堿激發(fā)多孔水泥基墻體保溫材料的研究.pdf

1、我國建筑能耗約占全社會(huì)能耗的三分之一，降低建筑能耗、實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能已成為我國可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。目前，我國建筑節(jié)能降耗的主要方式是提高建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能，特別是提高墻體材料的保溫性能。在現(xiàn)有的墻體保溫材料中多孔水泥基材料因其保溫性能好、成本低廉、工藝簡單及防火性好等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用，但其多孔結(jié)構(gòu)提高材料保溫性能同時(shí)，導(dǎo)致材料力學(xué)性能下降，收縮開裂嚴(yán)重。針對(duì)該問題，本文設(shè)計(jì)了一種堿激發(fā)多孔水泥基墻體保溫材料(Alkali-activa

2、ted porous cement-based wall insulation materials，簡稱APCM)，它利用堿激發(fā)反應(yīng)、硅酸鹽水熱反應(yīng)與發(fā)氣反應(yīng)形成多孔高強(qiáng)高耐久基體，并在基體中內(nèi)置功能組分，實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)、阻熱、保持體積穩(wěn)定的強(qiáng)化作用。該多孔材料能夠較好地兼顧保溫性能與力學(xué)性能、耐久性能，它的開發(fā)對(duì)多孔水泥基墻體保溫材料應(yīng)用領(lǐng)域的拓展具有重要意義。
　　 論文依托“十二五”科技支撐項(xiàng)目——高消納率污泥再生輕集料及應(yīng)用技

3、術(shù)研究，圍繞APCM的組成、結(jié)構(gòu)、性能展開研究，取得了如下成果:
　　 在深入研究水泥基復(fù)合材料特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了APCM的設(shè)計(jì)原理:膠凝材料組成基于堿激發(fā)效應(yīng)和硅酸鹽材料水熱反應(yīng)，多孔結(jié)構(gòu)由鋁粉與堿反應(yīng)形成，功能組分設(shè)計(jì)依據(jù)集料增強(qiáng)及界面增強(qiáng)技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，提出了APCM的設(shè)計(jì)方法:采用鈉水玻璃作為堿激發(fā)劑，粉煤灰和偏高嶺土作為硅質(zhì)材料和堿激發(fā)膠凝材料，石灰和水泥作為鈣質(zhì)材料和堿性材料，鋁粉作為發(fā)氣劑，超輕集料作為功能組分

4、。通過XRD、SEM、EDXA等測(cè)試方法對(duì)APCM的組成成分和微觀形貌進(jìn)行研究，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的可行性，并探明了APCM微觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn):托勃莫來石和C-S-H(Ⅰ)相互交織構(gòu)成凝膠網(wǎng)絡(luò)，生成的水石榴子石填充在凝膠網(wǎng)絡(luò)中，沸石類礦物聚集在凝膠網(wǎng)絡(luò)表面。
　　 研究了APCM水化產(chǎn)物組成特點(diǎn)，提出了其組成成分定量分析方法;通過調(diào)整鈉水玻璃、粉煤灰、偏高嶺土、石灰、水泥及穩(wěn)泡劑的配合比參數(shù)，探明了各組分對(duì)APCM水化產(chǎn)物組成、發(fā)氣效果和性能

5、的影響規(guī)律，為制備APCM基體提供了重要的參考依據(jù)。
　　 研究了輕集料制備技術(shù)，通過對(duì)污泥化學(xué)成分的分析，確定了原料組成設(shè)計(jì);通過對(duì)污泥TG和DSC分析，掌握污泥焙燒過程特點(diǎn)，依據(jù)該特點(diǎn)確定了污泥輕集料預(yù)燒制度;通過研究增強(qiáng)組分、焙燒時(shí)間和焙燒溫度對(duì)集料性能的影響，提出了污泥超輕集料制備方法。研究了污泥超輕集料表面功能化處理技術(shù)，該技術(shù)不僅能夠改善集料與基體界面區(qū)結(jié)構(gòu)，還能夠解決污泥超輕集料上浮問題，使集料與漿體滿足密度匹配原

6、則。研究了污泥超輕集料的體積摻量和筒壓強(qiáng)度對(duì)集料與漿體匹配性的影響，它對(duì)污泥超輕集料應(yīng)用于APCM具有重要的指導(dǎo)意義。
　　 針對(duì)APCM孔特性，采用MATLAB開發(fā)了基于圖像處理技術(shù)的孔表征方法;研究了孔特性的計(jì)算機(jī)識(shí)別技術(shù)，掌握了反映孔特性圖像的柵格形式轉(zhuǎn)化為矢量形式的方法;通過ANSYS模擬不同孔特性的APCM在熱傳導(dǎo)中溫度場(chǎng)的變化，探明孔結(jié)構(gòu)對(duì)熱傳導(dǎo)過程的影響規(guī)律，直觀的反映了孔形狀對(duì)熱傳導(dǎo)的影響;采用分形理論對(duì)孔形狀進(jìn)