基于珠光砂孔隙多、体积密度低、热导率低的特点，为提高中间包永久性内衬浇注料的保温性能，本文研究了珠光砂添加量对矾土浇注料性能的影响。结果表明，随着珠光砂添加量的增加，烧制浇注料的体积密度减小，显气孔率增加，这与珠光砂本身特性有关，且随着珠光砂添加量的增加，浇注料的加水量增加，烧制时浇注料内部由于水分蒸发形成的原位气孔增加。同时，由于吸水后珠光砂强度降低且珠光砂与浇注料中基质的结合作用较弱，随着珠光砂添加量的增加，浇注料的抗折强度、常温抗压强度降低。综合分析，珠光砂最佳添加量为3%(质量分数)。在400~800 ℃时，添加3%珠光砂浇注料的导热系数比常规矾土浇注料低30%左右，证明添加珠光砂可显著提高矾土浇注料的保温性能。

以天然鳞片石墨粉末为原材料、热固性酚醛树脂为黏结剂，基于微热压技术原理实现了石墨碳化硅陶瓷复合材料快速制备，重点研究混合粉末组成对其抗压强度、导热性能的影响。研究结果表明，当天然鳞片石墨粉末质量分数为85%、热固性酚醛树脂质量分数为15%，高纯硅粉、短切碳纤维、中间碳微球质量分数分别为25%、4%、21%时，石墨碳化硅陶瓷复合材料抗压强度、导热系数分别达到30.82 MPa、21.65 W/m·K；并测试其热膨胀系数和抗氧化性能，在1200 ℃条件下，其氧化失重为23.679%、热膨胀系数为3.14×10^-6 K^-1。该复合材料有望代替石墨铸型材料，在铸造行业获得应用。

耐火材料的轻量化是高温工业节能的重要方向。以三级生矾土和粉煤灰为主要原料, 采用原位分解法制备轻量M60莫来石材料, 研究在不同烧成温度下粉煤灰对轻量M60莫来石材料结构与性能的影响。结果表明: 在1 400、1 500 ℃烧成温度下, 粉煤灰的引入使材料的体积密度降低, 总气孔率增加, 耐压强度大幅提升; 引入粉煤灰的试样1 500 ℃烧成后导热系数有明显下降。当烧成温度达到1 600 ℃时, 粉煤灰的引入使材料的总气孔率减小, 体积密度略有增加, 导热系数明显增加。此外, 粉煤灰的引入会降低材料的荷重软化温度。引入34.0%(质量分数)粉煤灰后, 所制备莫来石材料的体积密度降低了8%~13%, 总气孔率增加了23%~37%; 经1 500 ℃烧成后, 材料耐压强度达到(122.6±2.2) MPa, 1 000 ℃测试时的导热系数仅为0.616 W/(m·K)。

保温性能和抗冻性能对衡量功能一体化材料耐久性, 以及促进绿色节能、减排具有重要影响。借助正交试验方法, 以聚苯乙烯(EPS)掺量、水胶比、聚甲醛(POM)纤维掺量为影响因素, 开展EPS轻型混凝土的力学性能、保温性能及抗冻性能试验, 并对试验结果进行极差分析和AHP-CRITIC混合加权分析, 得到综合性能最佳的EPS轻型混凝土基础配合比。结果表明: EPS掺量对EPS轻型混凝土力学性能影响最大, POM纤维能显著提高EPS轻型混凝土的抗拉强度, 水胶比对EPS轻型混凝土力学性能影响最小; 当EPS掺量为35%(体积分数)、POM纤维掺量为0.9%(质量分数)、水胶比为0.21时, EPS轻型混凝土的力学性能最优; 在冻融循环下, EPS轻型混凝土冻融损伤满足二参数Weibull分布模型, 该模型能较好地反映EPS轻型混凝土冻融损伤变化规律。

采用湿泡沫拌合法以再生微粉(RP)为主要原料制备了泡沫保温材料, 通过测量泡沫的稳定时间、浆体的流动特性与凝结过程, 结合试件的抗压强度、干密度、孔隙率以及导热系数等指标, 探讨了浆体组成对泡沫存活状态的影响规律以及RP的最大掺量。结果表明: 泡沫的稳定性与浆体的黏度、凝结过程存在适宜的匹配状态, 当水固比为0.80、浆体黏度为1.7 Pa·s左右、终凝时间小于30 min时, 预制泡沫具有较好的存活状态; RP的最大掺量可达70%, 所制备泡沫保温材料的抗压强度为1.15 MPa, 导热系数为0.118 W/(m·K), 符合JG/T 266—2011泡沫混凝土标准A06等级要求。

