随着人类社会的快速发展,能源问题日益凸显。住建部科技司称,我国建筑能耗的比例会随着城市化进程的快速发展达到35%。建筑能耗影响着国家资源的有效利用和经济的可持续发展,鉴于建筑节能是降低建筑能耗的主要措施,我国发布多项与建筑节能相关的法律条令。本文结合世界前沿课题,以导热系数极低的物质气凝胶为研究对象,使其与膨胀珍珠岩复合,制成气凝胶膨胀珍珠岩。对比级配与非级配气凝胶膨胀珍珠岩胶凝材料的传热性能,建立数值模型模拟气凝胶膨胀珍珠岩的粒径级配在传热中的作用,推导出气凝胶膨胀珍珠岩胶凝材料的传热规律。根据气凝胶膨胀珍珠岩的特性研制建筑保温材料,测试这种新型保温材料的导热系数和力学性能。计算太原地区气象参数下气凝胶膨胀珍珠岩保温材料围护建筑的年制热制冷能耗值为57.45 kWh/m2,与普通围护建筑109.90kWh/m2相比,实现能耗的大幅降低。本文研究的具体内容如下:(1)使用不同硅源、酸碱催化剂和改性置换剂研制低导热气凝胶。对制得二氧化硅气凝胶进行表征,比较测试结果,研究硅源种类、酸碱催化剂、凝胶时间、硅源试剂与去离子水的体积比、改性置换液的组成和比例对气凝胶性能的影响。

膨胀珍珠岩本身吸水率高、筒压强度低的特性,限制了其在建筑材料领域的广泛应用。利用硫铝酸盐快硬水泥、半水石膏和磷酸钾镁水泥3种不同的快硬型材料,通过喷涂法对膨胀珍珠岩进行包覆改性,有效提高了膨胀珍珠岩的筒压强度并降低了吸水率。其中,磷酸钾镁水泥改性效果,改性后膨胀珍珠岩的筒压强度相比改性前提高了3.39倍,吸水率降低了77%。在此基础上,研究了苯丙乳液掺量对磷酸钾镁水泥包覆改性膨胀珍珠岩吸水率的影响。结果表明:在苯丙乳液掺量为膨胀珍珠岩质量的15%左右时,改性膨胀珍珠岩的吸水率可降至15%左右。 以硫氧镁水泥为胶结料,粉煤灰为改性填充材料,小粒径膨胀珍珠岩为轻质骨料,掺入动物蛋白复合发泡剂,采用物理发泡混合法制备镁基泡沫混凝土。研究了泡沫掺量对镁基泡沫混凝土水化热、含水率、吸水率、干密度、抗压强度、导热系数及干燥收缩性能的影响。结果表明:泡沫的掺入降低了镁基泡沫混凝土水化硬化放热峰值温度,延长了放热峰值温度的出现时间;降低了泡沫混凝土的干密度、抗压强度及导热系数,同时增大了泡沫混凝土的含水率、质量吸水率及干燥收缩率。

为解决传统保温材料和气凝胶在建筑节能领域应用所存在的问题,本论文从骨料创新入手,提出以廉价膨胀珍珠岩（Expanded perlite,EP）为载体,SiO2气凝胶为填充体,制备合成一种新型复合保温材料——气凝胶膨胀珍珠岩（Aerogel-expanded perlite,AEP）,使气凝胶获得载体EP保护的同时有效降低EP的导热系数,也使气凝胶能够应用于水泥基材料,并进一步降低气凝胶的使用成本。本论文对AEP的制备工艺及性能、AEP在水泥基材料中的应用及对水泥基材料性能的影响机理,以及AEP保温砂浆的制备及其在建筑节能应用中的经济性等问题进行了系统研究,主要工作及主要结论如下:1.采用微观表征和导热系数试验,研究了常压干燥技术制备SiO2气凝胶各工艺阶段变量对气凝胶微观特征和导热系数的影响规律,获得了适用于AEP制备要求的SiO2气凝胶制备方法,制备的疏水SiO2气凝胶表观密度≤130kg/m3,导热系数低至0.022W/（m·K）。2.对SiO2溶胶黏.

相变储能混凝土具有储能蓄热的功能,将其运用到建筑围护结构中可以将环境中的热量以相变的形式进行吸收和释放,从而维持室内温度的相对稳定,提高室内环境的舒适度,降低建筑能耗。选取月桂醇作为相变材料,膨胀珍珠岩作为吸附材料。选择常压浸泡吸附法和真空浸泡吸附法作为相变储能骨料的制备方法,采用不同质量比的月桂醇与膨胀珍珠岩混合来制作不同吸附率的相变储能骨料;通过渗漏性试验和相变循环试验确定月桂醇的合理吸附率;选择湿裹水泥粉封装法和硅酸钙外壳封装法对相变储能骨料进行封装。选用粉煤灰陶粒和页岩陶粒制作不同设计强度的轻骨料混凝土作为基准混凝土。分别掺入5%、10%、15%和20%的未封装和封装后的相变储能骨料制备相变储能混凝土,通过混凝土立方体抗压强度和劈裂抗拉强度试验探究骨料掺量、骨料的封装和月桂醇相态对混凝土拉压性能的影响。通过导热系数测试探究骨料掺量、骨料的封装和月桂醇相态对混凝土导热系数的影响。通过相变循环试验探究不同循环次数对相变储能混凝土抗压强度的影响。通过进行不同吸附方式、时间和温度的吸附率试验得出:常压浸泡下合理的吸附时间和温度分别为4 h和50℃;