论文总字数：19462字

目 录

1绪论 1

1.1研究背景 1

1.2发泡水泥概述 2

1.2.1发展历程 2

1.2.2定义 2

1.2.3发泡水泥的特点 3

1.2.4发泡水泥与泡沫塑料的比较 3

1.2.5发泡水泥的应用 4

2试验原材料、设备及试验方法 7

2.1试验原材料 7

2.1.1胶凝材料 7

2.1.2填充料 7

2.1.3发泡剂 7

2.1.4外加剂 7

2.2主要实验设备 8

2.3泡沫混凝土的制备方法 8

2.4主要性能测试方法 8

2.4.1试样的制备 8

2.4.2干密度试验步骤 8

2.4.3泡沫混凝土的抗压强度σ（MPa）的测试方法 9

2.4.4泡沫混凝土的导热系数λ(W/(m·K))的测试方法 9

3泡沫混凝土的制备及主要性能研究 10

3.1泡沫混凝土主材的配方研究 10

3.2水料比 11

3.2.1水料比的影响 11

3.2.2试验结果及分析 12

3.3发泡剂 14

3.3.1发泡剂掺量的影响 14

3.3.2实验结果及分析 14

3.4稳泡剂 16

3.4.1泡沫的稳定性 16

3.4.2试验结果及分析 16

3.5催化剂 18

3.5.1二氧化锰掺量的影响 18

3.5.2试验结果及分析 18

4操作流程的改进 21

4.1实验操作过程中的弊端 21

4.2提出方案 21

4.3方案所需的仪器： 21

4.4流程简析 21

4.5程序的实现思路 21

4.6问题的解决 21

4.6.1数字的分割 21

4.6.2特征的提取 22

4.6.3数字的拼接 23

4.7数据的存储 23

4.8实际操作中的遇到的问题与解决 24

5结论与讨论 25

5.1结论 25

5.2讨论 25

参考文献： 26

致谢 27

绪论

研究背景

近年来，伴随着九年制义务教育的推广以及历任国家领导人对科技的重视，终于，知识分子的基数在逐渐增加，但是对于我们工科的学生，重视实验，特别是对于我们材料专业，此篇文章的目的主要是针对刚刚开展某个领域研究的学生。

实验的开展，一般是针对自己的导师，根据导师的主要研究方向来确定自己的实验内容，这样可以在之后更有效的询问实验后期的改进问题。本人的导师的主要研究方向有关保温材料和涂料，因此我的方向选择主要为水泥保温材料，具体而言即为改性的发泡水泥。

由于传统学术期刊的封闭、文章作者付费提交审核的模式，限制了底层研究者的资源获取，图表中的数据无法获取，因此，需要有一个方法将图像转换成数据。拥有了这些数据之后，便可以开展自己的实验，可以按照文献的方法进行实验，查看自己的结果与文献有何区别，从而调整自己的操作，这一操作，从定性分析转为了定量分析。完成了上述步骤之后，在保证自己的操作没有错误的前提下，可以选择自己感兴趣的方向进行研究，进行单因素分析。文献中的实验应该能重复实现，否则其真实性难以保证。

样品的制备流程根据实验数据进行调整，之后的问题便是实验性能的测试，由于实验环境比较简陋，在测量导热系数的过程中，实验过程枯燥，且精确度不高，不能获得完整的数据变化，因此，本人改进了该实验的记录过程。

近年来，计算机科学的发展，使得各行各业的发展正在遭受着变革，尽管最初实验数据都是手动记录，但是在拥有了一定的条件后便可以自己实现解放双手的目的。其次，计算机数据的记录高效而便捷，可以节约自己很多的时间。这正是计算机行业高速发展的原因，人工智能的时代即将到来，如果仍然拘泥于传统的方式，最终只能被时代所抛弃。

国际上由于面临着资源短缺方面的问题，各类能源的开放层出不穷，新能源的发展被提上了台面，另一发面，能量的储存尤为重要，尤其是目前提倡绿色发展的今天，随着城市化进程的推进，各类建筑的保温能力严重关系到电力的节约。随着全球变暖和人民生活水平的提高，炎热的夏季对空调的需求也在增加。尤其是在我国，如果能将墙体的保温性能改善，能节约多么庞大的一笔资源。

