粉煤灰聚苯乙烯新型保溫建筑材料的制備實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、隨著人們生活水平的提高、能源問(wèn)題的日益嚴(yán)峻，人們對(duì)居住房屋的保溫性要求相應(yīng)提高，保溫材料的研究與開發(fā)成為建筑材料領(lǐng)域的熱點(diǎn)話題，同時(shí)利用廢棄物開發(fā)研制新型保溫材料又是熱點(diǎn)中的重中之重。
　　 粉煤灰與廢舊聚苯乙烯泡沫(EPS)是環(huán)境的兩大殺手，如何將其合理利用，變廢為寶是開發(fā)研制新型材料的新途徑。將這兩種廢棄物應(yīng)用于保溫砌筑砂漿中，發(fā)揮其各自的優(yōu)點(diǎn)，開發(fā)出一種新型節(jié)能保溫墻體材料，達(dá)到變廢為寶是本文的研究目的。
　　 粉

2、煤灰的利用主要是對(duì)其活性的利用，特別是作為建筑材料-水泥混凝土的原材料，少用水泥做基礎(chǔ)原料，減少了水泥用量，即等于減少了一次資源、能源的消耗，同時(shí)也減少了因生產(chǎn)水泥帶來(lái)的環(huán)境污染；廢棄聚苯乙烯泡沫塑料因質(zhì)輕、體積大，在自然界條件下，一、二百年也不降解，造成嚴(yán)重的白色污染，破壞生態(tài)環(huán)境，但利用其質(zhì)輕（0.01-0.05g/cm3）、無(wú)毒、低吸水性、耐酸堿、耐候、絕熱、隔音等性能特點(diǎn)研制保溫隔熱材料是消除生活垃圾，變廢為寶的新途徑。本文利用

3、石灰、石膏作為粉煤灰活性的激發(fā)劑，加入改性的聚苯乙烯泡沫研制出保溫性能和耐久性能皆較為優(yōu)良的粉煤灰聚苯乙烯保溫砂漿及砌塊，充分滿足我國(guó)目前對(duì)建筑保溫隔熱砂漿及建筑保溫砌塊的要求，屬于綠色節(jié)能建筑材料。保溫砌筑砂漿及砌塊所使用的添加劑NF-30主要合成原料采用煤焦化洗油的餾分-洗油，由于洗油與萘屬于同類化合物，合成的添加劑不但性能優(yōu)良而且又是所研制的保溫砂漿原料中另一種廢棄物的利用。全文對(duì)所研制的保溫砂漿砌塊的原料組成、實(shí)驗(yàn)思路、技術(shù)手段

4、、水化、硬化等性能都進(jìn)行了較為全面、系統(tǒng)的研究：
　　 (1)綜合利用材料測(cè)試手段、有機(jī)化學(xué)、熱力學(xué)、物相分析、材料物理性能等基礎(chǔ)理論，從保溫砂漿砌塊所使用粉煤灰的物理性質(zhì)、化學(xué)成分、石灰-石膏的物理化學(xué)性質(zhì)及活化機(jī)理、廢棄EPS的物理化學(xué)性質(zhì)及改性途徑，探討了用粉煤灰和EPS研制保溫砂漿及砌塊的反應(yīng)機(jī)理及開發(fā)自保溫砂漿及砌塊的可能性；
　　 (2)對(duì)石灰-石膏激發(fā)下的粉煤灰砂漿水化-硬化機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)研究，采用大量的基

5、本物理性能測(cè)試手段分析了激發(fā)體系下的砂漿物理性能，用石灰-石膏激發(fā)粉煤灰潛在活性，砂漿中以20％-25％的粉煤灰摻量為最佳；
　　 (3)借助X衍射、TGA-DTA水化產(chǎn)物熱機(jī)理分析及水化齡期產(chǎn)物掃描電鏡SEM觀察顯示：石灰對(duì)粉煤灰活性激發(fā)效果應(yīng)以CaO含量相等為條件，石膏在Ca(OH)2存在下，與粉煤灰中活性硅鋁組分作用形成鈣礬石，對(duì)粉煤灰水化起硫酸鹽激發(fā)作用，這種作用會(huì)因新生二水石膏的高分散性與高表面活性而更加強(qiáng)烈。粉煤灰與

