一種復合壓電材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及的是一種水泥復合壓電材料及其制備方法，具體地說是一種壓電陶瓷粉-乳化瀝青-水泥復合壓電材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]無砟軌道具有平順性好，穩定性好，使用壽命長，耐久性好的優點，是當今世界先進的軌道技術，可以減少維護、降低粉塵、美化環境，而且列車時速可以達到300公里以上，對鐵路發展具有劃時代的意義。
[0003]作為高速鐵路軌道板鋪設定位關鍵工序的CA砂漿的灌注、固化等是一項技術要求高、受外界環境影響較大的關鍵工序。
[0004]將壓電復合材料埋入CA砂漿層中，當CA砂漿層由于荷載作用產生振動及變形時，壓電材料將產生電信號，可用來制作傳感器監測路面的安全狀況，降低事故的發生；也可制作微功率的壓電發電單元，為監測系統提供用電，實現路面健康監測系統的能量自給。通過壓電材料利用振動和變形可實現能源的循環使用，還可以保證路面的健康，延長其功能和壽命。但是現有的壓電材料和CA砂漿的兼容性差，易導致CA砂漿層的開裂和破壞，監測系統成本尚更等缺點。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種兼容性好、成本低的復合壓電材料。本發明的目的還在于提供一種復合壓電材料的制備方法。
[0006]本發明的復合壓電材料由重量份數為25?140份乳化瀝青、400?600份壓電陶瓷粉、80?200份水泥、I?5份砂漿流變劑、I?5份減水劑和15?60份水制備成。
[0007]所述的乳化瀝青為陽離子乳化瀝青或陰離子乳化瀝青中的一種。
[0008]所述的壓電陶瓷粉為有鉛的壓電陶瓷粉或無鉛的壓電陶瓷粉中的一種或者二者的混合物。
[0009]所述的水泥為水泥標號為32.5或32.5R及以上等級水泥中的一種。
[0010]所述的減水劑為萘系或聚羧酸減水劑。
[0011]本發明的復合壓電材料的制備方法包括如下步驟，所涉及的材料的組成均為重量份；
[0012](I)乳化瀝青的預處理:將I?5份砂漿流變劑放入25?140份乳化瀝青中，在速度為50rpm?10rpm下攬摔2?10分鐘；
[0013](2)減水劑的預處理:將I?5份減水劑和15?60份水在速度為40rpm?80rpm下攪拌2?5分鐘；
[0014](3)混料:首先將400?600份壓電陶瓷粉放入到濕潤攪拌設備中，在速度為20rpm?80rpm慢攪0.5min?2min，然后加入步驟(I)得到的經預處理的乳化瀝青在攪拌速度為40rpm?10rpm攪拌2min?5min，最后加入步驟(2)得到的經預處理的減水劑，在速度為40rpm?10rpm攬摔2min?5min ；
[0015](4)成型:將步驟(3)得到的混合料注入模具中，在室溫下壓實成型，養護后進行拋光處理；
[0016](5)粘結電極:采用金屬箔片并用導電膠粘結；或者采用低溫導電銀漿進行表面涂覆，形成電極；
[0017](6)極化:將待極化材料放入30?80°C硅油中，并在電場強度為1.5KV/mm?5KV/mm下極化Imin?25min0
[0018]所述的養護是在標準養護條件下養護28天；或者是在相對濕度95%以上、溫度60 °C的養護箱中養護7天。
[0019]本發明是為了解決現有的壓電材料和CA砂漿材料兼容性差和監測系統成本高的問題，而提出的一種壓電陶瓷粉-乳化瀝青-水泥復合壓電材料及其制備方法。
[0020]本發明具有以下優點:一、可用來制作健康監測系統的傳感器，用來監測無砟軌道的應力和變形。因為壓電復合材料在受到荷載作用時，可產生與荷載成正比的電壓信號。隨時監測路面的安全狀況，降低事故的發生；二、可制作微功率的壓電發電單元，為監測系統提供用電，實現路面健康監測系統的能量自給；三、具有和CA砂漿層相匹配的彈性模量，減小對CA砂漿層自身結構作用，解決了現有的壓電材料和CA砂漿兼容性差的問題；四、壓電復合材料為高速行車荷載作用提供優良的降噪、減振及耗散損傷等性能，確保板式軌道高速行車的安全性和舒適性。為路面日后的維護工作提供了便利，大大節省了人力、物力。
