無機保溫材料是當前保溫材料領(lǐng)域研究的熱點。黑曜巖是一種酸性火山玻璃巖,其二氧化硅含量在70%左右,含水量較少(<2%)。黑曜巖具有容重小、耐火度高、化學穩(wěn)定性強、導熱系數(shù)低、吸濕性小等優(yōu)點,廣泛用于保溫、隔音材料。本研究以黑曜巖粉末為主要原料,水玻璃和雙氧水分別作為堿激發(fā)劑和發(fā)泡劑。通過將黑曜巖粉末、水玻璃、表面活性劑(十六烷基三甲基溴化銨CTAB)等混合均勻后加入適量雙氧水靜置發(fā)泡,在發(fā)泡 以導熱系數(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。

通過不同養(yǎng)護條件的對比試驗,研究了蒸汽養(yǎng)護對無機輕集料保溫板性能的影響;研究了在蒸汽養(yǎng)護中,靜置時間、升溫速率、恒溫時間及降溫速率對保溫板抗壓強度的影響;探索了規(guī)?；羝B(yǎng)護工藝。結(jié)果表明,蒸汽養(yǎng)護能提高無機輕集料保溫板的抗壓強度,大幅縮短養(yǎng)護時間。與標準養(yǎng)護相比,蒸汽養(yǎng)護只需標準養(yǎng)護1/16的時間就能獲得比標準養(yǎng)護高20%的抗壓強度。蒸汽養(yǎng)護時,靜置時間和恒溫時間是影響保溫板強度的關(guān)鍵因素,要控制在合適的范圍內(nèi)。在95℃、95%濕度條件下規(guī)模化生產(chǎn)時,保溫板蒸汽養(yǎng)護的時間為7 h在建筑圍護結(jié)構(gòu)中,墻體在采暖能耗中所占的比例,約占總能耗的32.1%-36.2%。目前,墻體保溫材料種類繁多,但都存在一定的缺陷和不足,開發(fā)新型保溫材料迫在眉睫纖維增強復合材料保溫板是以聚苯顆粒、水泥、粉煤灰、可再分散乳膠粉、中空纖維、羥丙基甲基纖維素及憎水粉為原材料制備而成的。該保溫板高強質(zhì)輕、隔熱保溫,它既能夠在工廠預制,實現(xiàn)批量化生產(chǎn),提高勞動生產(chǎn)率;又能夠在施工現(xiàn)場裁剪、拼裝,提高施工效率。本文從優(yōu)化纖維增強復合材料保溫板配比的角度出發(fā),研究分析了原材料各個因素對保溫板主要性能的影響。研究表明,一定級配的聚苯顆粒制備的保溫板導熱系數(shù)低于單一粒徑,隨著聚苯顆粒的增加,保溫板導熱系數(shù)先減小后增大；42.5級普通硅酸鹽水泥制備的保溫板力學性能明顯優(yōu)于32.5級普通硅酸鹽水泥,隨著水泥摻量的增加,保溫板抗拉強度、抗壓強度逐漸增大；粉煤灰代替部分水泥,可以有效降低保溫板的導熱系數(shù),隨著粉煤灰摻量的增加,保溫板的抗拉強度、抗壓強度、導熱系數(shù)均減??；可再分散乳膠粉摻量的增加能夠顯著提高保溫板的抗拉強度、抗壓強度。

近年來建筑火災的頻繁發(fā)生,與建筑墻體保溫層的有機材料不無關(guān)系。因此,高效無機保溫隔熱材料迎來了前所未有的發(fā)展機遇。通過對材質(zhì)、技術(shù)及資源狀況等方面的綜合分析,本論文開展了以膨脹珍珠巖為絕熱材料保溫隔熱板材的研發(fā)及其產(chǎn)業(yè)化以及創(chuàng)新型無機保溫隔熱材料的探索。本文的研究主要圍繞膨脹珍珠巖基水玻璃粘結(jié)劑體系無機保溫隔熱板材的優(yōu)化、膨脹珍珠巖基水泥粘結(jié)劑體系無機保溫隔熱板材的研發(fā)及其產(chǎn)業(yè)化和創(chuàng)新型無機保溫材料—低溫泡沫玻璃的初步探索三個方面展開。通過對水玻璃粘結(jié)劑的改性、膨脹珍珠巖骨料的不同種類、級配、憎水性的改性等方面的研究,與現(xiàn)有的水玻璃膨脹珍珠巖體系無機保溫隔熱板材相比,優(yōu)化后板材的性能得到了很大程度上的改善：力學強度提高了30%,導熱系數(shù)降低了20%,軟化系數(shù)由40%提高到了70%以上；水泥膨脹珍珠巖體系無機保溫隔熱板材的研發(fā),主要從板材成型工藝、原料配方及養(yǎng)護制度對板材性能的影響等方面著手,研制出了一種容重約為180kg/m3,抗壓強度高于0.8MPa,導熱系數(shù)低于0.06W/(m-K),養(yǎng)護時間少于10h的高性能無機板材,并完成了其相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)化中試；通過膠體化學工藝得到Na2O-B2..

?；⒅槭且环N具有質(zhì)輕、保溫、隔熱、防火和耐久性好等諸多優(yōu)點的新型無機輕質(zhì)骨料。以?；⒅闉檩p質(zhì)骨料,108膠和水泥為膠粘劑,摻加適量的粉煤灰、纖維及防水劑,經(jīng)模壓成型制備?；⒅閴w保溫板。通過正交試驗進行試驗配比優(yōu)化,同時研究成型壓力、水泥摻量、粉煤灰取代量和纖維摻量對?；⒅楸匕逍阅艿挠绊?通過SEM掃描電鏡對?；⒅楸匕暹M行內(nèi)部微觀形貌觀察,研究界面結(jié)合情況以及斷面微觀形貌,并探討相關(guān)作用機理。試驗終得出玻化微珠保溫板工藝參數(shù)為:成型壓力0.78 MPa、水泥摻量60%、粉煤灰取代量20%、纖維摻量1.0%。 玻化微珠發(fā)泡保溫板是一種導熱系數(shù)低、A級防火的新型無機保溫板材。試驗對原材料對?；⒅榘l(fā)泡保溫板性能的影響規(guī)律進行了研究,確定了其優(yōu)配合比。采用三因素三水平正交試驗方法,測定不同?；⒅椤⒍趸铓饽z和外加劑摻量下的?；⒅榘l(fā)泡保溫板導熱系數(shù)和抗壓強度。試驗結(jié)果表明:影響?；⒅榘l(fā)泡保溫板導熱系數(shù)和抗壓強度的因素順序為:玻化微珠>二氧化硅氣凝膠>外加劑。?；⒅閷嵯禂?shù)影響顯著,二氧化硅氣凝膠和適量外加劑可彌補保溫材料摻量增加引起的強度損失。