【地坪网资讯】胡峥峥，刘国权，杨大峰，马栋良
（总参工程兵科研三所，河南洛阳471023）
摘要根据有效媒质理论，具有电磁波透射性能的混凝土材料各组分应具有低的介电常数和电导率。采用环氧树脂和不饱和聚酯树脂作为胶凝材料，制备树脂基透波混凝土样品，采用搭建的点频测试系统和扫频测试系统对各个样品的透波率进行测试。结果表明：树脂基透波混凝土样品的透射率达63%~81%，明显优于普通混凝土。
关键词工程伪装；树脂；透波；混凝土

混凝土表面对电磁波的强反射造成雷达特征暴露明显，一直是工程伪装的难点问题。混凝土路面的镜面反射造成雷达图像呈黑色基调，而某些混凝土工程的二面角、三面角效应造成雷达图像出现许多明亮的斑点［1］。透波混凝土可使电磁波透过表面进入内部，通过调节混凝土内部各部位的电磁参数或者布设角反射器，可望获得所谓的“雷达迷彩斑点”，提高在雷达侦察条件下的隐身性能。普通混凝土构筑的密闭空间中，电磁波信号很难自由传播，而透波混凝土可望改善混凝土工程内部微波信号的传输性能，具有重要的意义。
采用水泥作为胶凝材料，制备的水泥基透波混凝土明显改善了普通混凝土的透波性能［2］。透波混凝土的理论研究［3］表明：改善混凝土的透波性能，需要降低其介电常数和电导率，尤其需要注意含水率对透波性能的影响。鉴于某些树脂材料具有较低的介电常数和电导率、优良的防水性能，采用环氧树脂和不饱和聚酯树脂作为胶凝材料，通过各种粗细集料的筛选，制备了多种树脂基透波混凝土样品，并利用搭建的点频测试系统和扫频测试系统对各个样品的透波性能进行测试和分析。
1样品制备
实验中，制备树脂基混凝土样品的胶凝材料有：WSR6101环氧树脂，蓝星新材料无锡树脂厂；环氧树脂固化剂（聚酰胺650），长江化工（镇江）北固山系列；不饱和聚酯树脂及固化剂，南京古都化工有限公司。填充材料（填料）在树脂混凝土组成中，一般为细颗粒粉状材料，主要是产生增量效果，使得有更多体积的树脂用于黏结集料，减少树脂用量和改善树脂混凝土的性能。所用填充材料有：白水泥，南京银佳白水泥有限公司，PC32.5；Al2O3粉，上海久億化学试剂有限公司，分析纯。由于SiO2具有良好的介电性能［4］，是各种集料的主要组成部分，所以主要筛选SiO2含量较多的石英类和陶瓷类材料。通过集料筛选，细集料有纯净河砂、玻璃微珠、珍珠岩、EPS颗粒等，粗集料有花岗岩、大理石、石英石、碎玻璃、陶粒等。部分粗集料为市售板材经物理破碎所得，其余集料均为市售。
文献［5］指出，树脂混凝土的强度，随着集料和填充材料含水率的增加而显著下降。因此，集料和填充材料必须保持干燥，含水率应在0.1%以下，以使集料能与树脂牢固地黏结在一起，这是保证树脂混凝土质量的关键。因此，在制备树脂混凝土样品前，将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，并尽快使用。
树脂基透波混凝土样品的制备工艺流程，如图所示，质量配合比见表1。使用轻集料的样品，轻集按对应的体积进行掺加。其中，粗集料①的粒径为5~10 mm，粗集料②的粒径为10~20 mm。
环氧树脂比较粘稠，所以需要稀释剂稀释，以增加拌合物的和易性。环氧树脂混凝土入模后，室温下自然固化，1 d后脱模，3 d后测试，不饱和聚酯树脂混凝土完全固化需要的时间稍长。由于环氧树脂价格比不饱和聚酯树脂贵得多，实验优先选用价格低廉的材料，表2是各样品选用的材料，制备的样品厚为50 mm。


2测试分析
在微波暗室中，分别搭建点频测试系统和扫频测试系统对样品的透波率进行测试。点频测试系统是由YM1123型标准信号发射器、GX2C型数字小功率计和喇叭天线构成的简易系统，上海亚美微波仪器厂制造。由于信号发射器的频率范围较窄，实验中固定取值为8 GHz，系统构成和测试方式如图2所示。
此系统适用于粗略测试混凝土样品在某一频率下的透波率，测试前先将标准信号发射器的调制方式置于“等幅”，表示波源为正弦波，预热20 min。接着，用金属板完全遮挡发射天线口，将数字小功率计调零；移开金属板后，读取数据，即波源的功率数值；然后放上混凝土样品，读取数据，即透过的功率数值；最后将透过的功率除以波源的功率，即为该混凝土样品的透射率。此系统误差较大，所以需要通过调整波源的功率，在不同的功率下测试多次，取平均值。

