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摘 要

地质聚合物是近年发展起来的一类新型无机高聚合胶凝材料，主要指由硅铝质原料（如粉煤灰、偏高岭土）在碱性激发剂条件下制备成的以硅氧四面体与铝氧四面体聚合而成的具有非晶态和准晶态特征的三维网络凝胶体。由于原料来源广泛、制备工艺简单、过程绿色和强度高、耐腐蚀、耐高温等优异性能，近年来被广泛研究。

本文以偏高岭土、粉煤灰为主要原料，以水玻璃为碱性激发剂制备泡沫地质聚合物材料。利用图像分析法表征了泡沫地质聚合物气孔结构，研究了发泡剂掺量、粉煤灰粒径以及表面活性剂（聚乙二醇200、羧甲基纤维素钠、吐温-80、曲拉通X-100）对泡沫地质聚合物孔结构及其性能的影响。

图像分析法表征泡沫地质聚合物宏观孔结构，借助Image-Pro plus图像分析软件，通过样品制备，图像采集，图片处理以及统计分析等步骤，可得到气孔孔隙率，孔径及其分布，孔形状因子等孔结构参数。

双氧水掺量增加，泡沫地质聚合物的强度降低，孔隙率增加，干密度下降，大孔增多，孔的连通性提高。小粒径粉煤灰制备的泡沫地质聚合物性能优于大粒径粉煤灰制备的泡沫地质聚合物。

表面活性剂可对泡沫地质聚合物孔结构进行有效调控，但是对干密度、气孔形状因子无明显影响，干密度在200 kg·m^-3-215 kg·m^-3之间，气孔形状因子约为1.3。泡沫地质聚合物抗压强度和平均孔径呈现良好的相反变化趋势。

关键词：泡沫地质聚合物 孔结构 导热系数 抗压强度 双氧水 表面活性剂

The Air-void System in Foam Geopolymer : Regulation and Its Influence on Properties

Abstract

In recent years,Geopolymer has developed a new type of high polymer inorganic cementitious materials, mainly referring to the silicon aluminum raw materials, such as fly ash, metakaolin, prepared under alkaline conditions activator and silica tetrahedra aluminum-oxygen tetrahedron polymerization,which has an amorphous and quasicrystalline characteristics of a three-dimensional gel network. Due to the wide source of raw materials, simple preparation process, the process of green and high strength, corrosion resistance, high temperature and other properties, it has been extensively studied in recent years.

This paper use metakaolin, fly ash as the main raw material for the preparation of alkaline water glass activator geopolymer foam material, image analysis which is the method to study the characterization of geopolymer foam pore structure, and the blowing agent content, fly ash particle size and surface active agent (PEG200, CMC, Tween 80, Triton X-100) effect of foam geologic structure and properties of the polymer hole.

Characterization of macroporous polymer foam geological structure represented by the image analysis method.With the Image-Pro plus image analysis software, porosity porosity, pore size and distribution, pore structure parameters hole shape factor can be obtained by preparation, image acquisition,image processing and statistical analysis of samples and other steps.

As hydrogen peroxide content increases, the strength of the foam geopolymer and dry density decrease become lower, the porosity and big hole increase, improved connectivity hole. Foam properties of fly ash geopolymer constituted by small particle size prepared better than foam large particle ash geopolymer .

Surfactants can regulate geopolymer foam pore structure effectively, but dry density, pore shape factor had no significant effect, the dry density between 200 kg • m^-3 and 215 kg • m^-3, pore shape factor of about 1.3. Geopolymer foam showed good compressive strength and an average pore size of opposite trends.

Keywords: Foam geopolymer; Pore structure; Dry density; Compressive strength.；Hydrogen peroxide；Surfactant

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 3

1.1 研究背景 3

1.1.1 泡沫地质聚合物简介 3

1.1.2 泡沫地质聚合物孔的分类 3

1.1.3 孔结构对地质聚合物性能的影响 4

1.1.4 孔结构的常见测试与评价方法及其局限性 5

1.2 研究现状 8

1.2.1 泡沫地质聚合物孔结构调控的研究现状 8

1.2.2 孔结构测试的研究现状 8

1.3 研究中存在的问题 10

1.3.1 孔结构与泡沫地质聚合物的关系模型 10

1.3.2 孔结构与泡沫地质聚合物关系的适用范围 10

1.3.3 孔的定量控制 10

1.4 研究目的和意义 11

1.5 本文的主要研究内容 11

第二章 原材料与试验方法 12

2.1 原材料 12

2.1.1 粉煤灰 12

2.1.2 偏高岭土 12

2.1.3 水玻璃 13

2.1.4 发泡剂 14

2.1.5 增强纤维 14

2.1.6 辅助原料 14

2.1.7 改性剂 15

2.2 实验设备 15

2.3 实验方法 15

2.4 性能测试 16

2.4.1 抗压强度测试 16

2. 4.2 干密度测试 17

2.4.3 导热系数测试 17

2.4.4 孔结构表征 17

第三章 实验结果与讨论 19

3.1 宏观孔结构表征与分析 19

3.1.1 样品制备 19

3.1.2 图像采集 19

3.1.3 参数测量 20

3.1.4 数据统计 21

3.2 发泡剂掺量对泡沫地质聚合物孔结构的影响 21

3.2.1 气体孔隙率 22

3.2.2 孔径及其分布 23

3.2.3 孔形状因子 24

3.2.4 干密度 24

3.2.5 导热系数 25

3.2.6 抗压强度 26

3.3 表面活性剂对泡沫地质聚合物孔结构的影响 27

3.3.1 羧甲基纤维素钠对泡沫地质聚合物的影响 27

3.3.2 聚乙二醇200对泡沫地质聚合物的影响 28

3.3.3 吐温-80对泡沫地质聚合物的影响 29

3.3.4 曲拉通X-100对泡沫地质聚合物的影响 31

3.4 本章小结 32

第四章 结论与展望 35

4.1 结论 35

4.2 展望 36

参考文献 38

致谢 40

第一章 绪论

材料是现代文明的三大支柱之一，也是发展国民经济和机械工业的重要物质基础。现代科学技术的迅猛发展对材料的力学性能和物理性能提出了更为苛刻的要求，当代材料科学研究的前沿以向强度更高，性能更好的方向发展。在追求材料高性能的同时，人们也更加关注“无废弃物成型加工技术(waste一free proeess)”，即在加工过程中不产生废弃物，或产生的废弃物能被整个制造过程中作为原料而利用，并在下一个过程中不再产生废弃物。因此，21世纪的材料学研究是向着绿色、环保、节能、高性能方向发展的。地质聚合物作为一种新型绿色材料，正受到人们的广泛关注^[1]。

1.1 研究背景

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