6、無(wú)水石膏的水化相互促進(jìn)，石灰-石膏對(duì)粉煤灰的激發(fā)效果早期微弱，后期Ca(OH)2、C-S-H、AFm等水化產(chǎn)物發(fā)育良好。石灰-石膏的加入對(duì)激發(fā)粉煤灰的潛在活性起到了很好的作用；28及60天水化產(chǎn)物形貌顯示：一方面石灰-石膏激發(fā)了粉煤灰的活性，彌補(bǔ)了水泥砂漿強(qiáng)度損失，另一方面也說(shuō)明粉煤灰的活性仍沒有被完全激發(fā)，后期仍有少量活性弱的粉煤灰存在。石灰-石膏激發(fā)下的砂漿水化后期界面一定程度趨于規(guī)整，其耐候性提高，后期強(qiáng)度相對(duì)持久。揭示了研制開發(fā)

7、石灰-石膏-粉煤灰砂漿砌塊的可能性；
　　 (4)保溫砌筑砂漿砌塊所需外加劑NF-30的合成顯示：產(chǎn)品PH值為7-9，磺化時(shí)間2.5h，縮合時(shí)間為5h，磺化溫度160℃，磺化過(guò)程中添加氧化劑MO，添加30％洗油合成減水劑NF-30綜合性能最佳。NF-30改性水泥混凝土性能顯示：分散性好，水泥砂漿水化更快，水化產(chǎn)物更多，提高了早期強(qiáng)度。自制添加劑NF-30與純萘減水劑性能相當(dāng)，而原料成本大大降低，開辟了焦化洗油廢棄物的利用新途徑；

8、
　　 (5)對(duì)一定級(jí)配的粉煤灰-EPS砂漿制作揭示了采用0.16--2.0mm的EPS級(jí)配，粉煤灰摻入量為20％，EPS摻量2.0％-2.5％時(shí)，保溫砂漿的綜合工作性能最好；
　　 (6)無(wú)石灰-石膏的粉煤灰EPS保溫砌筑砂漿水化產(chǎn)物TGA-DTA熱機(jī)理分析和X衍射分析顯示：齡期水化過(guò)程相對(duì)基準(zhǔn)砂漿樣遲緩，強(qiáng)度較低，但物理性能優(yōu)于外摻其它保溫材料。綜合耐久、耐候性能良好，保溫性能好[0.455(W/m.K)]，揭示了利

9、用粉煤灰和EPS研制保溫砂漿砌塊的可能性和采用石灰-石膏激發(fā)粉煤灰活性的必要性；
　　 (7)以石灰-石膏激發(fā)粉煤灰潛在活性為前提，利用EPS的保溫性，研制綜合體系下的多種廢棄物同時(shí)利用的新型功能材料，配制的保溫砂漿最佳粉煤灰和EPS摻量為20％和2.5％，導(dǎo)熱系數(shù)為0.531W/(m·K)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于空白砂漿的導(dǎo)熱系數(shù)0.938W/(m·K)，保溫性能優(yōu)良，完全滿足兩淮流域地區(qū)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的傳熱系數(shù)不高于1.5W/(m·K)的要

