无机胶凝多孔固沙砖的制备及性能表征

摘要

沙漠化迅速扩张及沙尘暴频繁发生，不仅造成生态环境的急剧恶化和巨大的经济损失，甚至引发某些地区的社会问题。因此研究低成本的新型固沙材料和治沙技术方法是遏止目前日益猖獗沙漠化的一项十分迫切的任务，而且对改善我国沙漠生态环境，促进西部大开发，加快社会经济稳定增长具有重要意义。
　　 本文采用了“以沙治沙”的构想：以沙漠沙为骨料，水玻璃为胶凝剂，石膏为成型助剂，在AlCl3固化液中固化制备出具有一定强度、良好的耐候性能、施工便利、成本低廉且环境友好的无机胶凝固沙砖。并针对青海湖的气候和沙漠特点，采用了一项工程固沙-植物固沙-化学固沙一体化治沙的新型模式：以多孔固沙砖辅工程固沙，化学固沙保护植物生长，植物固沙改善生态。
　　 根据固沙砖的成型特点和测试要求，设计出模具制取多孔固沙砖样品，讨论其胶凝剂用量、固化剂浓度、固化时间、搅拌时间、添加助剂等因素对固沙砖抗压强度与耐水性的影响，确定最佳的配比和工艺参数；在最优条件下，使用OJ4-35空心砖成型机制备具有良好保水性的固沙砖，并对其性能进行了初步表征研究。
　　 通过对水玻璃与AlCl3固化反应机理研究，推断水玻璃与AlCl3固化剂发生反应时生成了无定形硅硅凝胶和含有Si-O-Al键的胶团物填充了沙粒之间的孔隙，并起到粘结沙粒的作用。在考察所制备的固沙砖的耐候性时，发现固沙砖随着放置时间延长会出现粉化现象，因此本文通过对水玻璃与固化剂不同反应阶段的红外分析研究其反应过程和粉化原因，可知在固化反应过程中随着时间的延长，不同官能团特征峰也随着发生变化，由此可推断出造成固沙砖粉化的主要原因是由于残留在固沙砖中盐分受潮后水份分解固化反应胶凝物，致使固沙砖粉化，因此本论文根据其粉化原因提出了水洗的方法解决固沙砖粉化问题，并取得一定的成效。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 沙漠化现状及发展趋势

1.1.1 全球沙漠化现状及发展趋势

1.1.2 我国沙漠化现状及发展趋势

1.2沙漠治理的必要性和迫切性

1.3 治理沙漠化技术方法

1.3.1 机械工程固沙技术

1.3.2 植物固沙技术

1.3.3 化学固沙技术

1.3.4 复合固沙技术

1.4 论文研究目的与意义和主要内容

第二章 多孔沙砖固沙原理设计

2.1 固沙砖的制备原理和要求

2.2 模具设计和设备选择

2.3 本课题固沙模式的设计

2.4 本章小结

第三章 多孔固沙砖的制备

3.1 实验原料及仪器

3.1.1 实验原料

3.1.2 实验仪器

3.1.3 材料制备的工艺流程

3.1.4 材料抗压压强度的测试

3.1.5 材料浸水强度的测试

3.1.6 材料孔隙率和吸水率的测试

3.2 水玻璃粘结原理

3.3 材料成型性研究

3.3.1 粉体助剂辅助成型的探索

3.3.2 石膏粉体助剂对不同地区沙子辅助成型的讨论

3.4 固沙材料制备工艺研究

3.4.1 水玻璃添加量对材料性能的影响

3.4.2 石膏添加量对材料性能的影响

3.4.3 固化液对材料性能影响

3.4.4固化时间对材料性能影响

3.4.5 搅拌时间对材料性能影响

3.4.6 不同时间段添加水玻璃对材料强度的影响

3.5 添加粉体助剂对材料性能的影响

3.5.1 添加高岭土和Al2O3对材料下性能影响

3.5.2 添加粘土对材料性能的影响

3.6 本章小结

第四章 复合固化液对材料性能影响研究

4.1 复合固化液复合比例对材料性能的影响

4.2 复合固化液复合比例对材料抗冻影响

4.3 复合固化液复合比例对添加粘土材料强度的影响

4.4 粘土添加量对材料抗冻性能影响

4.5 粘土添加量对材料吸水率孔隙率的影响

4.6 本章小结

第五章 多孔固沙砖中试制备与性能表征

5.1 多孔固沙砖的中试制备研究

5.1.1 多孔固沙砖的制备工艺流程

5.1.2 多孔固沙砖成型时间探索

5.2 多孔固沙砖的性能表征

5.2.1 固沙砖耐候性

5.2.2 固沙材料循环耐水性

5.2.3 固沙材料抗冻稳定性

5.2.4 材料抗冻融性

5.2.5 植物生长相宜性

5.3 本章小结

第六章 固化和粉化机理的推断

6.1 水玻璃与AlCl3反应固化机理推断

6.2 材料粉化机理推断

6.3 本章小结

结论与展望

参考文献

致 谢

学术论文与研究成果