实验中，首先对两种树脂的纯固化物进行测试。其中，环氧树脂固化物透射率为92.1%，不饱和聚酯固化物透射率为87.5%。然后，对各个样品在完全固化后进行透射率测试，结果见表3。

由表3，可得出以下结论：1）在同样厚度下，普通混凝土的透波率为26%左右，水泥基透波混凝土的透波率为40%~60%［2］。可以认为，树脂基透波混凝土样品的透波性能普遍优于水泥基透波混凝土样品的透波性能，远优于普通混凝土的透波性能。
2）对比样品1~4可知，粗集料对树脂基透波混凝土样品的透波性能影响较大。实际使用中，应选择介电性能好的石料。
3）分别对比样品1和10、8和11可知，在填料和集料相同的情况下，环氧树脂基透波混凝土样品的透波性能略优于不饱和聚酯树脂基透波混凝土样品。实际使用中，可根据成本和性能综合取舍。
4）鉴于EPS颗粒、珍珠岩和陶粒为轻质集料，将样品8、9、11、12与其它样品对比可知，轻质混凝土样品的透波性能优于其它样品的透波性能。
为了分析和验证样品厚度对透波性能的影响程度，按照5号样品的成分配合比，分别制备了不同厚度的样品，测试结果如图3所示。
可见，样品厚度大于30 mm时，随着厚度的增大，透波率逐渐缓慢降低，但下降量不超过5%，这与理论分析［3］是一致的。样品厚度在10~30 mm变化时，透射率降低较快，可能是由于样品厚度过薄，集料粒径相对过大，混凝土不能视为一个均匀体，因此所得数据未能真实反映出这个厚度下的透波性能。
为了获取树脂基透波混凝土样品的透波率随电磁波频率的变化数据，需要用到扫频测试系统，主要仪器来自微波毫米波RCS与天线综合测试系统，由中国电子科技集团公司第四十一研究所研制。系统构成如图4所示。

系统配备的标准增益喇叭天线（西安恒达微波技术开发公司，型号HD-100HA20）的频率为8~12.5GHz，故可得出样品在此范围内的透波率数据。测试方法：在不放样品的情况下，测得一组数据；接着放入混凝土样品，测得第二组数据；测试系统得出的数据以分贝表示，将第二组数据与第一组数据在对应的频率下分别相减，最后转换为百分比，即为样品在不同频率下的透波率。
根据实验结果，各个样品透射率的相对大小与点频测试系统所测数据基本一致，随频率的变化曲线大同小异。限于篇幅，只将9和12号样品透射率数据作图，见图5。

根据测试结果，可以得出：随着测试频率的增大，样品的透波率整体上缓慢下降。原因是，在微波波段，随着频率的增加，混凝土介电常数对透波率增大的影响较小［6］，而电导率对透波率减小的影响较大［7］，故样品的透波率将会有所减小。
为了分析树脂混凝土样品中粗集料粒径对透波性能的影响程度，按照1号样品的成分配合比，分别制备粗集料在不同粒径下的样品（厚为50 mm），测试结果如图6所示。数据表明，粗集料粒径对各自样品的透波性能有一定的影响，但是规律不太明确。因此，实际应用中集料的粒径可不必特别考虑，应采用连续级配的方式，以减少胶凝材料的用量，节约成本。

3结论
1）所制备树脂基混凝土样品具有较好的透波性能，主要是采用树脂类胶凝材料，从而控制混凝土的含水率，以及选择SiO2含量较多的集料、或者吸水性差的轻集料。其中，轻质混凝土样品透波性能相对较好。
2）随着厚度或电磁波频率的增加，树脂基透波混凝土样品的透波性能缓慢降低。
3）树脂基透波混凝土样品的透波性能明显优于普通混凝土，通过对其进行结构改性，可望在某些特殊场合得到应用。
4参考文献
［1］李汉斌.伪装技术［M］.北京：解放军出版社，2001：34-35.［
2］胡峥峥，杨大峰，刘国权，等.水泥基透波型混凝土材料的实验研究［J］.防护工程，2011，33（5）：10-13.［
3］胡峥峥，许卫东，刘珩，等.改善混凝土材料透波性能的初步研究［J］.兵器材料科学与工程，2009，32（4）：96-98.［
4］郝洪顺，付鹏，巩丽，等.二氧化硅体系透波材料的透波机理及研究现状［J］.佛山陶瓷，2007，17（3）：33-37.［
5］李继业，刘经强，徐羽白.特殊材料新型混凝土技术［M］.北京：化学工业出版社，2007：1-49.［
6］王湘云，郭东华，王超，等.干燥岩石的相对介电常数研究［J］.科学通报，1999，44（13）：83-87.［
7］童茂松.基于遗传算法的岩石复电阻率频谱模型参数反演［J］.勘探地球物理进展，2007，30（4）：271-274.