10、求，同時(shí)證實(shí)外摻石灰-石膏激發(fā)作用下可使保溫砂漿砌塊結(jié)構(gòu)致密，導(dǎo)熱系數(shù)略大于無(wú)石灰-石膏激發(fā)的保溫砂漿砌塊體系，但綜合性能最佳；
　　 (8)激發(fā)劑作用下的粉煤灰-EPS新型保溫砂漿砌塊后期強(qiáng)度持久，具有良好的耐酸性、抗凍性，吸濕率低，吸水率小，軟化系數(shù)較高，屬于耐水性材料，具有良好的耐久性能。生產(chǎn)1m3的保溫砂漿將消耗掉環(huán)境污染物粉煤灰117kg、聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)顆粒14.6kg，脫硫石膏29.3kg，達(dá)到了室溫條件

11、下同時(shí)利用多種廢棄物，變廢為寶的目的；
　　 (9)粉煤灰聚苯乙烯新型自保溫砌筑砂漿水化產(chǎn)物X衍射分析顯示：早期水化產(chǎn)物種類較多數(shù)量較少，尺寸小，發(fā)育不完善，水化產(chǎn)物主要是水化鋁酸鈣(C4AH13)水化硅酸鈣(C-S-H)和氫氧化鈣(CH)；28天的主要水化產(chǎn)物是水化硅酸鈣(C-S-H)，水化鋁酸鈣（C4AH13）、鈣礬石(AFt)和氫氧化鈣(CH)，同時(shí)水化石榴石(C3ASH4)和托勃莫來(lái)石(Ca(Si5O18H2)·4H2O

12、)增多，晶體發(fā)育趨于完善；60天齡期出現(xiàn)數(shù)量較多的水化硅酸鈣(C-S-H)、鈣礬石(AFt)、氫氧化鈣(CH)、水化石榴石(C3ASH4)和托勃莫來(lái)石(Ca(Si5O18H2)·4H2O)等水化產(chǎn)物，且隨齡期的延長(zhǎng)，水化產(chǎn)物數(shù)量增多，尺寸變大，晶型穩(wěn)定。進(jìn)一步說(shuō)明：石灰、石膏對(duì)粉煤灰的激發(fā)作用在早期不明顯，后期激發(fā)作用顯著。從微觀上驗(yàn)證了用石灰和石膏激發(fā)粉煤灰的活性可以彌補(bǔ)由于加入粉煤灰和EPS廢棄物引起的強(qiáng)度損失，提高保溫砂漿砌塊的使

13、用可能性；
　　 (10)粉煤灰聚苯乙烯新型保溫砂漿SEM掃描分析顯示：水化早期（3天），形成了較多的水化鋁酸鈣、C-S-H凝膠和Ca(OH)2等水化產(chǎn)物，但是它們尺寸較小，發(fā)育不完整，以片狀結(jié)構(gòu)和纖維狀結(jié)構(gòu)為主，空隙率較大。28天水化產(chǎn)物數(shù)量增多，不斷長(zhǎng)大，發(fā)育良好，箔片狀水化硅酸鈣有包裹其它水化產(chǎn)物的趨勢(shì)，空隙率降低，結(jié)構(gòu)變得致密。水化后期（60天），水泥熟料和粉煤灰均大部分水化，水化反應(yīng)趨于完全，水化產(chǎn)物數(shù)量、尺寸和形態(tài)均

14、發(fā)展良好，結(jié)構(gòu)致密，孔隙減少，表面變得較為平坦，和宏觀物理實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致；
　　 (11)粉煤灰聚苯乙烯新型保溫砂漿砌塊屬于新型環(huán)保、利廢、節(jié)能自保溫材料，它能很好地適應(yīng)夏熱冬冷地區(qū)的氣候條件，滿足建筑節(jié)能的要求。針對(duì)兩淮地區(qū)的氣候特點(diǎn)，粉煤灰-EPS保溫砂漿砌塊出現(xiàn)結(jié)露的可能性小，熱阻大，熱橋現(xiàn)象小于普通承重作用混凝土部分，建筑能耗損失相對(duì)少，屬于節(jié)能墻體材料；
　　 (12)粉煤灰聚苯乙烯新型保溫砂漿砌塊施工工藝屬于一