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《济南大学》 2015年
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混杂纤维/水泥基轻质保温材料的制备与性能研究

李小龙  
【摘要】:当前水泥基保温材料普遍存在强度低、耐火性差、吸水率高、耐久性不良、脆性大等缺陷,严重制约着建筑墙材的进一步推广应用。作为增强材料掺入保温墙材中的纤维多以单一纤维为主,虽能一定水平提升墙材各种特性,但提升幅度和力度均有限。同时,伴随各种先进电子、通讯产品的大量使用,电磁辐射对人体产生直接或间接不可逆转伤害,而当前建筑外墙使用的保温材料几乎不拥有任何电磁防护功能。针对以上问题,本课题以玻化微珠和聚苯颗粒作为复配骨料,以水泥、矿渣和乳胶粉作为三元胶凝材料,同时掺加混杂纤维和碳纳米管作为增强材料和电磁屏蔽材料,并采取化学发泡方式制备保温性能优异、防火性好、力学强度高、电磁防护能力强的节能环保型墙体材料。主要研究内容和结果如下:(1)利用相关测试仪器对试验用矿渣的成分、粒度和微观形态进行分析,同时研究矿渣替代水泥掺量对由水泥和矿渣组成的二元无机复合胶凝材料制样性能的影响,并对矿渣潜在胶凝活性的激发进行试验探究。试验结果表明,试验用矿渣微粉的主要化学成分为CaO、SiO2、Al2O3、MgO、SO3、TiO2、Na2O和K2O等,其平均粒径仅为4.470μm,比表面积高达42096cm2/ml;试验选取矿渣微粉替代量为30%;复配激发剂配比为1.5%NaOH、1.5%CaO和2.0%脱硫石膏,此时制样3d抗折、抗压强度和28d抗折、抗压强度依次为5.21MPa、35.32MPa和7.72MPa、64.43MPa。(2)研究轻质保温材料制备工艺、二元材料与聚苯颗粒质量比、玻化微珠替代聚苯颗粒体积量、水灰比和稳泡剂掺量对制样性能的作用,确定制样制备工艺和基本配比为:理想制备工艺为先将发泡剂加入料浆发泡、再将发泡料浆与骨料混合,二元材料与聚苯颗粒最佳质量比为11.84,玻化微珠替代体积量为20%,减水剂B作用下最佳水灰比为0.62,稳泡剂理想用量为6%,此时材料制样密度为229kg/m3,3d抗折、抗压强度分别为0.31MPa、0.52MPa,软化系数为0.65,导热系数为0.0583 W/(m·K)。(3)在纤维增强轻质保温材料性能的试验探究中,利用单因素试验研究纤维最佳加入方式、纤维改良处理对制样性能的作用,同时借助正交试验探究由聚丙烯纤维、碳纤维构成的混杂纤维和乳胶粉的适宜掺量。经试验探究确定:先将纤维分散于水中,再将其通过超声清洗仪进行超声离散并伴随机械离散,然后将纤维和水的分散体系与固料混合均匀的掺入方式三对制样各养护期特性的提升最佳;利用聚丙烯纤维外表包覆改良,纤维改进了其与二元材料的界面连结状况,此时聚丙烯纤维适宜用量选为1.2%;借助碳纤维外表的化学氧化改良,纤维外部生成了活性基团,此时纤维理想用量为1.2‰;混杂纤维和乳胶粉理想组分比例为:A3B2C1,即改良聚丙烯纤维用量为1.2%,改良碳纤维用量为0.8‰,乳胶粉用量为1%。(4)在碳纳米管增强轻质材料制样性能的试验探究中,研究碳纳米管分散方式、掺量对轻质保温材料性能作用。试验结果表明:以先进行超声分散再进行磁力搅拌为离散手段作用下制样的力学性能较优;适宜用量碳纳米管显著提升制样的力学性能和耐水性能,当碳纳米管用量为0.02%时,制样3d抗折强度、抗压强度、软化系数和28d抗折强度、抗压强度、软化系数均达到峰值0.56MPa、0.80MPa、0.81和0.68MPa、0.97MPa、0.86,较未加入碳纳米管的空白制样依次提升了19.15%、12.68%、8.00%和17.24%、8.99%、8.86%;掺入适宜用量碳纳米管的制样屏蔽效能获得显著提升,当频率介于2GHz和18GHz之间时,制样的屏蔽效能从0.6dB-8.7dB提升到30.3dB-44.7dB。
【学位授予单位】:济南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TU551

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