亚硝化细菌.docx
- 文档编号:23620452
- 上传时间:2023-05-19
- 格式:DOCX
- 页数:30
- 大小:218.08KB
亚硝化细菌.docx
《亚硝化细菌.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《亚硝化细菌.docx(30页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
亚硝化细菌
陶粒增强发泡水泥的制备和性能研究
摘要
本论文以水泥作为胶凝材料,掺和陶粒,减水剂、聚乙烯醇、发泡剂(双氧水)、水,混合搅拌均匀,静停发泡,脱模养护,得到内部均匀多孔的节能型的保温材料。
这类保温材料在性能上克服了有机保温材料易燃烧,有毒性的缺点,其表观密度轻、强度高、隔热保温性能优、防火和耐久性优。
论文主要研究了陶粒掺量、水泥掺量、减水剂掺量、发泡剂量对陶粒增强发泡水泥的性能影响。
结果表明:
陶粒掺入对发泡水泥的力学性能有着显著性影响;当陶粒掺量为100kg/m3,水泥掺量为220kg/m3,减水剂掺量为0.5kg/m3时,陶粒增强发泡水泥的力学性能相对最大,抗压和抗折强度其分别为:
3.79MPa、3.18MPa;与未掺加减水剂试样相比,掺加0.5kg/m3减水剂的砌块断面孔径小且分布均匀;发泡剂量为15mL时,发泡效果最好。
关键词:
发泡水泥,陶粒,减水剂,发泡剂
PreparationandPerformanceofCeramicReinforcedFoamedCement
Abstract
Inthispaper,blendingacertainamountofceramsite,waterreducingagent,calciumstearate,polyvinylalcohol,foamingagent(hydrogenperoxide),water,mixingevenly,staticstopfoaming,demouldingandcuring,innercloseduniformporousenergy-savingtypeofinsulationmaterial,thethermalinsulationmaterialinperformancetoovercometheorganicheatpreservationmaterialeasycombustion,toxicshortcomingstheconceptoflowdensity,highstrength,heatinsulationexcellentperformance,safetyanddurabilityand.
Thistopicthroughtocementpastemixedwithceramicpreparedceramisitereinforcedfoamcementsamples,mainlyontheceramsitecontent,cementcontent,theamountofcalciumstearate,superplasticizer,foamingdoseenhancementeffects,propertiesoffoamedcementofceramsiteresultsshowedthat:
theincorporationofceramsiteonthemechanicalpropertiesoffoamcementhavesignificantinfluence;whentheCeramsitecontentof100kg/m3,cementdosageis220kg/m3thecontentofwaterreducingagentis0.5kg/m3,themechanicalpropertiesoffoamedcementrelativeceramsitereinforced,compressivestrengthandflexuralstrengthrespectively:
3.79MPa,3.18MPa,waterabsorptionrateisthesmallest,is0.34,comparedwithnotaddingwatersamples,addingtheblocksectionapertureof0.5kg/m3waterreducingagentsmallanduniform,thehydrationproductsofCSHgelanditsmaincomponents;foamingatthedoseof15mL,thebestfoamingeffect.