反观国内，建筑节能已成为影响我国能源可持续发展战略决策的关键因素，能源压力过大以及环境污染严重加速了社会对发展绿色节能建筑的需求，中国建筑面积能耗高于发达国家，表明发展空间充足。在节约资源、减弱环境污染程度的大背景下，需要发展绿色节能建筑、推进住宅产业化、增加住宅使用寿命、研发持续高效的外墙保温材料。针对建筑行业发展的具体要求，提出具有优异节能性能的墙体材料，然后在此基础上研发绿色、防火、耐久的墙体结构，一定程度上形成功能集成化技术，拥有在绿色建筑行业的评价体系，以及最后阶段的建筑废物无害化处理并进行资源重复利用。

当下，市场上大部分是中低端新型建材产品，基本找不到高端节能减排的产品，国内企业对此很少投入，为了改变现状，促进实验成果工业化、建材节能化，住房和城乡建设部和科技部联合发布了“现有建筑节能改造推广目录”。新型保温材料包括水泥泡沫保温板。

我国当下的总能耗的40%被建筑能耗占据，为了顺应全球节能减排的趋势，我国能耗大头的建筑群体的节能趋势日趋严峻，另一方面，这为外墙保温材料的发展带来了充分的动力。

建筑物隔热是指施加到建筑物墙壁或外墙上的材料层，其可以阻碍热量的传播。换句话说，冬季和冬季隔热的隔热效果是建筑材料主要分为无机和有机类。目前，90％的入住率是有机绝缘材料。之所以用所高的市场占有率，归因于其在低成本制作下仍具有良好的保温效果，但是耐火性差是限制其应用继续扩展的难题。在发生火灾时，有机绝缘材料的可燃性会加剧火灾。这一方面激起了人们对无机类建筑保温材料的需求，大大推动了材料的发展，尤其是发泡水泥的研究。

良好的保温性能不仅是发泡水泥所具有的，并且拥有在防火方面具有优良的安全性能，其燃烧性等级达到了不燃的A级。另一方面，由于发泡水泥内部空隙的存在，降低了密度同时增加了隔热效果，减少了原料的使用；原料中的粉煤灰是来自火力发电厂的废弃物处理，体现了绿色环保意识。除了上述特性之外，泡沫水泥还广泛用于灌装和建筑结构材料（如道路和土木工程）的应用。其在使用过程中具有较强的抗渗性、优异的成型精度、砌筑方便、较长使用寿命的特点。

发泡水泥概述

发展历程

以1820年为起点，欧洲的研究人员开始生产泡沫水泥。后来，前苏联的技术人员对此进行了不断的研究并取得了很大的进展。20世纪50年代初，中国引进了前苏联的技术，并成立了以国内科学家为主的研究团队。自1990年以来，中国引进了现场技术。目前泡沫混凝土不仅用于建筑隔热材料，还用作补偿基础材料，地板加热材料或轻质墙板。^[1]

定义

发泡水泥，也称泡沫混凝土，是目前我国现有聚苯颗粒，聚苯乙烯泡沫，玻璃化微珠，聚氨酯幕墙现场喷涂，聚氨酯保温板外墙保温系统等新型节能保温墙体材料的研究热点。具有快速发展的特点，在无机建筑保温材料中独树一帜。与有机保温材料相比，泡沫混凝土具有优良的尺寸稳定性，对建筑物主体的附着力好，不易燃。无机保温材料也有很多种材料，如膨胀珍珠岩，岩棉，泡沫混凝土，闭孔珍珠岩和玻化微珠。其中，泡沫混凝土凭借其可塑性强，力学性能高，工艺简单，成本低等特点，在无机保温材料的开发中受到青睐。^[2]

泡沫生成方法是发泡水泥工艺中最重要的部分，发展至今基本分为物理发泡法和化学发泡法。

物理发泡

物理发泡使用发泡机通过机械发泡使发泡剂充分发泡，然后以低速搅拌混合的水泥浆和泡沫直至均匀。在放入设一一定条件的养护箱，一段时间后形成气孔率较高的水泥保温材料。目前，市面上使用的物理发泡剂主要有：动植物型发泡剂，松香肥皂发泡剂，表面活性剂发泡剂和复合发泡剂。^[1]

虽然物理发泡的产品的容重达到了400 kg/ m³这一过重的参数，且强度比不上利用化学发泡制备的相同密度才老，但是由于其发泡较易掌握且适用于现场施工，因此限制了其在具有高强度、低密度材料和保温板方面的应用，但是，它仍然适用于地板采暖保温材料，各种类型的墙壁和屋顶保温浇注场景。

