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鎂基保溫材料漿體需水量、經(jīng)時流動度、試件含水率、吸水率、干密度以及力學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強度,同時大幅度提高鎂基保溫材料的耐水性。小粒徑膨脹珍珠巖對鎂基保溫材料的性能影響較大,使用時應(yīng)充分權(quán)衡利弊,取長避短,以達到鎂基保溫材料使用效果。

隨著人類社會的快速發(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隨著城市化進程的快速發(fā)展達到35%。建筑能耗影響著國家資源的有效利用和經(jīng)濟的可持續(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)氣凝膠為研究對象,使其與膨脹珍珠巖復(fù)合,制成氣凝膠膨脹珍珠巖。對比級配與非級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)和力學性能。計算太原地區(qū)氣象參數(shù)下氣凝膠膨脹珍珠巖保溫材料圍護建筑的年制熱制冷能耗值為57.45 kWh/m2,與普通圍護建筑109.90kWh/m2相比,實現(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。對制得二氧化硅氣凝膠進行表征,比較測試結(jié)果,研究硅源種類、酸堿催化劑、凝膠時間、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氣凝膠性能的影響。

為解決傳統(tǒng)保溫材料和氣凝膠在建筑節(jié)能領(lǐng)域應(yīng)用所存在的問題,本論文從骨料創(chuàng)新入手,提出以廉價膨脹珍珠巖（Expanded perlite,EP）為載體,SiO2氣凝膠為填充體,制備合成一種新型復(fù)合保溫材料——氣凝膠膨脹珍珠巖（Aerogel-expanded perlite,AEP）,使氣凝膠獲得載體EP保護的同時有效降低EP的導(dǎo)熱系數(shù),也使氣凝膠能夠應(yīng)用于水泥基材料,并進一步降低氣凝膠的使用成本。本論文對AEP的制備工藝及性能、AEP在水泥基材料中的應(yīng)用及對水泥基材料性能的影響機理,以及AEP保溫砂漿的制備及其在建筑節(jié)能應(yīng)用中的經(jīng)濟性等問題進行了系統(tǒng)研究,主要工作及主要結(jié)論如下:1.采用微觀表征和導(dǎo)熱系數(shù)試驗,研究了常壓干燥技術(shù)制備SiO2氣凝膠各工藝階段變量對氣凝膠微觀特征和導(dǎo)熱系數(shù)的影響規(guī)律,獲得了適用于AEP制備要求的SiO2氣凝膠制備方法,制備的疏水SiO2氣凝膠表觀密度≤130kg/m3,導(dǎo)熱系數(shù)低至0.022W/（m·K）。2.對SiO2溶膠黏.

以脫硫石膏、膨脹珍珠巖為主要原材料制備膨脹珍珠巖/脫硫石膏復(fù)合材料，利用單因素試驗法研究了材料制備方式、試件振搗次數(shù)、膨脹珍珠巖摻量等對其性能的影響，并確定出優(yōu)制備方式。結(jié)果表明，采用脫硫石膏與檸檬酸先混合攪拌均勻，再加入膨脹珍珠巖攪拌，后加入水攪拌，直接成型，當膨脹珍珠巖的摻量為2.0%時，制備的復(fù)合材料絕干抗折強度、絕干抗壓強度、飽水抗折強度和飽水抗壓強度分別為3.83MPa、8.92MPa、1.66MPa和4.26MPa，干表觀密度為1.166g/cm3，滿足規(guī)范使用要求?；炷翗?gòu)件內(nèi)部或表面難以避免出現(xiàn)裂縫,裂縫的產(chǎn)生會導(dǎo)致其耐久性降低?；谂蛎浾渲閹r固載微生物的裂縫自修復(fù)混凝土具有良好的裂縫自修復(fù)能力,有效降低混凝土的維護費用。然而,隨膨脹珍珠巖摻量的增大,混凝土的力學性能會顯著降低。首先考察了膨脹珍珠巖摻量對該混凝土劈裂抗拉強度的降低程度,然后進一步考察了硅灰和聚丙烯纖維對該混凝土劈裂抗拉強度的增強作用。試驗結(jié)果表明,當膨脹珍珠巖摻量由0增加到90%時,混凝土的劈裂抗拉強度降幅達62.1%;摻入硅灰可以明顯提高該混凝土的劈裂抗拉強度,當硅灰摻量由0增加到10.5%時,混凝土的劈裂抗拉強度增幅達25%;摻入聚丙烯纖維也可以顯著提高該混凝土的劈裂抗拉強度,當聚丙烯纖維摻量由0 kg/m~3增加到1.8 kg/m~3時,混凝土的劈裂抗拉強度由1.94 MPa增加到2.55 MPa,增幅為31.4%。