一种制备具有压电性能的胶凝复合材料的方法、胶凝复合材料及其应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113135754A(43)申请公布日2021.07.20(21)申请号202110471834.0(22)申请日2021.04.29(71)申请人安徽工业大学地址243002安徽省马鞍山市湖东路59号(72)发明人吕辉鸿季益龙代兵杨贤峰雷昭武杏荣李辽沙(74)专利代理机构安徽知问律师事务所34134代理人郭大美(51)Int.Cl.C04B35/491(2006.01)C04B35/624(2006.01)C04B18/02(2006.01)权利要求书1页说明书9页附图5页(54)发明名称一种制备具有压电性能的胶凝复合材料的方法、胶凝复合材料及其应用(57)摘要本发明提供一种制备具有压电性能的胶凝复合材料的方法、胶凝复合材料及其应用，隶属于智能道路交通领域。该方法将含钛高炉渣与金属氧化物(PbO、ZrO2)充分混匀后在一定的热制度下进行焙烧，以矿物相重构—各有价组元协同调控为理论基础，随炉冷却至室温后得到了这种具有压电性的胶凝复合材料。本发明制备出了一种应用场景多样性的压电胶凝材料，为解决纯PZT材料大规模应用于水泥混凝土中出现的相容性匹配较差等问题提供了理论基础，可应用于新型智能道路、智能路基及关键结构实时健康监测等众多领域，为我国独有的难处理含钛高炉渣的绿色短流程高附加值规模化利用提供了全新思路。CN113135754ACN113135754A权利要求书1/1页1.一种制备具有压电性能的胶凝复合材料的方法，其特征在于：具体步骤如下所示：(1)破碎：将含钛高炉渣破碎粉磨至粉末状；(2)混合均匀：将步骤(1)得到的粉末状含钛高炉渣与铅和锆的金属氧化物混合均匀得到多元体系混合物；(3)改性重构过程：第一阶段在600℃‑768.8℃下保温0.5‑1.5h，第二阶段加速升温至800‑910℃保温1.5‑2.5h，第三阶段随后降温至700℃‑768℃下保温1.0‑2.5h，而后随炉冷却至室温，得到同时含压电相和凝胶相的胶凝复合材料；其中，所述压电相为PbZrxTi1‑xO3，0<x<1，所述凝胶相为Ca2MgSi2O7。2.根据权利要求1所述的一种制备具有压电性能的胶凝复合材料的方法，其特征在于：步骤(2)中，所述多元体系混合物Pb、Zr、Ti三种元素的摩尔比为Pb:Zr:Ti＝1.1:0.52:0.48。3.根据权利要求2所述的一种制备具有压电性能的胶凝复合材料的方法，其特征在于：步骤(2)中，铅和锆的金属氧化物分别为PbO、ZrO2。4.根据权利要求1所述的一种制备具有压电性能的胶凝复合材料的方法，其特征在于：所述含钛高炉渣中TiO2的质量分数为大于20％。5.根据权利要求1所述的一种制备具有压电性能的胶凝复合材料的方法，其特征在于：步骤(3)中，第一阶段在700℃下保温1h，第二阶段加速升温至800‑910℃保温2h，第三阶段随后降温至750℃下保温1h，而后随炉冷却至室温，得到同时含压电相和凝胶相的胶凝复合材料。6.根据权利要求5所述的一种制备具有压电性能的胶凝复合材料的方法，其特征在于：所述第一阶段的加热速率为5‑10℃/min所述第二阶段的加热速率≥10℃/min，所述第三阶段的降温速率为5‑10℃/min。7.一种权利要求1‑6任意一项方法得到的具有压电性能的胶凝复合材料，其特征在于：胶凝复合材料中含有压电相和凝胶相，其中，所述压电相为PbZrxTi1‑xO3，0<x<1，压电相占据体系总质量的50‑60％，所述凝胶相为Ca2MgSi2O7，凝胶相占据体系总质量的8‑15％。8.一种具有压电性能的胶凝复合材料，其特征在于：胶凝复合材料中含有压电相和凝胶相，其中，所述压电相为PbZrxTi1‑xO3，0<x<1，压电相占据体系总质量的50‑60％，所述凝胶相为Ca2MgSi2O7，凝胶相占据体系总质量的8‑15％。9.一种权利要求7或8所述具有压电性能的胶凝复合材料在水泥混凝土中的应用。10.一种权利要求7或8所述具有压电性能的胶凝复合材料在建筑物、道路、桥梁结构的无损实时健康检测中的应用。2CN113135754A说明书1/9页一种制备具有压电性能的胶凝复合材料的方法、胶凝复合材料及其应用技术领域[0001]本发明属于高炉渣应用技术领域，具有涉及一步法利用含钛高炉渣为原料制备压电胶凝复合材料。背景技术[0002]2018年成立自然资源部，推进实施矿产资源管理制度改革，持续加强战略资产调查评价，不断提升综合开发利用水平。做好矿产资源勘查开发利用，绿色矿山建设、矿产调查评价、矿产资源规划、矿产资源监督管理等相关条例、优化能源消费结构、生态保护修复等举措，积极推进矿产资源综合化开发利用与矿山地质环境保护。[0003]含钛高炉渣的堆积与高附加值利用的