CN102249602B - 相变调温砂浆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种相变调温砂浆。此砂浆是一种具有调温与保温功能的新型干粉砂浆，是将普通抹面砂浆或保温砂浆中的部分或全部集料替代为有机无机复合相变材料制备而成。该调温(节能)砂浆引入轻质有机无机复合相变材料，并解决了在砂浆中直接掺入相变材料易发生渗漏的问题，既具有轻质砂浆的低导热性能，又兼具吸水率小、防水性好的优点，而且增加了相变调温和保温的功能。本调温(节能)砂浆制造工艺简单、成本低、节约能源、无污染，是一种环保新型建材，有利于工业化生产和大范围应用和推广。此砂浆施工工艺简单易行，适合在各种墙面上施工。

Description

相变调温砂浆
技术领域
本发明涉及建筑节能环保材料领域，尤其涉及具有调温(节能)功能的砂浆及其施工。
背景技术
近年来，矿物能源枯竭和环境污染等问题越来越突出，提高能源使用效率和开发可再生能源成为人类面临的重要课题。太阳能是取之不尽用之不竭的能源，是传统能源的理想替代品。相变调温建筑材料(PCBM，phase change buildingmaterials)就是利用相变材料(PCM)吸收太阳能，来调节室温的一种新功能的建材。这类功能建材的研究与推广可以减少建筑能耗，达到节能的目的。复合到建筑材料中的相变材料在其转化温度下发生相变，高于相变温度时可以吸收环境的热量，并在低于转化温度时向外释放热量。利用相变材料的相变潜热实现能量的储存和利用，有助于提高能效和开发可再生能源，是近年来能源科学和材料科学领域中一个十分活跃的前沿研究方向。
相变调温建材是集节能和人文关怀为一体的绿色功能材料。在突显能源和环境问题的社会中，此类产品面临着广阔的商业需求，相变调温(节能)砂浆正是利用相变材料和砂浆的特征制造的具有调温功能的新型环保节能性砂浆。
目前市场上有多种相变砂浆产品，对这些产品经过考察后发现这些产品存在着相变材料的渗漏或价格昂贵的问题。一是液体相变材料的渗漏问题，因为这些相变材料的加入或者和砂浆的复合方式方法不可行，有的是利用相变材料直接加入到砂浆中制备而成，有的虽然先用无机多孔材料和相变材料复合后再加入到砂浆中(张东，康韡，李凯莉.复合相变材料研究进展.功能材料.2007，12(38)：1936-1939)，但无机多孔材料和相变材料复合后没有经过表面处理，这两种方式都没有有效地解决相变材料在温度升高后变成液态后外渗的问题。二是利用微胶囊包覆相变材料解决了相变材料的渗漏问题(王立新，苏峻峰，任丽.相变储热微胶囊的研制[J].高分子材料科学与工程.2005.21(1)：276-279)，但制备相变材料微胶囊的价格昂贵，同时也大大增加了砂浆的成本，这种调温砂浆不可能大量使用在普通的建筑中，所以不能工业化生产和大范围推广使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种相变调温砂浆，使其既具有普通砂浆原有的功能，又兼具吸水率小、防水性和耐水性能好，而且增加了相变调温和保温的功能。
它是一种成本低、节约能源、无污染、环保的新型建筑材料，这种调温砂浆的施工工艺简单易行，适合各种墙面上施工。
本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种相变调温砂浆，以普通抹面砂浆或保温砂浆为基础组分，添加有机无机复合相变材料替代所述基础组分中的部分或者全部集料，并加入几种适量外加剂制备而成。
其中，所述外加剂为憎水剂和阻燃剂。
所述基础组分为普通抹面砂浆，由胶凝材料、集料、矿物外加剂和减水剂、纤维素组成，其中集料质量的10～50％被有机无机复合相变材料替代，所述集料为石英砂。
或者，所述基础组分为普通保温功能砂浆，由胶凝材料、集料、矿物外加剂和减水剂、可再分散乳胶粉、纤维素组成，其中集料的80～100％被有机无机复合相变材料替代，所述集料为膨胀珍珠岩。
