CN102173664A - 一种石墨-石蜡复合相变储能混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种石墨-石蜡复合相变储能混凝土，它以水泥，水，砂，碎石，减水剂为基体，还含有石蜡相变材料和增强导热作用的石墨以及增加机械强度的纤维增强材料。制备时首先将石蜡与石墨混合加热石蜡全部融化，并不断搅动使石蜡与石墨混合均匀成粘稠状；将砂、碎石投入搅拌机后，投入纤维、水泥进行干拌，随后加入水和减水剂快速搅拌均匀；然后将上述融化后的石墨-石蜡粘稠状混合物投入上述混凝土拌合物中混合均匀即可。本发明由于在石蜡中添加了石墨作为导热添加剂，大大提高了相变储能混凝土的导热系数，从而提高了储能材料热量储存和释放效率。

Description

一种石墨-石蜡复合相变储能混凝土及其制备方法

技术领域

本发明属于相变储能材料技术领域，具体涉及一种石墨-石蜡复合相变储能混凝土及其制备方法。

背景技术

现有的建筑材料多为常物性材料，其热容远达不到理想节能建筑围护结构所要求的热容，导致室内温度波幅度较大，热舒适性低。将相变材料与混凝土相结合，制成相变储能混凝土，用它作外墙体材料，利用相变材料在相变过程中吸能和释能的特点实现能量的利用与转换，有利于建筑物室内温度的调控，可以大大增加围护结构的蓄热作用，使建筑物室内和室外之间的热流波动幅度被减弱，作用时间延迟，改善室内热环境，达到节能与舒适的目的。

目前储热技术主要包括显热储热、 潜热储热和化学反应储热。 其中，相变材料的固-液相变潜热的储热方式 ,因具有储热密度大、相变过程近似等温、过程易控制等优点 ,而成为主要的储热手段。相变材料又有无机类和有机类之分，石蜡因其良好的化学稳定性，几乎无过冷，无毒无腐蚀且价格低廉，相变潜热大，熔点范围宽等优点，是最具应用潜力的有机储热材料之一，在相变材料方面得到了广泛的应用，特别是应用于建筑材料领域。然而石蜡类相变材料也有不足之处，最主要的就是导热系数小，致使其在系统的应用中传热性能差，能量转化率低，蓄热量利用率少，从而降低了相变储能材料的效能，大大阻碍了其在建筑材料领域的应用。为了提高储能材料热量的储存和释放效率，必须强化有机相变材料的相变传热过程。

发明内容

本发明提供了一种石墨-石蜡复合相变储能混凝土及其制备方法，这种复合相变储能混凝土的石蜡导热系数大，传热性能好，蓄热量利用率高。

本发明石墨-石蜡复合相变储能混凝土的技术方案为：其成分包括100质量份的水泥、45-52质量份的水，90-110质量份的砂、230-260质量份的碎石、0.6-1质量份的减水剂，10-15质量份的纤维增强材料， 60-130质量份的石蜡和6-26质量份的石墨。

本发明的相变材料采用熔点（相变点）接近室温的石蜡时，其发生相变的温度接近人适宜生活的温度，因而更适合应用于人居环境的保温、调温。

本发明采用粒度大于100目，质量纯度大于90%的石墨粉，其导热性能好，具有较大的比表面积，耐高温、耐氧化，并具有与石蜡密度接近，不会增加相变混凝土基体重量等优点。

本发明采用的减水剂是建筑工程中常用的减水剂，如木质素磺酸盐类、多环芳香族盐类、水溶性树脂磺酸盐类，在混凝土和易性及水泥用量不变条件下，能减少拌合用水量、提高混凝土强度；或在和易性及强度不变条件下，节约水泥用量的外加剂。当然，本发明也可使用其他减水剂，同样能制得所述复合相变储能混凝土。

本发明采用的纤维增强材料通常是钢纤维或玄武纤维，当然，工程实践中也可根据情况和要求采用其他类似的纤维增强材料，同样可以达到本发明的效果。

这种石墨-石蜡复合相变储能混凝土的制备方法如下：

（1）首先将石蜡颗粒与石墨粉按比例充分混合，然后将其上述混合物加热至石蜡全部融化，并不断搅动使石蜡与石墨混合均匀成粘稠状备用；

（2）将称量好的砂、碎石、水泥按比例投入搅拌机中，随后投入纤维增强材料进行干拌，使纤维增强材料均匀的分散在上述混合物中，然后加入水和减水剂快速搅拌均匀，制得普通混凝土拌合物；

