钢渣协同粉煤灰制备钙长石基多孔吸声材料及性能研究.pdfVIP

摘要

工业生产过程中会产生大量的固体废弃物，如钢渣和粉煤灰，存在严重的堆积

问题。陶瓷的制备需要大量的原材料，而钢渣和粉煤灰中含有丰富的硅、铝、铁、

钙等氧化物恰好符合陶瓷生产的要求。因此，本文利用这两种废弃材料制备多孔吸

声材料，从而实现高效的资源利用和环境保护，同时促进绿色制造和循环经济的推

进。

本文以钢渣和粉煤灰为主要原料，采用有机泡沫浸渍法制备坯体，结合烧结工

艺制备多孔吸声材料。基于原料的化学成分分析，以获得钙长石基多孔吸声材料为

目标，结合CaO-AlO-SiO三元相图，并在相图中的钙长石区域设计样品成分点。

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首先，研究烧结工艺对多孔吸声材料性能的影响。当粉煤灰和钢渣配比为48∶25时，

试样中的钙长石相占比达到82.20%，综合性能最优。在该原料配比条件下，随着烧

结温度和保温时间的延长，试样的孔隙率逐渐降低，力学性能呈现出逐渐上升的趋

势；降噪系数先升高后降低，且在烧结温度为1160°C和保温时间为1.0h条件下，试

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样的降噪系数达到最大值为0.47、体积密度为573.98kg/m、孔隙率为79.35%和抗

压强度为0.93MPa。

其次，寻求坯体制备工艺参数的最优方案。研究混合后浆料的黏度、单层聚氨

酯海绵孔径、不同孔径海绵坯体的排列方式等因素对多孔吸声材料性能的影响。随

着剪切速率的增加，浆料的黏度逐渐降低，表现出剪切稀化行为；当剪切速率超过

8.1s-1时，黏度数值基本不变且处于低黏度状态，有助于坯体涂覆以及提高烧结后试

样的性能。随浆料中固相含量增加，单位面积的海绵坯体挂浆量也逐渐上升，导致

烧结后试样的抗压强度从0.25Mpa逐渐上升到1.28MPa，降噪系数呈现出先增大后

减小趋势，且在浆料中固相量为72.73%的条件下出现峰值。随着聚氨酯海绵孔径的

减小，海绵内部的孔隙结构变得更加复杂，海绵生坯吸附浆料能力增强，导致烧结

后试样的孔隙率降低和孔径减小，抗压强度从0.55提高到1.55MPa，且在海绵孔径

为40ppi的条件下吸声性能最好。坯体经过排列顺序的变化后，试样的降噪系数与单

层海绵生坯的试样相比没有显著升高。但前者在整个吸声频域范围内呈现更宽广的

吸声频带，从而拓宽了其应用范围。

最后，为了进一步提高试样的力学性能。探究氧化镧的添加量对多孔吸声材料

性能的影响。随着氧化镧含量的增加，宏观表现为试样体积密度逐渐增加，整体结

构更加完整致密，降噪吸声系数呈现出先增大后减小趋势，且在氧化镧添加量为2%

时降噪系数出现极大值为0.50。添加氧化镧后形成了铝酸镧晶相，进一步提升试样

的力学性能。

关键词：粉煤灰；钢渣；钙长石；吸声性能；氧化镧

Abstract

Asignificantquantityofsolidwaste,includingsteelslagandflyash,isgenerated

duringindustrialproduction,leadingtoasevereaccumulationissue.Thepreparationof

ceramicsnecessitatesasubstantialquantityofrawmaterials,andthepresenceofoxidessuch

assilicon,aluminum,iron,andcalciumabundantinsteelslagandflyashalignsprecisely

withtherequirementsofceramicproduction.Therefore,thisstudyutilizesthesetwowaste

materialstofabricateporoussoundabsorptionmaterials,therebyachievinge