本发明中，所述有机无机复合相变材料为膨胀珍珠岩-石蜡、膨胀珍珠岩-十八烷、膨胀珍珠岩-石蜡和十八烷、海泡石-石蜡和十八烷、沸石-石蜡和十八烷、或凹凸棒土-石蜡和十八烷。所述有机无机复合相变材料在砂浆中的含量为相变调温砂浆干粉质量的7～50％。
一种具体的相变调温砂浆，由以下组分按重量份组配而成：
水泥                    310
有机无机复合相变材料    130～650
石英砂                  650～1170
矿物外加剂粉煤灰        135
减水剂                  1.86
纤维素                  3.2
憎水剂                  1
阻燃剂                  1。
另一种具体的相变调温砂浆，由以下组分按重量份组配而成：
水泥                    140
有机无机复合相变材料    148～220
膨胀珍珠岩              0～37
矿物外加剂灰钙粉        70
可再分散乳胶粉          8
减水剂                  0.8
纤维素                  1.6
憎水剂                  1
阻燃剂                  1。
本发明另一目的在于提供上述相变调温砂浆的制备方法。该方法是将有机无机复合相变材料和外加剂共同混合均匀后，再与普通抹面砂浆或保温砂浆的基础组分混合，搅拌均匀而得到相变调温砂浆干粉。使用时向相变调温砂浆干粉中加入水制成浆料。
采用以上方案，本发明与已有技术相比具有以下优势：
1、砂浆中含有相变材料，不仅保留了原有砂浆的作用，而且增加了新的功能-调温功能。
2、相变调温(节能)砂浆中含有的相变材料是有机无机复合相变材料，这种材料经过无机载体吸附，然后又经过包覆。本发明在组配中还解决了相变材料(有机组分)外渗的问题，防止了对环境的污染。
3、相变调温(节能)砂浆中填充相变材料，这种相变材料具有很高的相变焓，并且具有稳定的调节温度范围。
4、相变调温(节能)砂浆成本低，制备工艺和施工工艺简单，易于控制，可以流水作业和工业化生产。
具体实施方式：
本发明相变调温(节能)砂浆的特点是以普通抹面砂浆或保温砂浆为基础，添加复合相变材料替代原砂浆中的部分或者全部集料(如石英砂或者膨胀珍珠岩等)，然后加入部分外加剂制备而成，相变材料的添加量为砂浆干粉质量的7～50％为宜。
本发明相变调温(节能)砂浆中，基础砂浆是普通抹面砂浆或保温砂浆；外加剂是憎水剂和阻燃剂，可选自SHP 60、APP-L，其功能是：憎水剂可防止相变材料长期接触水分，影响其寿命；阻燃剂可提高相变调温砂浆中有机物的防火系数，确保安全性。本发明中相变材料是有机无机复合相变材料，这种有机无机复合相变材料是以无机多孔矿物材料为载体，有机相变材料为吸附材料，制备方法为真空吸附法(参见专利申请号200810222373.8)。
具体的，有机无机复合相变材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将无机多孔矿物材料膨胀珍珠岩、海泡石、沸石或凹凸棒土加入到真空反应釜中，加热至80～100℃左右，然后把真空反应釜抽真空到负压0.05～0.07MPa，关闭抽气阀，边搅拌边滴状加入液体有机相变材料固体石蜡、十八烷、或液体石蜡与十八烷的混合物，持续数分钟；
步骤二：打开抽气阀，将真空反应釜的负压抽到0.095～0.1MPa，继续搅拌使有机相变材料被无机材料充分吸附；
步骤三：停止搅拌，至常压后卸料即得到有机无机复合相变材料。
由以上方法制备得到的有机无机复合相变材料，其中无机多孔矿物材料为基体，无机矿物材料的孔隙中吸附有机相变材料，有机相变材料吸附量为总重量的50～70％，复合相变材料与无机多孔矿物材料颗粒度变化率小于40％。