化学发泡

化学发泡的第一步是使水泥质材料、泡沫稳定剂、外加剂、水等成为一定比例的浆料。然后用化学发泡剂混合、搅拌，之后浇铸到准备后的磨具中，在一定环境条件下静置发泡，最后形成的轻质多孔保温性能优异的材料，其原理则是利用化学发泡剂的化学反应产生无毒气体，使得浆料膨胀，占据水泥的空间形成孔隙而成的。

铝粉和过氧化氢被用作化学发泡剂。不同之处在于，铝粉发泡剂是由于铝粉与碱性物质反应而产生的氢气，过氧化氢在二氧化锰等催化剂的作用下产生氧气。^[3]从安全角度考虑，氢气属于易燃易爆气体，且粉末反应剧烈，因此学生的实验基本使用速率可控的双氧水作为发泡剂。

与物理发泡容重较大相反，化学发泡的一个优势即为容重较轻，基本为物理发泡容重的一半。但是其强度较高、物理性能优异。同样，缺点是化学发泡无法大批量进行，不方便在现场大规模制备，此外，由于双氧水的可控性较高，使得生产技术熟练方可成功发泡。但是这方面并不能阻止化学发泡向着更宽的应用领域前进，可以想象，最后发泡水泥将向着批量的精细加工发展。

发泡水泥的特点

发泡水泥是一种无机绝热材料。独特的吸音隔音性能、较长使用寿命、无毒环保以及廉价使得其应用于防火隔音领域，更广泛被人们所使用，而其优异的热学性能以及宽泛的使用领域来源于其独特的孔隙结构特性。

发泡水泥与泡沫塑料的比较

廉价耐用

泡沫塑料无法承受来自人体的踩踏，一般强度只有0.012MPa，且使用寿命短，更不用说暴露在自然环境下遭受的日晒雨淋导致的风化；相比之下，发泡水泥可以承受人体在其之上的活动，可见其力学性能远高于泡沫塑料，发泡水泥的强度可以达到0.6~15 MP甚至之上，使用寿命至少60年，在此期间不需要更换，另一方面说明发泡水泥的廉价。

保温隔热

发泡水泥的保温效果并不比泡沫保温差很多。与发泡水泥的导热系数0.05~0.08 W/( m· k)相差0.01~0.04 W/( m·k)，也就是说，隔热效果差别不大，差别大约是50％。尽管发泡水泥的保温效果略低于泡沫的一半，但这是由于其强度，寿命，耐火性，成本和施工方便性。它具有明显的优势，已经在欧美等发达国家得到广泛应用。

发泡水泥的导热系数一般为0.05~0.08 W /（m·k），而泡沫水泥的导热系数为0.039 W（/ m·k）。两者相差不打，保温隔热效果并没有太大区别，如果非要比较，泡沫塑料的保温性能比发泡水泥好些，但泡沫水泥在机械强度，使用寿命，防火隔音，成本构造等方面具有明显优势。但是国外已经得到了普遍的应用。^[1]

防火耐高温

泡沫水泥被用作不可燃的防火材料。泡沫塑料是一种易燃材料，80°C以上的温度会被软化和破坏，不能承受高温，其次是阻燃。

无毒环保

发泡水泥无毒无味，绿色环保;泡沫在燃烧时会释放有毒物质。

轻质

发泡水泥比发泡塑料更致密，但在实际建筑材料的应用中，发泡塑料的密度太低而难以制造。低密度、高强度的发泡水泥恰好满足了建筑材料的应用。因此，适用于绝缘，隔热，防火，防水，隔音，填充材料等建筑材料。由于长寿，耐用性和降低成本等因素，泡沫水泥是最佳选择。^[4]

发泡水泥的应用

建筑节能方面的应用

就目前的能源储备以及新能源的发展的情况而言，该方面的应用将是接下来长期一段时间的研究的重点。当然，不可否认的是，随着这方面研究的进展，人们对多功能材料的需求会赋予泡沫混凝土新的活力。

节能的基础应用在于保温隔热，就其应用的范围可以分为：屋面保温隔热、墙体保温隔热、墙面保温隔热、地面保温。^[4]

工程应用

虽然该领域的发展较节能应用较慢，但是由于我国城市规划开发进一步细化，导致其应用量较高，因此社会对于其赋予了较大期望，所以得到了较快的发展速度和较广的应用领域。

园林应用

泡沫混凝土当然可以应用于艺术层面，因此作为一个新兴领域存在于园艺之中。

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