膨脹珍珠巖是一種天然酸性玻璃質(zhì)火山熔巖，非金屬礦產(chǎn)，包括珍珠巖、松脂巖和黑曜巖，三者只是結(jié)晶水含量不同。由于在1000～1300℃高溫條件下其體積迅速膨脹4～30倍，故統(tǒng)稱為膨脹珍珠巖。一般要求膨脹倍數(shù)>7～10倍（黑曜巖>3倍，可用），二氧化硅70%左右。均為露天開采。不用選礦，只需破碎，篩分即可?？捎米鬟^濾劑、催化劑、分子篩以及橡膠、化肥、農(nóng)藥的載體。廣泛用于建筑、冶金、石油、機(jī)械、輕工、水電、鑄造、醫(yī)藥、食品、農(nóng)林園藝等部門。膨脹珍珠巖是珍珠巖礦砂經(jīng)預(yù)熱，瞬時(shí)高溫焙燒膨脹后制成的一種內(nèi)部為蜂窩狀結(jié)構(gòu)的白色顆粒狀的材料。其原理為:珍珠巖礦石經(jīng)破碎形成一定粒度的礦砂，經(jīng)預(yù)熱焙燒，急速加熱(1000℃以上)，礦砂中水分汽化，在軟化的含有玻璃質(zhì)的礦砂內(nèi)部膨脹，形成多孔結(jié)構(gòu)，體積膨脹10-30倍的非金屬礦產(chǎn)品.珍珠巖根據(jù)其膨脹工藝技術(shù)及用途不同分為三種形態(tài):開放孔(open cell)，閉孔(closed cell)，中空孔(balloon)。

以硫氧鎂水泥為膠結(jié)料,利用廢棄小粒徑膨脹珍珠巖為輕質(zhì)骨料,研究了不同改性方法處理的珍珠巖對(duì)鎂基保溫材料漿體需水量、經(jīng)時(shí)流動(dòng)度、試件含水率、吸水率、干密度以及力學(xué)性能和耐水性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明,改性處理后的小粒徑膨脹珍珠巖能夠大幅度降低鎂基保溫材料的需水量、含水率和吸水率及其力學(xué)強(qiáng)度,同時(shí)大幅度提高鎂基保溫材料的耐水性。小粒徑膨脹珍珠巖對(duì)鎂基保溫材料的性能影響較大,使用時(shí)應(yīng)充分權(quán)衡利弊,取長避短,以達(dá)到鎂基保溫材料使用效果。

膨脹珍珠巖本身吸水率高、筒壓強(qiáng)度低的特性,限制了其在建筑材料領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。利用硫鋁酸鹽快硬水泥、半水石膏和磷酸鉀鎂水泥3種不同的快硬型材料,通過噴涂法對(duì)膨脹珍珠巖進(jìn)行包覆改性,有效提高了膨脹珍珠巖的筒壓強(qiáng)度并降低了吸水率。其中,磷酸鉀鎂水泥改性效果,改性后膨脹珍珠巖的筒壓強(qiáng)度相比改性前提高了3.39倍,吸水率降低了77%。在此基礎(chǔ)上,研究了苯丙乳液摻量對(duì)磷酸鉀鎂水泥包覆改性膨脹珍珠巖吸水率的影響。結(jié)果表明:在苯丙乳液摻量為膨脹珍珠巖質(zhì)量的15%左右時(shí),改性膨脹珍珠巖的吸水率可降至15%左右。 以硫氧鎂水泥為膠結(jié)料,粉煤灰為改性填充材料,小粒徑膨脹珍珠巖為輕質(zhì)骨料,摻入動(dòng)物蛋白復(fù)合發(fā)泡劑,采用物理發(fā)泡混合法制備鎂基泡沫混凝土。研究了泡沫摻量對(duì)鎂基泡沫混凝土水化熱、含水率、吸水率、干密度、抗壓強(qiáng)度、導(dǎo)熱系數(shù)及干燥收縮性能的影響。結(jié)果表明:泡沫的摻入降低了鎂基泡沫混凝土水化硬化放熱峰值溫度,延長了放熱峰值溫度的出現(xiàn)時(shí)間;降低了泡沫混凝土的干密度、抗壓強(qiáng)度及導(dǎo)熱系數(shù),同時(shí)增大了泡沫混凝土的含水率、質(zhì)量吸水率及干燥收縮率。

隨著人類社會(huì)的快速發(fā)展,能源問題日益凸顯。住建部科技司稱,我國建筑能耗的比例會(huì)隨著城市化進(jìn)程的快速發(fā)展達(dá)到35%。建筑能耗影響著國家資源的有效利用和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展,鑒于建筑節(jié)能是降低建筑能耗的主要措施,我國發(fā)布多項(xiàng)與建筑節(jié)能相關(guān)的法律條令。本文結(jié)合世界前沿課題,以導(dǎo)熱系數(shù)極低的物質(zhì)氣凝膠為研究對(duì)象,使其與膨脹珍珠巖復(fù)合,制成氣凝膠膨脹珍珠巖。對(duì)比級(jí)配與非級(jí)配氣凝膠膨脹珍珠巖膠凝材料的傳熱性能,建立數(shù)值模型模擬氣凝膠膨脹珍珠巖的粒徑級(jí)配在傳熱中的作用,推導(dǎo)出氣凝膠膨脹珍珠巖膠凝材料的傳熱規(guī)律。根據(jù)氣凝膠膨脹珍珠巖的特性研制建筑保溫材料,測試這種新型保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)和力學(xué)性能。計(jì)算太原地區(qū)氣象參數(shù)下氣凝膠膨脹珍珠巖保溫材料圍護(hù)建筑的年制熱制冷能耗值為57.45 kWh/m2,與普通圍護(hù)建筑109.90kWh/m2相比,實(shí)現(xiàn)能耗的大幅降低。本文研究的具體內(nèi)容如下:(1)使用不同硅源、酸堿催化劑和改性置換劑研制低導(dǎo)熱氣凝膠。對(duì)制得二氧化硅氣凝膠進(jìn)行表征,比較測試結(jié)果,研究硅源種類、酸堿催化劑、凝膠時(shí)間、硅源試劑與去離子水的體積比、改性置換液的組成和比例對(duì)氣凝膠性能的影響。