Keywords:
foamedcement,ceramic,waterreducingagent,foamingagent
目录
摘要I
AbstractII
1绪论1
1.1前言1
1.2陶粒及其陶粒增强发泡水泥的作用机理2
1.2.1陶粒2
1.2.2陶粒增强发泡水泥的增强机理3
1.3本课题的研究内容4
1.4陶粒增强发泡水泥制备的创新点5
2实验内容6
2.1原材料6
2.1.1水泥6
2.1.2陶粒6
2.1.3发泡剂7
2.1.4外加剂7
2.2主要仪器7
2.3性能测试方法8
2.3.1力学性能测试8
2.3.2吸水率的测试8
2.3.3水化产物的物相8
2.3.4形貌分析9
2.4不同陶粒掺量的实验测试方法9
2.5不同减水剂掺量的实验测试方法10
3结果与讨论12
3.1陶粒掺量对发泡水泥力学性能的影响12
3.2减水剂掺量对陶粒增强发泡水泥性能影响的研究14
3.3水泥掺量对陶粒增强发泡水泥性能影响的研究16
3.4发泡剂掺量对陶粒增强发泡水泥性能影响的研究18
3.5本章小结19
4结论20
致谢21
参考文献22
1绪论
1.1前言
随着时代的发展,社会经济越来越繁荣,人们生活水平的提高,人们对材料的要求越来越高。
目前材料已经是一个越来越制约社会发展的大问题。
自20世纪80年代末,我国己成为世界建筑建设的中心。
然而传统的建筑工业材料是以高投入、高消耗为特征的“粗放型”生产模式,在创造显著经济效益的同时,也造成了严重的环境污染和生态破坏。
普通的建筑材料是目前应用面最广的建筑结构材料,具有经济、耐久、原料来源广等优点,但也存在自重大,保温隔热性能差等缺点。
随着建筑物向多功能的需求逐渐突出,无机防火保温墙体材料具有减轻混凝土构件自重,改善保温隔热等功能。
根据测算,与钢筋混凝土相比,高层建筑应用陶粒混凝土建筑材料,建筑物的自重可减轻30%,劳动强度可减轻20%,建筑的造价可降低10%,陶粒建筑材料正成为不少建筑工程的首选,其广阔的发展前景越来越被世人看好。
无机防火保温墙体材料就是轻质混凝土的典型代表,它的粗骨料是在1100℃-1250℃高温下烧结而成的超轻陶粒,骨料表层为陶体、内部是分布相对均匀的封闭式和开口式微孔,具有强度较高、表观密度轻、隔热保温性能优、耐久性优、吸水率低、抗冻、隔音吸声好等优点,而且通过调整超轻陶粒的堆积密度和掺量,可生产出不同强度和密度的产品,适用于耐久性节能建筑的内,外墙砌体。
如果无机防火保温墙体材料的强度能够达到建筑要求,将具有良好的经济效益和社会效益,所以陶粒增强发泡水泥的研究具有重要意义。
目前,能源危机已经成为全世界关注的焦点,工业、交通、建筑是能耗较大的三大领域,而建筑领域的能耗表现得更为显著[-3],一方面在生产不同种类的建筑材料时,需要消耗不少的能源;另一方面,为了提供舒适的办公环境、生活环境、教学环境以及娱乐场所,需要消耗大量的能源[4-6]。
目前,欧美发达国家每年投资30%-50%的能源在建筑方面,而处于发展中的国家,在建筑方面每年能源的总消耗高达社会能耗的30%,因此,在建筑方面节约能源已成为当今社会的主题,成为了建筑界专业人士需要解决的首要问题[7-8]。
针对我国的国情,现代化步伐的加速,农村人口大量地转入城市,预计到2030年,我国已有65%以上的城市人口,而城市化人口数量的不断增加势必会导致房屋建筑材料和相应的配套设施成倍的扩建,为了满足住房和生活需求,需要不断地增加建筑能耗,随着能源的日益短缺,节能型建筑的提出成为当今社会的发展趋势[9-10]。
