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秸秆露天焚烧产生了大量有害气体,造成了严重的空气污染,影响了人们的正常生活。为减少秸秆焚烧,提高秸秆的利用率,使之变废为宝,拓展新型建筑材料领域,本文将预先粉碎的农作物秸秆与氯氧镁水泥复合制备了环境友好型墙体保温材料。
本文首先对氯氧镁水泥基体配比进行了优化调整,得到了性能最优的基体配方(MgO:MgCl2:H2O=13:1:13),并以此配方为基础系统研究了多种外加剂(改性剂及速凝剂)对氯氧镁水泥水泥耐水性及凝结时间的影响,得到了能够有效提高MOC耐水性及促进MOC凝结的改性剂和速凝剂。
根据化学组成、温度、摩尔比及外加剂对MOC水化反应放热速率的影响,结合MOC水化反应机理将MOC水化反应分为五个阶段,并对每个阶段的化学反应进程进行了定位；根据MOC水化反应机理及Rietveld定量分析原理,从理论上建立了计算水化反应放热的方法,并对该方法进行了验证,发现所建理论方法与实际存在一定误差,但是此方法为从理论上计算水化反应放热提供了思路:以硅酸盐水泥水化动力学方程为基础,建立了表征MOC水化反应行为的水化反应动力学模型,为解释MOC水化反应进程提供了依据。
为了规范秸秆-氯氧镁水泥墙体保温材料生产制备过程,基于复合材料基本理论,根据MOC浆体与秸秆在不同条件下的堆积方式,从理论上建立了配合比设计模型。基于所建容重预测模型的配合比设计方法,提出了秸秆-氯氧镁水泥墙体保温材料导热系数及强度的理论预测模型,并通过试验的方法对上述方法和模型进行了验证和修正。在此基础上预测了秸秆掺量对秸秆-氯氧镁水泥复合保温材料容重、抗压强度、导热系数的影响,为秸秆-胶凝材料复合保温材料体系的设计和施工提供了理论依据。
分别系统的研究了原材料组成、配合比、矿物掺合料、改性剂及骨料等对MOC体积稳定性的影响,发现煅烧温度较低的MgO膨胀量远小于煅烧温度较高的MgO,改性剂、矿物掺合料及骨料均能有效降低MOC样品的膨胀。从宏观微应变变化、物相组成及水化反应理论三方面解释了MOC发生膨胀的根本原因:MgO未完全反应,在潮湿环境中吸潮进而转变为Mg(OH)2,从而导致了膨胀现象的发生。
从碳化和冻融两方面研究了MOC体系的耐久性。借助XRD及Rietveld方法,系统的研究了MOC样品碳化反应机理,发现碳化产物主要包括Mg(OH)2·2MgCO3·MgCl2·6H2O、Mg5(CO3)4(OH)2·4H2O、MgCO3·3H2O和MgCO3,其中,MgCO3·3H2O是试验新发现的一种碳化产物,碳化反应机理为:1)3Mg(OH)2·MgCl2·8H2O转化为Mg(OH)2·2MgCO3·MgCl2·6H2O;2)Mg(OH)2·2MgCO3·MgCl2·6H2O中的MgCl2溶出生成Mg5(CO3)4(OH)2·4H2O；3)Mg5(CO3)4(OH)2·4H2O转化为MgCO3·3H2O,此机理解释了MOC开裂的根本原因。研究了各种可能影响MOC抵抗冻融循环能力的因素(包括改性剂、溶液种类、秸秆掺量和砂)后,除高掺量秸秆的MOC配比(体积掺量为56.8％)不能抵抗150次冻融循环外,其它配比均能抵抗至少150次冻融循环而不发生破坏。
基于对秸秆-氯氧镁水泥体系基本性能(容重、导热系数、强度及耐水性等)的研究,通过试验优化了秸秆-氯氧镁水泥空心条板的生产工艺,并得到了性能优异的秸秆-氯氧镁水泥空心条极,同时该空心条板已在京沪高铁配电房工程中成功应用。