【具體實施方式】
[0021]下面舉例對本發明做更詳細的描述:
[0022]【具體實施方式】一:本實施方式是一種壓電陶瓷粉-乳化瀝青-水泥復合壓電材料按重量份數由25?140份乳化瀝青、400?600份壓電陶瓷粉、80?200份水泥、I?5份砂漿流變劑、I?5份減水劑和15?60份水制備而成。優選由重量份數為40?50份乳化瀝青、550?590份壓電陶瓷粉、100?130份水泥、2?3份砂漿流變劑、2?3份減水劑和20?30份水制成。
[0023]本實施方式所述的壓電陶瓷粉-乳化瀝青-水泥復合壓電材料采用乳化瀝青作為基體相，壓電陶瓷粉作為陶瓷相。
[0024]本實施方式的壓電陶瓷粉-乳化瀝青-水泥復合壓電材料的使用方法:采用金屬箔片并用導電膠粘結；或者采用低溫導電銀漿進行表面涂覆，得到待極化材料，然后放入30?80°C娃油中，并在電場強度為1.5kV/mm?5kV/mm下極化Imin?25min。即得到作為制備傳感器或微型壓電發電單元的復合壓電材料。
[0025]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同點是:所述的乳化瀝青為陽離子乳化瀝青或陰離子乳化瀝青中的一種。其他與【具體實施方式】一相同。
[0026]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二之一不同點是:所述的壓電陶瓷粉為有鉛的壓電陶瓷粉和無鉛的壓電陶瓷粉中的一種或者二者的混合物。其他與【具體實施方式】一或二相同。
[0027]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一或三之一不同點是:所述的水泥為水泥標號為32.5或32.5R及以上等級水泥中的一種。其他與具體方式一至三相同。
[0028]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一或四之一不同點是:所述的減水劑為萘系或聚羧酸減水劑。其他與【具體實施方式】一至四相同。
[0029]【具體實施方式】六:本實施方式是一種壓電陶瓷粉-乳化瀝青-水泥復合壓電材料的制備方式，具體是按以下步驟完成的:一、準備材料:首先按重量份數稱取25?140份乳化瀝青、400?600份壓電陶瓷粉、80?200份水泥、I?5份砂漿流變劑、I?5份減水劑和15?60份水；優選的重量份數為40?50份乳化瀝青、550?590份壓電陶瓷粉、100?130份水泥、2?3份砂漿流變劑、2?3份減水劑和20?30份水。二、乳化瀝青的預處理:將步驟一準備的I?5份砂楽流變劑放入25?140份乳化瀝青中，在速度為50rpm?10rpm下攪拌2?10分鐘；三、減水劑的預處理:將步驟一中準備的I?5份減水劑和15?60份水在速度為40rpm?80rpm下攪拌2?5分鐘；四、混料:首先濕潤攪拌設備，將步驟一稱取的400?600份壓電陶瓷粉放入設備中在速度為20rpm?80rpm慢攪Omin?2min，然后放入步驟二中攪拌后的乳化瀝青在攪拌速度為40rpm?10rpm攪拌2min?5min，最后放入步驟三中攪拌后的減水劑，在速度為40rpm?10rpm攪拌2min?5min ;五、成型:將步驟四中得到的混合料注入模具中，在室溫下壓實成型，并在標準養護條件下養護28d，后者在相對濕度95%以上、溫度60°C的養護箱中養護7d后進行拋光處理；六、粘結電極:采用金屬箔片并用導電膠粘結；或者采用低溫導電銀漿進行表面涂覆，形成電極；七、極化:將待極化材料放入30?80°C娃油中，并在電場強度為1.5kV/mm?5kV/mm下極化Imin?25min。即得到制備傳感器或微型壓電發電單元的復合壓電材料