，主要是產(chǎn)生增量效果，使得有更多體積的樹脂用于黏結(jié)集料，減少樹脂用量和改善樹脂混凝土的性能。所用填充材料有：白水泥，南京銀佳白水泥有限公司，PC32.5；Al2O3粉，上海久億化學(xué)試劑有限公司，分析純。由于SiO2具有良好的介電性能［4］，是各種集料的主要組成部分，所以主要篩選SiO2含量較多的石英類和陶瓷類材料。通過集料篩選，細(xì)集料有純凈河砂、玻璃微珠、珍珠巖、EPS顆粒等，粗集料有花崗巖、大理石、石英石、碎玻璃、陶粒等。部分粗集料為市售板材經(jīng)物理破碎所得，其余集料均為市售。
文獻(xiàn)［5］指出，樹脂混凝土的強(qiáng)度，隨著集料和填充材料含水率的增加而顯著下降。因此，集料和填充材料必須保持干燥，含水率應(yīng)在0.1%以下，以使集料能與樹脂牢固地黏結(jié)在一起，這是保證樹脂混凝土質(zhì)量的關(guān)鍵。因此，在制備樹脂混凝土樣品前，將所需集料和填充材料置入120℃真空干燥箱中干燥3 h后取出，并盡快使用。
樹脂基透波混凝土樣品的制備工藝流程，如圖所示，質(zhì)量配合比見表1。使用輕集料的樣品，輕集按對應(yīng)的體積進(jìn)行摻加。其中，粗集料①的粒徑為5~10 mm，粗集料②的粒徑為10~20 mm。
環(huán)氧樹脂比較粘稠，所以需要稀釋劑稀釋，以增加拌合物的和易性。環(huán)氧樹脂混凝土入模后，室溫下自然固化，1 d后脫模，3 d后測試，不飽和聚酯樹脂混凝土完全固化需要的時間稍長。由于環(huán)氧樹脂價格比不飽和聚酯樹脂貴得多，實驗優(yōu)先選用價格低廉的材料，表2是各樣品選用的材料，制備的樣品厚為50 mm。


2測試分析
在微波暗室中，分別搭建點頻測試系統(tǒng)和掃頻測試系統(tǒng)對樣品的透波率進(jìn)行測試。點頻測試系統(tǒng)是由YM1123型標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)射器、GX2C型數(shù)字小功率計和喇叭天線構(gòu)成的簡易系統(tǒng)，上海亞美微波儀器廠制造。由于信號發(fā)射器的頻率范圍較窄，實驗中固定取值為8 GHz，系統(tǒng)構(gòu)成和測試方式如圖2所示。
此系統(tǒng)適用于粗略測試混凝土樣品在某一頻率下的透波率，測試前先將標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)射器的調(diào)制方式置于“等幅”，表示波源為正弦波，預(yù)熱20 min。接著，用金屬板完全遮擋發(fā)射天線口，將數(shù)字小功率計調(diào)零；移開金屬板后，讀取數(shù)據(jù)，即波源的功率數(shù)值；然后放上混凝土樣品，讀取數(shù)據(jù)，即透過的功率數(shù)值；最后將透過的功率除以波源的功率，即為該混凝土樣品的透射率。此系統(tǒng)誤差較大，所以需要通過調(diào)整波源的功率，在不同的功率下測試多次，取平均值。

實驗中，首先對兩種樹脂的純固化物進(jìn)行測試。其中，環(huán)氧樹脂固化物透射率為92.1%，不飽和聚酯固化物透射率為87.5%。然后，對各個樣品在完全固化后進(jìn)行透射率測試，結(jié)果見表3。