墙体材料的节能效果取决于其保温性能[11-12],处于寒冷地区的建筑物室内与室外的温差较大[13-14],如果使用保温性能好的建筑保温材料,室内的热量将很难被扩散掉,进而节约了能源[15],但是如果采用非节能型保温材料,室内的热量将通过热效应被大量扩散到室外,这就造成了能量的流失[16-17],可见,在墙体上采用节能型的保温材料至关重要[18-19]。
目前,市场上,被人们大量使用的保温材料[20-21]有两种,一种是有机的绝热材料,其产品量达90%以上,主要的产品有聚苯乙烯泡沫塑料和聚氨酯泡沫塑料[22-24],其优点是自身重量较轻、便于大规模生产和加工、具有良好的保温性能,但是同时也存在着许多的缺点,其中以燃烧等级低且燃烧产物有毒为最大弊端[25-26]。
另一类是无机的保温材料,主要是发泡水泥[27-31],这类保温材料在性能上克服了有机保温材料易燃烧[3]、有毒性的缺点,但该类保温材料的干密度是有机保温材料的十几倍[3],且产量、质量、工程要求等方面均不能满足国内广大建筑市场的需求[3],具有潜在的安全隐患。
因此,解决市场上无机保温材料的弊端[3]是非常有必要的。
针对上述市场上保温材料的弊端[3],我们主要研究了无机发泡水泥和优化发泡水泥的配料、掺量比、工艺流程,最终制备出满足我国房屋建筑材料标准[3]的高性能外墙体保温材料[3],推动我国建筑保温材料的发展[39]。
1.2陶粒及其陶粒增强发泡水泥的作用机理
1.2.1陶粒
陶粒属于人造轻集料,因其具有质轻和良好的保温性等特点[40],被广泛使用[41-45],其主要应用于下面几个方面:
(a)建筑材料
多于90%的陶粒用于建筑业,主要是与水泥混合制备的高性能混凝土。
(b)保温隔热防火材料
以陶粒为主要原料制备的耐火砖或板材等用于锅炉衬里、建筑物的顶部和外墙,同时作为填料用于充填在空心建筑材料中起到隔热保温的效果。
(c)过滤材料
在工业废水和生活废水处理中利用陶粒来净化污水,代替其它材料。
(d)农业领域
主要是在植物种植时作为介质或者对土壤进行调节作用。
(e)吸音材料
其材料可以作为吸音材料,吸音频率在1300~1400Hz之间。
陶粒按照原料分类分为粘土、页岩、粉煤灰和污泥陶粒等[46-50]。
其中粉煤灰陶粒,在近几年得到了大力地发展,一方面由于我国的粉煤灰作为废弃材料大量存在,原材料丰富,利用粉煤灰作为原材料制备陶粒得到了国家节能环保政策的鼓励;另一方面加工粉煤灰陶粒材料时成本较低,性能较好。
陶粒的制备[51-53]经过以下工艺流程图1-1:
图1-1粉煤灰陶粒的制备工艺流程图
粉煤灰陶粒外形为椭圆形的球体,表面光滑、低的空隙率以及坚硬的外壳使其具有较高的颗粒强度和较低的吸水率,内部为多孔的发泡结构,赋予其轻质保温的特性[],将其掺入到水泥浆体中,与水泥牢固的胶结在一起,制备出高性能砌块,该陶粒增强水泥基自保温砌块具有密度小、自重轻、高强度、自保温、抗震性与耐久性好等技术特性[54],陶粒增强发泡水泥的工艺流程图如图1-2
图1-2陶粒增强发泡水泥的工艺流程图
1.2.2陶粒增强发泡水泥的增强机理
将陶粒掺入水泥体系中制备高性能的发泡水泥[55],但是由于陶粒的密度较轻,在制备过程中容易出现陶粒上浮[56]的现象,大大地降低了浆体拌合物的稳定性,导致拌合物分层离析,养护期过后断面的外观差且强度较低。
而若向其中掺入一定的泡沫或对浆体进行发泡,一定程度上能够避免这一缺点。