可用于本发明的有机无机复合相变材料有：膨胀珍珠岩-石蜡、膨胀珍珠岩-十八烷、膨胀珍珠岩-石蜡和十八烷、海泡石-石蜡和十八烷、以及沸石-石蜡和十八烷、或凹凸棒土-石蜡和十八烷。
虽然以上有机无机复合相变材料的制备和其本身的相变性能已在专利申请200810222373.8中公开，然而，本发明研究结果表明，这些有机无机复合相变材料并不适于直接添加在已有水泥砂浆之中。发明人深入分析，认为主要原因在于其由无机材料包裹有机材料制成，若长期与水分接触，会对该复合材料的包裹层产生一定的破坏，从而导致有机材料渗出。鉴于以上分析，本发明通过掺入一定量的憎水剂来改善相变材料与基础水泥砂浆之间的接触性，从而提高相变材料的使用寿命，同时还可增加砂浆的防水性。另一方面，本发明中还需加入阻燃剂，这是考虑到调温材料中包含有机成分，作为内装饰材料需要提高其防火系数。
本发明相变调温(节能)砂浆的制备方法的具体步骤为：
首先把有机无机复合相变材料与阻燃剂、憎水剂混合均匀，然后将其与普通水泥砂浆中胶凝材料、集料、外加剂、水等按照比例放入容器中进行搅拌，搅拌均匀后就可以得到相变调温(节能)砂浆。
本发明相变调温(节能)砂浆的施工工艺为：
(一)基层处理：清除墙面浮灰、油污及杂物，作业面干净。
(二)浆料配制：①水与干粉料按照适当的水灰比，先将水放入搅拌机，后将粉料倒入；②搅拌4～5分钟，使料浆混合均匀即可使用，禁止手工拌料；③制成的砂浆初凝时间约为一小时，因此应掌握使用量，随配随用。
(三)涂抹施工：①首层应压抹，厚度控制在0.5cm～2cm，使浆料与基底墙面形成有效粘结；②表层砂浆抹灰厚度可达0.5cm～2cm，抹完后即用中、短木杠按标筋刮平，凹陷处应补抹砂浆，然后再刮，直至普遍平直为止。接着用木抹子搓磨，使表面平整密实。
(四)饰面处理：①外饰层施工涂料，用细砂浆在调温层的硬化表面上抹涂1～3mm即可；②外饰层贴面砖，建议挂玻璃网格布或金属钢丝网。
实施例1：
本实施例中砂浆使用的是普通砂浆。
表1-1实施例1配方：
原料   水泥32.5MPa   粉煤灰(II级)   有机无机复合相变材料   石英砂＜8mm 减水剂 纤维素 憎水剂 阻燃剂 水
  用量/m3(kg) 310 135 130 1170 1.86 3.2 1 1 300
制备过程为：首先把有机无机复合相变材料(膨胀珍珠岩-石蜡)准备好，取代普通砂浆中集料(石英砂)的10％，占相变调温砂浆干粉质量的7％。将相变材料与憎水剂SHP 60、阻燃剂APP-L混合均匀，然后与水泥、石英砂、粉煤灰、减水剂SBTJM-A、纤维素同时加入容器中进行搅拌成干粉。使用时再加入所需水制成浆料。
按照表1-1配方制备成所需试块。对照样与实施例1相同的配方，只是不加憎水剂。养护后按照标准《建筑砂浆基本性能试验方法》(JGJ/T70-2009)、以及建材行业标准《调温材料性能测试方法》进行性能测试。测试结果如下：
表1-2实施例1性能检测结果
Figure GSA00000126786500051
Figure GSA00000126786500061
以上检测表明，本例砂浆各项常规性能达到建筑保温砂浆的要求。而对照样砂浆湿密度为2035kg/m3。将实施例1砂浆块与对照样砂浆块一同浸入水中，经过多次高温低温循环实验，浸泡三个月后对照样试块发生轻微的有机材料渗出现象，本发明实施例1砂浆试块中的相变材料没有外渗的现象，无污染问题的发生。由此可知本发明砂浆与对照样砂浆相比，具有吸水率小、防水性和耐水性能好的优点；
另一方面，砂浆的热学性能可体现产品的保温与调温效果。从测试结果可知，本发明砂浆导热系数低，具有良好的保温效果，温度达到20℃时即可发生相变，且具有较大的相变蓄热量，可快速吸收室内热量，具有很好的温度调节能力。在房间里置放三个月后，测得本发明砂浆导热系数为0.55w/m·k，相变蓄热量10400J/Kg。证实本发明砂浆具有长期的调温效果。
实施例2：
本实施例中砂浆使用的是普通砂浆。
