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能耗的三分之一，降低建筑能耗、實現(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，導(dǎo)致材料力學(xué)性能下降，收縮開裂嚴(yán)重。針對該問題，本文設(shè)計了一種堿激發(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)形成多孔高強高耐久基體，并在基體中內(nèi)置功能組分，實現(xiàn)增強、阻熱、保持體積穩(wěn)定的強化作用。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)合材料特點的基礎(chǔ)上，提出了APCM的設(shè)計原理: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)計依據(jù)集料增強及界面增強技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，提出了APCM的設(shè)計方法: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等測試方法對APCM的組成成分和微觀形貌進行研究，驗證了設(shè)計的可行性，并探明了APCM微觀結(jié)構(gòu)特點: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，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)，通過對污泥化學(xué)成分的分析，確定了原料組成設(shè)計;通過對污泥TG和DSC分析，掌握污泥焙燒過程特點，依據(jù)該特點確定了污泥輕集料預(yù)燒制度;通過研究增強組分、焙燒時間和焙燒溫度對集料性能的影響，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度對集料與漿體匹配性的影響，它對污泥超輕集料應(yīng)用于APCM具有重要的指導(dǎo)意義。
　　 針對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;研究了孔特性的計算機識別技術(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)中溫度場的變化，探明孔結(jié)構(gòu)對熱傳導(dǎo)過程的影響規(guī)律，直觀的反映了孔形狀對熱傳導(dǎo)的影響;采用分形理論對孔形狀進