因此,可以通过向搅拌均匀的水泥浆体中引入气泡以便改善陶粒发泡水泥的力学性能和导热系数,满足我国对建筑保温材料的要求和规定。
国内对于陶粒混凝土和泡沫混凝土的研究较多,但对于陶粒轻集料与发泡水泥复合起来的研究较少。
(1)作用机理
轻集料陶粒与水泥浆体相互作用机理[57]如下:
陶粒能够与水泥浆体发生化学反应。
由于陶粒表面粗糙且有细小的微孔,能够与水泥的水化产物之间具有强的机械吸附作用,在产品的养护期间,陶粒内水分会被缓慢流失,使得处于界面间的水泥水化更加彻底,反应过程进行得更加完全,因此粘结力更加牢固。
陶粒与水泥间发生化学反应增加了发泡水泥的强度,由陶粒的组成可知,陶粒是非常稳定的材料,但是在界面处存在着界面反应,增强了界面处的粘结强度。
发泡水泥在养护期间会有一定地收缩,会使陶粒增强发泡水泥界面的结构受到约束应力的作用。
(2)陶粒对发泡水泥强度的作用
陶粒增强发泡水泥的强度主要受三个方面的影响:
陶粒本身的强度、水泥自身的强度、轻集料陶粒与水泥浆体界面过渡区的强度[58]。
陶粒本身强度对陶粒发泡水泥的强度影响非常重要,呈现出正相关的关系,在陶粒发泡水泥中轻集料陶粒所占的体积在70%左右,一方面起到了填充作用,另一方面起到了支撑作用构成水泥制品的刚性结构。
普通的发泡水泥在硬化过程中常常会体积收缩很有可能产生细小的裂纹,当给发泡水泥施加压力时,压力荷载超过极限压力的30%时,微小的裂纹会变大,随着荷载压力的不断增大,裂纹最后扩展形成网络,发泡水泥被破坏。
当向水泥浆体中掺入陶粒时,水泥和陶粒界面的粘结强度增强,发泡水泥强度增强,在受到压力荷载时不易产生裂纹,从而使轻集料陶粒发泡水泥不易被破坏。
1.3本课题的研究内容
发泡水泥是我国现阶段建筑材料行业重点研究的发展方向,符合环保节能的要求,具有重要的研究价值。
具有保温效果,还能杜绝火灾的发生,寿命长[58],但是发泡水泥目前存在着导热系数较高、强度较差、容重大等缺点,使其尚不能完全取代碳氢高分子材料,限制了其在建筑上的使用。
这就需要我们给予更多的关注和投入,给社会带来福祉。
发泡水泥目前存在着导热系数较高、强度较差、容重大等缺点,本课题主要通过两种方式改善其性能,一种方式是通过向水泥浆体中掺入聚乙烯醇制备增强发泡水泥,另一种方式是通过向水泥浆体中掺入适当的陶粒制备陶粒增强发泡水泥。
研究内容如下:
陶粒增强发泡水泥的制备及其性能影响的研究
本课题研究了陶粒掺量对陶粒增强发泡水泥性能的影响,通过测定试样的力学性能以及吸水率三个性能指标,优化最恰当的陶粒掺入量。
本课题研究了减水剂掺量对陶粒增强发泡水泥性能的影响,通过测定试样的强度以及吸水率三个性能指标,优化减水剂的最佳添加量,并解释了其对水泥料浆的作用,探讨了其作用机理。
本课题研究了水泥掺量对陶粒增强发泡水泥性能的影响,以力学性能为指标,确定了水泥的最佳掺量。
1.4陶粒增强发泡水泥制备的创新点
(1)本课题在制备发泡水泥时,向浆体中掺入了陶粒制备陶粒增强发泡水泥,利用陶粒的高强度、低密度以及陶粒的多孔椭圆状来改善发泡水泥的干密度、导热系数以及力学性能。
(2)本课题优选粉煤灰陶粒,是一种符合现代建筑特点和要求的环境友善型材料。
(3)本课题添加羧甲基纤维素钠盐改善了骨料与水泥浆之间的薄弱区,提高了黏结强度,使发泡水泥的力学性能和耐久性显著提高,解决了陶粒上浮的问题。
2实验内容
2.1原材料
在发泡水泥制备过程中所用的原材料主要有水泥、水、发泡剂,为了改善发泡水泥常常向其中掺入一些轻集料和掺合料以及外加剂,其作用一是改善了发泡水泥的性能,二是大大降低了制造的成本价,尤其选用废弃物作为掺合料[59]。