（3）将上述石墨-石蜡粘稠状混合物投入上述普通混凝土拌合物中搅拌均匀，制备出石墨-石蜡复合相变储能混凝土。

石墨是碳的一种同素异形体，具有高导热系数（导热系数值达到129w/m·k），价格便宜易于获得，耐高温、耐氧化，并且石墨掺入石蜡当中不会产生新的物相,只是影响了石蜡的传热途径，因此石墨对石蜡相变温度范围基本没有影响，是用来强化应用于建筑混凝土中石蜡相变材料热导率的最好物质之一。

本发明由于在石蜡中添加了石墨作为导热添加剂，大大的提高了相变储能混凝土的导热系数，固态石蜡导热系数为0.35                                                

，而石墨的导热系数为129

，添加占石蜡质量比为20%的石墨这种高导热材料之后，其石墨-石蜡复合相变材料的导热系数达到了26.08

,是纯石蜡相变材料热导率的74倍，进而石墨-石蜡复合相变储能混凝土的导热系数也由未添加石墨之前的0.56增加到了0.9

，相变时石蜡温度变化率增加90%，使得石蜡的相变界面移动速度加快，较早完成了相变过程，短时间内全部融化或凝固，有效提升了能量转化率，石蜡的相变潜能也得到了充分发挥，从而提高了储能材料热量储存和释放效率，解决了相变混凝土中的石蜡相变材料蓄热量利用率低，相变储能材料的效能不能得到有效发挥等技术问题。

本发明相变储能混凝土所含的纤维增强材料能有效的改善石蜡相变储能混凝土的机械强度。通过实验，对相变储能混凝土试样采用1天养护箱养护，7天50度水养护，28天常温养护，应用压力试验机对其抗压强度进行检测，结果显示添加占相变混凝土基体材料质量含量2.6%的钢纤维或玄武纤维材料后，其所制成的相变储能混凝土的抗压强度由之前的12.1MPa提升到了26.01-31.8MPa，其机械强度增加近2-3倍，可以达到围护结构所需强度标准。解决了因加入相变材料石蜡之后而导致混凝土强度降低的问题，使得该建筑材料应用范围更广。

具体实施方式

实施例1：石墨-石蜡相变储能混凝土，包括50质量份的水，100质量份的水泥，100质量份的砂，240质量份的碎石，0.8质量份的减水剂，60质量份的石蜡，6质量份的石墨，15质量份的钢纤维。

实施例2：石墨-石蜡相变储能混凝土，包括45质量份的水，100质量份的水泥，90质量份的砂，260质量份的碎石，0.6质量份的减水剂，60质量份的石蜡，12质量份的石墨，13质量份的玄武岩纤维。

实施例3：石墨-石蜡相变储能混凝土，包括52质量份的水，100质量份的水泥，110质量份的砂，250质量份的碎石，1质量份的减水剂，60质量份的石蜡，18质量份的石墨，14质量份的钢纤维。

实施例4：石墨-石蜡相变储能混凝土，包括50质量份的水，100质量份的水泥，100质量份的砂，230质量份的碎石，0.6质量份的减水剂，90质量份的石蜡，18质量份的石墨，15质量份的钢纤维。

实施例5：石墨-石蜡相变储能混凝土，包括50质量份的水，100质量份的水泥，100质量份的砂，230质量份的碎石，0.6质量份的减水剂，130质量份的石蜡，26质量份的石墨，10质量份的玄武岩纤维。

Claims (5)

1.一种石墨-石蜡复合相变储能混凝土，其特征在于，包括100质量份的水泥、45-52质量份的水，90-110质量份的砂、230-260质量份的碎石、0.6-1质量份的减水剂，10-15质量份的纤维增强材料，60-130质量份的石蜡和6-26质量份的石墨。

2.根据权利要求1所述的石墨-石蜡复合相变储能混凝土，其特征在于，所述石蜡的熔点为室温。

3.根据权利要求1所述的石墨-石蜡复合相变储能混凝土，其特征在于，所述的石墨为粒度大于100目，质量纯度大于90%的石墨粉。

4.根据权利要求1所述的石墨-石蜡复合相变储能混凝土，其特征在于，所采用的纤维增强材料为钢纤维或玄武纤维。

5.一种制造权利要求1所述的石墨-石蜡复合相变储能混凝土的方法，其特征在于制造方法如下：  

    （1）首先将石蜡颗粒与石墨粉按比例充分混合，然后将其上述混合物加热至石蜡全部融化，并不断搅动使石蜡与石墨混合均匀成粘稠状备用；

（2）将称量好的砂、碎石、水泥按比例投入搅拌机中，随后投入纤维增强材料进行干拌，使纤维增强材料均匀的分散在上述混合物中，然后加入水和减水剂快速搅拌均匀，制得普通混凝土拌合物；

（3）将上述石墨-石蜡粘稠状混合物投入上述普通混凝土拌合物中搅拌均匀，制备出石墨-石蜡复合相变储能混凝土。