论文总字数：25507字

摘 要

轻质泡沫隔热材料自1928年在美国及西欧问世，就被广大科学工作者不断改进和创新，其所具有的气孔率高、热导率低、体积密度低及抗压强度高的特性赋予其良好的发展前景。使用粉煤灰作为原料制备的泡沫材料，不仅隔热效果好、强度高，而且实现了粉煤灰的工业废物利用并减少了能源损耗，因而研究粉煤灰基泡沫材料具有广阔的市场应用前景。

本文以粉煤灰、偏高岭土为主要原料，加入碱激发剂、稳泡剂、发泡剂和外加剂，借鉴泡沫陶瓷的制备工艺通过常温发泡、高温烧成的方法制备出粉煤灰基泡沫材料。本文系统研究了玻璃粉掺量以及烧成温度对泡沫材料隔热性能和抗压强度的影响。

研究结果表明，当玻璃粉掺入量为5wt%时，烧结温度为900℃时，所得试样综合性能最优，其抗压强度可达到2.43 MPa，导热系数为0.099 W/(m•K)，且试样气孔分布均匀，孔径均一。

关键词：粉煤灰 偏高岭土 玻璃粉 泡沫材料

Abstract

Since the advent of lighweight foam insulation materials in 1928 in the United States and Western Europe, the majority of scientists began continuous improvement and innovation on it.So many characteristics,such as the high stomatal rate, low thermal conductivity, low bulk density and high compressive strength give it the good prospects for development. The foam materials of using fly ash as a raw material for the preparation not only possess good heat insulation effect, high strength,but also realize using fly ash as industrial waste and reduces energy consumption. Therefore, the study of fly ash foamed material has a broad market prospect.

In this paper, fly ash and metakaolin were used as the main raw materials. Alkali activator, foam stabilizer, foaming agent and other additives were added. Referencing the process of preparing ceramic foam, the fly ash-based foam material was prepared by means of foaming at room temperature and sintering at high temperature.

The results showed that, sample with 5wt% glass powder had the best performance after sintered at 900 ℃. It’s compressive strength could up to 2.43MPa and the heat conductivity coefficient was 0.099 W/(m·K). Pores in the sample distribute equably.

Key Words: Fly ash; Metakaolin; foam ceramic; alkali-activated

目录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 粉煤灰的性质和研究进展 1

1.1.1 粉煤灰的性质 1

1.1.2 粉煤灰的应用研究进展 2

1.2粉煤灰基泡沫地质聚合物 3

1.2.1地质聚合物的概念 3

1.2.3 粉煤灰基泡沫地质聚合物的研究进展 4

1.2.4 泡沫陶瓷制备工艺 4

1.3 本课题研究的目的与内容 8

1.3.1 研究目的 8

1.3.2 研究内容 8

第2章 实验原料及方法 9

2.1 实验原料 9

2.1.1 粉煤灰 9

2.1.2 偏高岭土 10

2.1.3 玻璃粉 11

2.1.4 碱激发剂 11

2.1.5 发泡剂 11

2.1.6 辅助原料 12

2.1.7 稳泡剂 12

2.2 实验主要仪器 12

2.3 实验方案 13

2.4 试样性能测试 14

2.4.1 坯体和试样的干密度测试 14

2.4.2 坯体和试样的抗压强度测试 15

2.4.3 烧成线收缩率 15

2.4.4 XRD分析 15

2.4.5 数码显微分析 16

2.4.6 导热系数测试 16

第3章 实验结果与分析 17

3.1温度对粉煤灰基泡沫地质聚合物的性能影响 17

3.1.1 烧结温度对试样干密度和线收缩率的影响 18

3.1.2 烧结温度对试样抗压强度的影响 20

3.2玻璃粉掺量对粉煤灰基泡沫地质聚合物的性能影响 20

3.2.1 玻璃粉掺入量对试样干密度和线收缩率的影响 22

3.2.2 玻璃粉掺入量对试样抗压强度和导热系数的影响 24

第4章 结论与展望 26

4.1 结论 26

4.2 展望 26

参考文献 27

致谢 30

第1章 绪论

近10多年来，我国电力工业迅速发展，燃煤发电机组总装机容量不断扩大，电力行业消耗了全国一半的煤炭资源，由燃煤发电所产生的粉煤灰逐年增加。据统计,我国1995年粉煤灰排放量约1.25亿吨，2000年约1.5亿吨，2009年约3.75亿吨，2010年约4.8亿吨，2011年约5.4亿吨,并且随着燃煤电厂的发展，粉煤灰产生量还将继续增加。预计，2015年我国的粉煤灰产生量在5.5~5.7亿吨。

大量的粉煤灰不加处置，不仅会占用大量的土地，还会导致严重的环境污染；若排入水系统不仅会造成河流淤塞，其中的有害化学物质还会对人体和生物造成巨大伤害。

能源结构的现状决定了短期内我国粉煤灰排放量仍然会越来越多,如何将粉煤灰变废为宝,促进粉煤灰高效循环利用，减少对环境污染，成为世界关注的热点。本文致力于粉煤灰资源化开发的研究，利用粉煤灰生产集保温、防火、隔热、降噪等功能于一体的与建筑同寿命的轻质泡沫材料，结合了能源损耗和工业废物利用两大难题。

1.1 粉煤灰的性质和研究进展

1.1.1 粉煤灰的性质

煤粉进入1300~1500 ℃的炉膛后，在悬浮燃烧条件下经受热面吸热后冷却形成粉煤灰。由于表面压力的作用，粉煤灰颗粒大部分呈球形，表面疏松多孔，比表面积大，且具有一定的活性基因和吸附特性^[1]，其主要物理性质见表1-1^[2]。

表1-1 粉煤灰的主要物理性质

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