沙漠绿化砖的制备及性能研究

论文摘要

经过对砂岩结构及化学成分的研究分析,采用以沙子为固沙基材,水玻璃为胶黏剂、铝盐溶液为固化剂,在其中掺入具有吸水保水、抗渗、抗冻、保肥等多种作用的膨润土进行改性制备出抗压强度在12-14MPa的新型低成本高性能沙漠绿化砖。采用正交试验和控制变量法深入研究了水玻璃用量、固化剂浓度和固化时间对固沙材料物理力学性能的影响,从而确定了制备固沙材料-绿化砖的最佳工艺参数。论文系统研究了沙漠绿化砖的结构和物理性能,在实验基础上对沙漠绿化砖的固化机理进行深入分析和研究。利用扫描电子显微镜（SEM）对粘结剂及沙漠绿化砖内部结构进行观察,发现水玻璃与铝盐形成胶质速度及数量随铝盐浓度增大而提高；固沙砖内部粘结胶质形态随铝盐浓度升高由针状变为球形且裂纹数量减少,致使粘结强度增高,材料力学性能增强。通过傅里叶红外光谱（FTIR）和X-射线衍射（XRD）对水玻璃与铝盐形成胶质分析,结果表明：水玻璃中存在Si-O键振动峰、Si-O-Si键开链物及三聚体环振动吸收峰,验证水玻璃发生自身脱水缩聚反应,可形成环状聚合物；加入铝盐后的红外光谱图中在上述基础上新增Si-O-Al键吸收峰以及其中的Al-O、Si-O键特征峰。XRD图谱表明其中的铝硅酸盐为非晶态衍射峰,说明铝盐加入与水玻璃反应形成含Si-O-Al键的非晶态铝硅酸盐。反应机理为：AlCl3水解形成Al（OH）3及H+,H+与水玻璃反应形成Si（OH）4, Si（OH）4发生脱水缩聚反应,同时Al（OH）3与Si（OH）4发生缩聚反应,形成含有Si-O-Al键、Si-O-Si键及游离Si-OH键的非晶态铝硅酸盐缩聚物,形成网络结构,将沙粒粘结在一起。差热分析DSC-TG测试结果表明：加入铝盐提高了粘结剂稳定性,并通过热分解过程验证铝盐与水玻璃反应形成含有Al-O-Si键的铝硅酸盐。最后本研究对沙漠绿化砖的耐候性进行了系统测试研究,结果表明该固沙材料具有良好的耐水性、耐老化性、抗冻融稳定性和抗风蚀能力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 国内外沙漠化现状及发展趋势
• 1.2 防治沙漠化主要措施
• 1.2.1 机械工程固沙技术
• 1.2.2 植物固沙技术
• 1.2.3 化学固沙技术
• 1.2.4 综合固沙技术
• 第二章 固沙材料设计原理
• 2.1 化学固沙方法的发展
• 2.2 砂岩结构及成分分析
• 2.3 膨润土在沙漠治理中的应用
• 第三章 实验材料及方法
• 3.1 试验用原材料
• 3.1.1 试验原料
• 3.1.2 添加剂
• 3.2 试验设备
• 3.3 性能测试方法
• 3.3.1 孔隙率及吸水率测定
• 3.3.2 抗压强度测定
• 3.3.3 耐水保留强度测定
• 3.3.4 耐老化性测定
• 3.3.5 抗冻融稳定性测定
• 3.3.6 X-射线衍射分析（XRD）
• 3.3.7 红外光谱分析（FTIR）
• 3.3.8 扫描电子显微镜分析（SEM）
• 3.3.9 差热分析（DSC-TG）
• 第四章 沙漠绿化砖制备工艺设计
• 4.1 试验方法
• 4.1.1 模具设计及选择
• 4.1.2 制备流程
• 4.2 正交试验法
• 4.3 控制变量法
• 4.3.1 水玻璃用量影响
• 4.3.2 固化剂影响
• 4.3.3 固化时间影响
• 4.4 膨润土对绿化砖性能的影响
• 4.5 本章小结
• 第五章 沙漠绿化砖的结构研究
• 5.1 SEM分析
• 5.2 FTIR分析
• 5.3 XRD分析
• 5.4 DSC-TG分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 沙漠绿化砖的性能研究
• 6.1 耐水性测试分析
• 6.2 耐老化性测试分析
• 6.3 抗冻融稳定性测试分析
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 在读期间发表论文
• 在读期间申请专利
• 致谢
• 参考文献