【摘 要】
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随着新型防水材料的发展,高分子橡胶防水材料凭借优良的延伸、耐久、力学以及耐温等性能在建筑防水行业得到了广泛的应用;同时关于降低此种材料成本和提高其综合性能的工作一直是研究者们密切关注的话题,而无机矿物代替炭黑作为橡胶补强填料是目前最有效的解决途径之一。钢渣在我国做为一种产量大、利用率与附加值低的无机矿物,其作为橡胶补强填料的研究却屈指可数;为此,本文在通过XRD、XRF等相关表征分析确定钢渣作为橡
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随着新型防水材料的发展,高分子橡胶防水材料凭借优良的延伸、耐久、力学以及耐温等性能在建筑防水行业得到了广泛的应用;同时关于降低此种材料成本和提高其综合性能的工作一直是研究者们密切关注的话题,而无机矿物代替炭黑作为橡胶补强填料是目前最有效的解决途径之一。钢渣在我国做为一种产量大、利用率与附加值低的无机矿物,其作为橡胶补强填料的研究却屈指可数;为此,本文在通过XRD、XRF等相关表征分析确定钢渣作为橡胶补强填料可行性的前提下,将钢渣作为高分子橡胶防水材料中橡胶基体的主要补强填料;同时引入钢渣助磨改性剂来进一步提高橡胶复合材料的综合性能,不仅实现了高分子橡胶防水材料低成本、高性能以及污染低的要求,还进一步拓展了钢渣与橡胶材料在建筑领域的应用。本论文的研究内容如下:基于课题组前期研究,获得了钢渣助磨改性剂（乙二醇、三乙醇胺及无水乙醇的复配液）。本文利用钢渣助磨改性剂对钢渣微粉进行表面改性,并通过塑炼、密炼等橡胶制备工艺制备出一系列的改性钢渣/橡胶复合功能材料;研究了不同钢渣种类、不同钢渣微粉填充量以及助磨改性剂不同配比对橡胶复合材料性能的影响。研究结果表明:（1）所有的改性钢渣/橡胶复合功能材料都符合建筑防水卷材的不透水性能标准;（2）适量的助磨改性剂能够改善钢渣微粉的表面结构、粒径大小以及颗粒均匀分散程度,提高改性钢渣微粉/橡胶复合功能材料的力学性能、热稳定性以及阻燃性等;（3）当助磨改性剂、炭黑以及电炉渣微粉用量分别为0.3m L（各组分配比为1:1:1）、30g和20g时,对橡胶复合材料的补强效果最为显著,同时表面接触角达到106.44°。对改性钢渣/橡胶复合功能材料进行导热系数的测量以及导热机理的分析,同时利用Maxwell-Educke导热模型以及改进后的导热模型（引进修正系数α）对含有不同体积分数的改性钢渣的橡胶复合材料进行数值模拟。研究结果表明,（1）适量的助磨改性剂以及钢渣微粉的加入能够有效的阻碍热量在橡胶复合材料中的传递,降低了材料的导热系数;其中填充了20g电炉渣微粉和0.3m L助磨改性剂（各组分配比为1:1:1）的橡胶复合材料的导热系数最低,导热系数为0.1869W/m·k;（2）Maxwell-Eucken模型理论计算值与实测值相差较小,验证了导热系数实测值的准确性。通过性能与表征测试探索了改性钢渣/橡胶复合功能材料的抗热氧老化性能的优劣,分析了热氧老化后橡胶复合材料表面结构和性能的变化情况以及冻融循环试验后导热系数的变化情况。研究结果表明,（1）热氧老化后的改性钢渣/橡胶复合功能材料符合建筑防水卷材的不透水性能标准;（2）热氧老化后,橡胶复合材料表面出现裂纹、孔洞或连续胶着状,表面疏水性降低但表面接触角均大于90°,同时导热系数会随着热氧老化时间的延长出现先增大后降低的现象;（3）热氧老化后橡胶复合材料的起始分解温度、残炭率以及热稳定性下降,其中老化最为严重的为填充改性风淬渣的橡胶复合材料;（4）冻融循环试验的次数越多,橡胶复合材料的耐久性能越差,导热系数越大。以综合性能相对较高的改性电炉渣/橡胶复合功能材料以及未填充钢渣的对比试样分别充当建筑屋面防水卷材,并通过Design Builder进行能耗模拟分析。研究结果表明:以改性电炉渣/橡胶复合功能材料为屋面防水材料不仅能够提高钢渣的附加值与利用率,扩展钢渣基橡胶在建筑领域的应用,减少了环境污染,还略微降低了办公建筑的能耗。
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