本实验在对发泡水泥的制备中选用有机纤维、白泥纤维、陶粒、珍珠岩、白泥作为轻集料和掺合料和部分外加剂。
2.1.1水泥
本课题采用的是最常见的水泥盾石牌42.5普通硅酸盐水泥,这种水泥不仅资源广,而且性能优异,其主要成分为表2-1,主要性能为表2-2。
表2-1水泥的主要化学成分
化学成分
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
f-CaO
碱含量
LOI
含量/%
21.68
5.34
3.47
64.98
1.17
0.58
1.04
2.68
表2-2水泥的主要性能
强度等级
抗压强度/MPa
抗折强度/MPa
凝结时间/min
3d
28d
3d
28d
初凝
终凝
42.5
27.5
45.6
4.5
8.1
123
232
2.1.2陶粒
陶粒自身集优点于一身,本课题选用的粉煤灰陶粒由上海洁联环保科技有限公司提供,其主要性能如下表2-3,其外观图如图2-1
表2-3煤灰陶粒的主要性能
堆积密度/kg/m3
筒压强度/MPa
吸水率
粒径/mm
323.51
1.5
11%
5-10
图2-1粉煤灰陶粒外观
2.1.3发泡剂
本试验发泡剂选用的是过氧化氢(H2O2),其水溶液俗称双氧水(30%),在二氧化锰作催化剂的作用下,目前最被认可的反应原理是:
MnO2+H2O2+2H+→Mn2++O2+2H2O
H2O2+Mn2+→MnO2+2H+
Fe3+催化的机理与之类似
H2O2+2Fe3+→2Fe2++2H++O2↑
H2O2+2Fe2++2H+→2Fe3++2H2O
由于铁离子的氧化性较弱,所以该反应的第一步进行较慢,造成铁离子的催化性能不及二氧化锰的催化性能。
2.1.4外加剂
在实验中本课题使用的外加剂见表2-4:
表2-4外加剂
名称
主要成分
规格
产地
催化剂
二氧化锰
化学纯
江苏友联金属制品有限公司
稳泡剂
硬脂酸钙
化学纯
石家庄市德塑助剂有限公司
分散剂
羧甲基纤维素钠盐(CMC)
化学纯
保定市捷浩纤维素销售有限公司
减水剂
萘系
浙江五龙外加剂厂
2.2主要仪器
在实验中本课题主要应用的仪器如下表2-5:
表2-5主要仪器
名称
型号
产地
强力电动搅拌机
DLJ
无锡新强搅拌设备有限公司
万能材料实验机
PT-1036PC
台湾宝大国际仪器有限公司
电热鼓风干燥箱
202-00
承德市聚缘检测设备制造有限公司
X光衍射仪
D/max2200PC
长寿搏盛量子科技有限公司
模具
10cm10cm10cm
2.3性能测试方法
2.3.1力学性能测试
参照我国标准GB/T5486-2008,在万能材料试验机上进行测试,抗压强度测试结果按照公式2-1进行处理:
(2-1)
式中:
为试件的抗压强度,单位为MPa;P1为试件的破坏荷载,单位为牛顿(N);S为试件的受压面积,单位为mm2
抗折强度测试结果按照公式2-2进行处理:
(2-2)
式中:
R为试件抗压强度,单位为MPa;P2为试件的破坏荷载,单位为牛顿(N);L2为下支座辊轴中心间距,单位为毫米(mm);b为试件宽度,单位为毫米(mm);h为试件厚度,单位为毫米(mm)。
2.3.2吸水率的测试
参照国家标准GB/T5486-2008,对试件的吸水情况进行测试,测试结果按照公式2-3进行处理:
(2-3)
式中:
为试件的质量吸水率;Gs为试件浸水后的湿质量,单位为千克(kg);Gg为试件浸水前的干质量,单位为千克(kg)。
