為解決傳統(tǒng)保溫材料和氣凝膠在建筑節(jié)能領(lǐng)域應(yīng)用所存在的問(wèn)題,本論文從骨料創(chuàng)新入手,提出以廉價(jià)膨脹珍珠巖（Expanded perlite,EP）為載體,SiO2氣凝膠為填充體,制備合成一種新型復(fù)合保溫材料——?dú)饽z膨脹珍珠巖（Aerogel-expanded perlite,AEP）,使氣凝膠獲得載體EP保護(hù)的同時(shí)有效降低EP的導(dǎo)熱系數(shù),也使氣凝膠能夠應(yīng)用于水泥基材料,并進(jìn)一步降低氣凝膠的使用成本。本論文對(duì)AEP的制備工藝及性能、AEP在水泥基材料中的應(yīng)用及對(duì)水泥基材料性能的影響機(jī)理,以及AEP保溫砂漿的制備及其在建筑節(jié)能應(yīng)用中的經(jīng)濟(jì)性等問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)研究,主要工作及主要結(jié)論如下:1.采用微觀表征和導(dǎo)熱系數(shù)試驗(yàn),研究了常壓干燥技術(shù)制備SiO2氣凝膠各工藝階段變量對(duì)氣凝膠微觀特征和導(dǎo)熱系數(shù)的影響規(guī)律,獲得了適用于AEP制備要求的SiO2氣凝膠制備方法,制備的疏水SiO2氣凝膠表觀密度≤130kg/m3,導(dǎo)熱系數(shù)低至0.022W/（m·K）。2.對(duì)SiO2溶膠黏.

常用的低密度減輕材料漂珠產(chǎn)量較少、貨源緊缺,單一的漂珠作為減輕劑導(dǎo)致生產(chǎn)成本高,因此優(yōu)選了一種成本低、來(lái)源廣的減輕材料-改性膨脹珍珠巖。提出在漂珠低密度水泥漿中復(fù)配部分改性膨脹珍珠巖的方案。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果表明,該體系密度在1.45 g/cm~3～1.60 g/cm~3可調(diào),水泥漿具有良好的沉降穩(wěn)定性、流變性,且失水量少、早期強(qiáng)度高等特點(diǎn)。對(duì)比同一密度下,采用部分改性膨脹珍珠巖復(fù)合漂珠的低密度水泥漿與單一的漂珠低密度水泥漿相比,在性能差別不大的情況下能有效的降低成本。該體系在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用6井次,固井電測(cè)解釋表明,水泥漿返高能達(dá)到設(shè)計(jì)要求,而且固井質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì),能夠滿足油氣層段開采需求。

以脫硫石膏、膨脹珍珠巖為主要原材料制備膨脹珍珠巖/脫硫石膏復(fù)合材料，利用單因素試驗(yàn)法研究了材料制備方式、試件振搗次數(shù)、膨脹珍珠巖摻量等對(duì)其性能的影響，并確定出優(yōu)制備方式。結(jié)果表明，采用脫硫石膏與檸檬酸先混合攪拌均勻，再加入膨脹珍珠巖攪拌，后加入水?dāng)嚢?，直接成型，?dāng)膨脹珍珠巖的摻量為2.0%時(shí)，制備的復(fù)合材料絕干抗折強(qiáng)度、絕干抗壓強(qiáng)度、飽水抗折強(qiáng)度和飽水抗壓強(qiáng)度分別為3.83MPa、8.92MPa、1.66MPa和4.26MPa，干表觀密度為1.166g/cm3，滿足規(guī)范使用要求?；炷翗?gòu)件內(nèi)部或表面難以避免出現(xiàn)裂縫,裂縫的產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致其耐久性降低?；谂蛎浾渲閹r固載微生物的裂縫自修復(fù)混凝土具有良好的裂縫自修復(fù)能力,有效降低混凝土的維護(hù)費(fèi)用。然而,隨膨脹珍珠巖摻量的增大,混凝土的力學(xué)性能會(huì)顯著降低。首先考察了膨脹珍珠巖摻量對(duì)該混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度的降低程度,然后進(jìn)一步考察了硅灰和聚丙烯纖維對(duì)該混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度的增強(qiáng)作用。試驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)膨脹珍珠巖摻量由0增加到90%時(shí),混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度降幅達(dá)62.1%;摻入硅灰可以明顯提高該混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度,當(dāng)硅灰摻量由0增加到10.5%時(shí),混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度增幅達(dá)25%;摻入聚丙烯纖維也可以顯著提高該混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度,當(dāng)聚丙烯纖維摻量由0 kg/m~3增加到1.8 kg/m~3時(shí),混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度由1.94 MPa增加到2.55 MPa,增幅為31.4%。

膨脹珍珠巖保溫板具有保溫隔熱、輕質(zhì)不燃的優(yōu)良性能,在建筑外墻保溫中具有較好的應(yīng)用前景。目前各種膨脹珍珠巖保溫板之間的主要區(qū)別在于膠結(jié)劑的不同,由于所采用的傳統(tǒng)膠結(jié)劑在其性能上具有一定的局限性,會(huì)導(dǎo)致制備出的膨脹珍珠巖保溫板強(qiáng)度偏低,導(dǎo)熱系數(shù)偏高,一定程度上限制著膨脹珍珠巖保溫板在大范圍推廣應(yīng)用。微生物礦化沉積技術(shù)作為一種新型的生物質(zhì)膠結(jié)劑制備方法,礦化沉積碳酸鈣可以有效地膠結(jié)膨脹珍珠巖顆粒,從而提高膨脹珍珠巖保溫板的強(qiáng)度。因此,本課題組提出將微生物礦化方法與輕質(zhì)、多孔、價(jià)格低廉的膨脹珍珠巖結(jié)合,采用微生物礦化來(lái)增強(qiáng)膨脹珍珠巖保溫板的性能。本文對(duì)微生物KJ01的礦化沉積效率及將微生物礦化增強(qiáng)膨脹珍珠保溫板的性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究,并通過(guò)電鏡掃描和物相分析的方法對(duì)其進(jìn)行微觀機(jī)理分析,主要工作如下:（1）首先對(duì)微生物KJ01脲酶的活性及礦化沉積的效率進(jìn)行了研究,考察了培養(yǎng)基pH值、培養(yǎng)基的接種量、尿素激發(fā)劑的摻量、培養(yǎng)溫度及培養(yǎng)時(shí)間對(duì)微生物KJ01脲酶活性的影響;然后對(duì)影響微生物KJ01礦化沉積效率的因素進(jìn)行了試驗(yàn)分析,研究了環(huán)境溫度、礦化沉積的時(shí)間、菌液濃度、尿素濃度、鈣離子的濃度及無(wú)機(jī)鈣源對(duì)