表2-1实施例2配方
原料   水泥32.5MPa   粉煤灰(II级)   有机无机复合相变材料   石英砂＜8mm 减水剂 纤维素 憎水剂 阻燃剂 水
  用量/m3(kg) 310 135 650 650 1.86 3.2 1 1 365
制备过程：与实施例1的步骤相同，不同之处为用有机无机复合相变材料膨胀珍珠岩-石蜡和十八烷取代普通砂浆中集料(石英砂)的50％，占相变调温砂浆干粉质量的37％。
按照表2-1配方制备成所需试块。养护后按实施例1的方法进行性能测试，测试结果见表2-2。由测试结果可看出：本实施例砂浆具有低导热系数及高相变蓄热量，具有良好的保温、调温功能。经过多次高温低温循环实验，相变材料没有外渗的现象，也没有污染问题的发生。
表2-2实施例2测试结果
Figure GSA00000126786500071
实施例3：
本实施例中砂浆使用的是保温砂浆。
表3-1实施例3配方
原料   水泥42.5MPa   灰钙粉   有机无机复合相变材料   膨胀珍珠岩   可再分散乳胶粉 减水剂 憎水剂 阻燃剂 纤维素 水
  用量/m3(kg) 140 70 148 37 8 0.8 1 1 1.6 320
制备过程为：
首先把有机无机复合相变材料膨胀珍珠岩-十八烷与憎水剂SHP 60、阻燃剂APP-L混合均匀后备好，按照质量的80％取代保温砂浆中的轻集料(膨胀珍珠岩)，占相变调温砂浆干粉质量的34％。将水泥、灰钙粉、膨胀珍珠岩、膨胀珍珠岩-十八烷、减水剂(SBTJM-A)、可再分散乳胶粉、纤维素同时加入容器中进行搅拌成干粉。使用时再加入所需水制成浆料。
按照表3-1配方制备成所需试块。对照样与实施例1相同的配方，只是不加憎水剂。养护后按《建筑保温砂浆》(GB/T20473-2006)以及建材行业标准《调温材料性能测试方法》进行性能测试进行性能测试，测试结果见表3-2。
对照样砂浆湿密度为580kg/m3，对比表3-2检测结果，本例砂浆具有较低的吸水率，高防水性和耐水性。
与实施例1相同的方法进行相变调温和保温的功能测试，本例砂浆相变起始温度为20℃，浸水三个月后，相变材料没有外渗的现象，无污染问题的发生；对照样浸水三个月后有轻微的有机相渗出。
表3-2实施例3测试结果
Figure GSA00000126786500081
实施例4：
本实施例中砂浆使用的是保温砂浆。
表4-1实施例4配方
原料   水泥(42.5MPa) 灰钙粉   有机无机复合相变材料   可再分散乳胶粉 减水剂 纤维素 水
  用量/m3(kg) 140 70 220 8 0.8 1.6 320
制备过程参见实施例3。其中有机无机复合相变材料凹凸棒土-石蜡和十八烷100％取代保温砂浆中的轻集料(膨胀珍珠岩)，占相变调温砂浆干粉质量的50％。
按照表4-1配方制备成所需试块。养护后按实施例3方法进行性能测试，结果见表4-2。
表4-2实施例4测试结果
Figure GSA00000126786500082
Figure GSA00000126786500091
与实例1相同的检测方法结果显示，本例砂浆相变起始温度为25℃，具有调温的功能，相变材料没有外渗的现象，也没有污染问题的发生。

Claims (2)

1.一种相变调温砂浆，其特征在于，由以下组分按重量份组配而成：
所述有机无机复合相变材料为膨胀珍珠岩-石蜡、膨胀珍珠岩-十八烷、膨胀珍珠岩-石蜡和十八烷、海泡石-石蜡和十八烷、沸石-石蜡和十八烷、或凹凸棒土-石蜡和十八烷。
2.一种相变调温砂浆，其特征在于，由以下组分按重量份组配而成：
Figure FSB00001042254300012
所述有机无机复合相变材料为膨胀珍珠岩-石蜡、膨胀珍珠岩-十八烷、膨胀珍珠岩-石蜡和十八烷、海泡石-石蜡和十八烷、沸石-石蜡和十八烷、或凹凸棒土-石蜡和十八烷。
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