SiO2气凝胶的力学性能较差, 隔热性能较强, 为了使其成为良好的隔热材料, 本文提出一种SiO2气凝胶纤维隔热复合材料的制备方法。以正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体, 玻璃纤维和陶瓷纤维为增强体, 硅烷偶联剂KH550和KH570为纤维处理剂, 在常压条件下制备SiO2气凝胶纤维隔热复合材料, 并对材料性能进行表征。结果表明: 前驱体中十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)含量越高, 复合材料中SiO2气凝胶导热系数越低, 低至0.028 W/(m·K); 使用硅烷偶联剂KH550时, 基体和纤维之间结合的紧密程度更高; 纤维的加入使SiO2气凝胶的力学性能达到很高水平; 当前驱体中TEOS与CTAB摩尔比为1∶0.022时, 经KH550处理的玻璃纤维/SiO2气凝胶复合材料导热系数为0.054 W/(m·K), 力学性能良好, 隔热性能最优。

采用玻璃砂代替部分细骨料制备碱激发矿渣(AAS)砂浆后, 研究了玻璃砂含量(0%、10%、20%、30%, 质量分数)对AAS砂浆抗压强度、抗折强度、干燥收缩、导热系数和碱-硅酸反应(ASR)膨胀率的影响, 并通过扫描电子显微镜（SEM）对微观机理进行了分析。结果表明: 掺10%~30%的玻璃砂能显著提高AAS砂浆的早期抗压强度, 但会略微降低28 d抗压强度; AAS砂浆的抗折强度随玻璃砂掺量的增加先增大后减小, 10%掺量时最有利于3 d抗折强度, 20%掺量时最有利于28 d抗折强度; AAS砂浆的干燥收缩、导热系数和ASR膨胀率均随玻璃砂掺量的增加而减小, 与对照组相比, 掺30%玻璃砂的AAS砂浆导热系数降低14.4%, 56 d干燥收缩率降低27.6%, 14 d ASR膨胀率降低39.6%, 28 d ASR膨胀率降低34.5%; SEM分析发现玻璃砂表面有水化产物生成, 其与胶凝材料的结合比石英砂更紧密, 使AAS砂浆的微观结构更加致密。

测试了不同水灰比、不同养护龄期水泥石的导热系数，并对比了并联模型、串联模型、Maxwell模型、Mori-Tanaka模型、有效介质理论模型和Self-consistent模型对水泥石导热系数的预测效果。利用分子动力学方法计算了水泥石中各相的导热系数。结果表明：水泥石的导热系数随着养护龄期和水灰比的增大而减小。SC模型适用于不同水灰比和养护龄期水泥石导热系数的计算，其计算结果与试验值的相对误差在0.3%~4.7%之间。Maxwell模型和MT模型可以用于对水灰比较大且养护龄期较长的水泥石的导热系数进行计算。

在复合相变材料中引入碳纳米纤维(CNFs)提高相变体系的导热系数, 以实现相变材料与外界环境进行快速有效的热量交换。本文采用熔融共混法将Na2SO4·10H2O和Na2HPO4·12H2O制备成共晶盐相变材料, 借助聚丙烯酸钠构筑三维聚合物网络封装相变材料, 利用CNFs提升复合材料的导热系数。通过Raman、XPS等测试方法, 研究了CNFs经高能球磨、湿化学氧化处理后, 其表面含氧官能团的变化; 借助Raman、DSC、Hot disk、TG等测试方法, 分析了CNFs对复合材料化学相容性、相变行为、热稳定性、潜热容量、导热系数的影响。结果表明: CNFs经过功能化处理, 氧、碳原子比增大至0.140, 氧化效果显著; CNFs引入至复合相变材料中, 体系内各组分之间存在良好的化学相容性; 当CNFs的添加量达到3%(质量分数), 复合材料的固、液态导热系数分别达到1.05 W/(m·K)、0.88 W/(m·K), 相较于未添加CNFs的复合材料, 固、液态导热性能分别提升了69.4%、60.0%; 经过1 000次循环试验, 复合材料的熔融焓和结晶焓相较循环前分别下降了56.2%、65.3%, 相变体系仍然具备一定的储热能力, 表明将相变材料嵌入三维网络结构是一种有效的封装策略。