由表3，可得出以下結(jié)論：1）在同樣厚度下，普通混凝土的透波率為26%左右，水泥基透波混凝土的透波率為40%~60%［2］?？梢哉J(rèn)為，樹脂基透波混凝土樣品的透波性能普遍優(yōu)于水泥基透波混凝土樣品的透波性能，遠(yuǎn)優(yōu)于普通混凝土的透波性能。
2）對比樣品1~4可知，粗集料對樹脂基透波混凝土樣品的透波性能影響較大。實際使用中，應(yīng)選擇介電性能好的石料。
3）分別對比樣品1和10、8和11可知，在填料和集料相同的情況下，環(huán)氧樹脂基透波混凝土樣品的透波性能略優(yōu)于不飽和聚酯樹脂基透波混凝土樣品。實際使用中，可根據(jù)成本和性能綜合取舍。
4）鑒于EPS顆粒、珍珠巖和陶粒為輕質(zhì)集料，將樣品8、9、11、12與其它樣品對比可知，輕質(zhì)混凝土樣品的透波性能優(yōu)于其它樣品的透波性能。
為了分析和驗證樣品厚度對透波性能的影響程度，按照5號樣品的成分配合比，分別制備了不同厚度的樣品，測試結(jié)果如圖3所示。
可見，樣品厚度大于30 mm時，隨著厚度的增大，透波率逐漸緩慢降低，但下降量不超過5%，這與理論分析［3］是一致的。樣品厚度在10~30 mm變化時，透射率降低較快，可能是由于樣品厚度過薄，集料粒徑相對過大，混凝土不能視為一個均勻體，因此所得數(shù)據(jù)未能真實反映出這個厚度下的透波性能。
為了獲取樹脂基透波混凝土樣品的透波率隨電磁波頻率的變化數(shù)據(jù)，需要用到掃頻測試系統(tǒng)，主要儀器來自微波毫米波RCS與天線綜合測試系統(tǒng)，由中國電子科技集團(tuán)公司第四十一研究所研制。系統(tǒng)構(gòu)成如圖4所示。

系統(tǒng)配備的標(biāo)準(zhǔn)增益喇叭天線（西安恒達(dá)微波技術(shù)開發(fā)公司，型號HD-100HA20）的頻率為8~12.5GHz，故可得出樣品在此范圍內(nèi)的透波率數(shù)據(jù)。測試方法：在不放樣品的情況下，測得一組數(shù)據(jù)；接著放入混凝土樣品，測得第二組數(shù)據(jù)；測試系統(tǒng)得出的數(shù)據(jù)以分貝表示，將第二組數(shù)據(jù)與第一組數(shù)據(jù)在對應(yīng)的頻率下分別相減，最后轉(zhuǎn)換為百分比，即為樣品在不同頻率下的透波率。
根據(jù)實驗結(jié)果，各個樣品透射率的相對大小與點頻測試系統(tǒng)所測數(shù)據(jù)基本一致，隨頻率的變化曲線大同小異。限于篇幅，只將9和12號樣品透射率數(shù)據(jù)作圖，見圖5。

根據(jù)測試結(jié)果，可以得出：隨著測試頻率的增大，樣品的透波率整體上緩慢下降。原因是，在微波波段，隨著頻率的增加，混凝土介電常數(shù)對透波率增大的影響較小［6］，而電導(dǎo)率對透波率減小的影響較大［7］，故樣品的透波率將會有所減小。
為了分析樹脂混凝土樣品中粗集料粒徑對透波性能的影響程度，按照1號樣品的成分配合比，分別制備粗集料在不同粒徑下的樣品（厚為50 mm），測試結(jié)果如圖6所示。數(shù)據(jù)表明，粗集料粒徑對各自樣品的透波性能有一定的影響，但是規(guī)律不太明確。因此，實際應(yīng)用中集料的粒徑可不必特別考慮，應(yīng)采用連續(xù)級配的方式，以減少膠凝材料的用量，節(jié)約成本。

3結(jié)論
1）所制備樹脂基混凝土樣品具有較好的透波性能，主要是采用樹脂類膠凝材料，從而控制混凝土的含水率，以及選擇SiO2含量較多的集料、或者吸水性差的輕集料。其中，輕質(zhì)混凝土樣品透波性能相對較好。
2）隨著厚度或電磁波頻率的增加，樹脂基透波混凝土樣品的透波性能緩慢降低。
3）樹脂基透波混凝土樣品的透波性能明顯優(yōu)于普通混凝土，通過對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)改性，可望在某些特殊場合得到應(yīng)用。
4參考文獻(xiàn)
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