2.3.3水化产物的物相
采用X光衍射仪(XRD)对陶粒砌块试样进行分析(分别取编号为J0、J4试样小块),具体方法为:
将其沉浸在无水乙醇中,使水化停止,待XRD测试之前,拿出烘干。
2.3.4形貌分析
采用观察法,切去试样的上弧面,观察断面处孔的分布、大小和形状。
2.4不同陶粒掺量的实验测试方法
本课题研究了不同掺入量的陶粒对发泡水泥的性能影响,通过大量的实验,最终确定了水泥量分别取200kg/m3、220kg/m3、240kg/m3,向其中掺入不同量的陶粒,制备陶粒增强发泡水泥,工艺流程如图3-1。
图3-1陶粒增强发泡水泥工艺流程图
具体配料比为表3-1。
编号
水泥(kg/m3)
陶粒(kg/m3)
减水剂(kg/m3)
催化剂(kg/m3)
稳泡剂(kg/m3)
CMC(kg/m3)
E1
200
0
0.4
0.2
1
0.8
80
0.4
0.2
1
0.8
90
0.4
0.2
1
0.8
100
0.4
0.2
1
0.8
110
0.4
0.2
1
0.8
120
0.4
0.2
1
0.8
E2
220
0
0.4
0.2
1
0.8
80
0.4
0.2
1
0.8
90
0.4
0.2
1
0.8
100
0.4
0.2
1
0.8
110
0.4
0.2
1
0.8
120
0.4
0.2
1
0.8
E3
240
0
0.4
0.2
1
0.8
80
0.4
0.2
1
0.8
90
0.4
0.2
1
0.8
100
0.4
0.2
1
0.8
110
0.4
0.2
1
0.8
120
0.4
0.2
1
0.8
0
0.4
0.2
1
0.8
2.5不同减水剂掺量的实验测试方法
在水泥料浆中掺入减水剂,能够改善传统的水泥基材料,较为全面地提高该制品的综合性能,能够增强新拌水泥料浆的流动状态,减少水泥的用量、提高试样力学性能等。
为此,将萘系减水剂作为外加剂的一种,掺入到陶粒增强发泡水泥浆体中,来改善发泡水泥的性能,本课题主要探索了减水剂掺量对发泡水泥力学性能和吸水率的影响,同时研究了减水剂在水泥浆体中的作用机理,其具体为在单位体积内取水泥为240kg,陶粒为选取最适量,即110kg/m3,改变减水剂的掺量,具体配料必为表3-2
表3-2不同减水剂掺量的陶粒增强发泡水泥的配料比
编号
水泥(kg/m3)
陶粒(kg/m3)
减水剂(kg/m3)
催化剂(kg/m3)
稳泡剂(kg/m3)
CMC(kg/m3)
J0
240
110
0
0.2
1
0.8
J1
240
110
0.1
0.2
1
0.8
J2
240
110
0.2
0.2
1
0.8
J3
240
110
0.3
0.2
1
0.8
J4
240
110
0.4
0.2
1
0.8
J5
240
110
0.5
0.2
1
0.8
J6
240
110
0.6
0.2
1
0.8
3结果与讨论
粉煤灰陶粒外形为椭圆形的球体,表面光滑、低的空隙率以及坚硬的外壳使其具有较高的颗粒强度和较低的吸水率,内部为多孔的发泡结构,赋予其轻质保温的特性[],将其掺入到水泥浆体中,与水泥牢固的胶结在一起,制备出高性能砌块,该陶粒增强水泥基自保温砌块[60]具有自重轻、高强度、自保温、抗震性等技术特性。
本课题研究了不同掺量的陶粒、减水剂和发泡剂对试样性能的影响,确定出了最佳掺量。
3.1陶
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 硝化细菌