CN105271991B - 一种水泥复合定形相变材料砂浆及其制备方法以及应用 - Google Patents

Abstract

一种水泥复合定形相变材料砂浆及其制备方法以及应用属于建筑材料领域。该砂浆，包括粒径小于2mm的定形相变材料、水泥和砂子，其中定形相变材料由一种石蜡类物质作为主贮热剂，高密度聚乙烯、苯乙烯－丁二烯－苯乙烯三嵌段共聚物、膨胀石墨作包封支撑体构成，定形相变材料、水泥和砂子为干重量，其中水泥占干重量百分比为20‑25％，定形相变材料干重量百分比为50‑60％；水加入量为干重量的27％‑33％。本发明还提供了制备方法。本发明可直接涂抹在建筑墙体表面、或是现浇浇注成预制板后粘贴在建筑墙体表面，构成复合相变蓄热墙体，以提高围护结构的蓄热能力。本发明材料来源广泛、成本低廉，储能耐久性好，适用范围广。

Description

一种水泥复合定形相变材料砂浆及其制备方法以及应用

技术领域

本发明涉及一种砂浆及其制备方法以及应用，尤其涉及一种水泥复合定形相变材料砂浆及其制备方法，属于建筑材料领域。

背景技术

建筑围护结构(外墙、屋面、内隔墙、楼板等)热工性能的优劣，直接影响由其所构成的建筑房间的热环境特性。由于围护结构存在热惯性，直接影响围护结构的传热量和温度波动。通常，围护结构的热容量愈大，蓄热能力就愈大，相应的热稳定性也越好。这种围护结构条件下的房间温度抵抗外扰波动的能力就越强，这对减少建筑能耗和调节室内舒适度有着重要的意义。另外，对于被动式太阳房，作为集热蓄热体的墙体和地面，如果其的热容量愈大，蓄热能力也会愈大，当太阳照射在这些围护结构表面时，就有可能将太阳热能尽可能多的蓄存在围护结构内，提高围护结构的集热效率，进而提高建筑房间的太阳能热利用效率。而相变材料是提高围护结构热容量的理想材料之一。通常，可以将具有相变功能的材料掺混至建筑材料中，以此提高建筑材料的热容性，增大其的蓄热能力。

相变材料中，由于固-液相变材料具有贮能密度大、贮能过程近似恒温、体积变化小、过程易控制等优点，得到各国科学家的广泛重视。但传统的固-液相变材料在使用时会发生固态-液态的相互转化，必须使用专门的容器封装，不但增加了经济成本，而且增加了传热介质与相变材料之间的传热热阻、降低了换热效率。近几年来，一些科学工作者采用一些技术，使得固-液相变材料在发生相变时仍保持原来的形状，从而具有了固-固相变材料的性能。中国专利200410101555.1、200510116706.5公开了“一种石蜡类复合定形相变材料”和“一种76-83℃的复合定形相变材料”。Xavierpy等人(Heat and Mass Transfer，2001，44(14)：P2727)制备了石蜡/膨胀石墨定形相变材料，质量分数为0.65～0.95。肖敏等人(Energy Conversion&Management，2002，48(1)：P103)研究了石蜡和热塑性弹性体SBS和石墨组成的复合相变材料，石蜡的质量分数为0.20～0.8。叶宏(太阳能，2003(3)：P10)、Inaba H(太阳能学报，2002，23(4)：P482)等人制备了石蜡/高密度聚乙烯定形相变材料。他们一般采用了两种方法制备了定形相变材料，一种方法先用双辊开炼机将90－50wt％的石蜡与10－50％的烯烃类聚合物共混，然后将共混物粉碎加入到螺杆挤出机中熔融挤出冷却烘干制得定形相变材料；另一种方法用螺杆挤出机将石蜡、SBS、碳酸钙三者共混制备了定形相变材料的芯体，平板硫化机热压成型，然后在已成形的定形材料外面热压一层聚乙烯薄膜。已报道的定形相变材料不具备本专利所要求的使用环境；已有技术常采用开炼机与挤出机共混，也不具备本专利所采用的制备方法。

发明内容

本发明目的是提供一种水泥复合定形相变材料砂浆，可直接涂抹在建筑墙体表面、或是现浇浇注成预制板后粘贴在建筑墙体表面，构成复合相变蓄热墙体，以提高围护结构的蓄热能力。本发明材料来源广泛、成本低廉，储能耐久性好，适用范围广。

本发明将定形相变材料，采用特殊的配制工艺，与水泥材料混合制成一种水泥基复合定形相变材料抹灰(或现浇)砂浆，通过抹灰工艺或预制板粘贴工艺，使水泥基复合定形相变材料处于建筑物围护的表面，如墙面、地面等。建筑抹灰施工和预制板粘贴施工是简单、成熟的建筑施工方法。

本发明所采用的定形相变材料是由一种石蜡类物质作为主贮热剂，高密度聚乙烯(HDPE)、苯乙烯－丁二烯－苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)、膨胀石墨作包封支撑体构成，表现为很高的憎水性，与水泥基材料相容性差。首先采用物理破碎方法对相变材料几何尺寸和表面形状进行处理，由憎水性转变为亲水性；然后与水泥基材料混合形成水泥复合定形相变材料，以提高定形相变材料的热传导性能与工程应用性。需要提出的是，过大比例采用复合定形相变材料，将降低水泥复合定形相变材料的力学性能。所谓力学性能表现为抗压强度、抗折强度、粘接强度等和抗裂性，所谓热传导性能表现为导热系数。

一种水泥复合定形相变材料抹灰砂浆，包括以下物质：通过物理破碎方法将材料处理为当量粒径小于2mm的改性的定形相变材料、水泥和砂子，其中定形相变材料由一种石蜡类物质作为主贮热剂，高密度聚乙烯(HDPE)、苯乙烯－丁二烯－苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)、膨胀石墨作包封支撑体构成。对定形相变材料采用物理破碎方法进行亲水性表面改性处理，改性处理方法是将定形相变材料预切成约20x15x10mm的立方块，放置在破碎装置经过10-15秒的物理破碎，破碎为当量直径小于2mm颗粒状材料，由此定形相变材料由疏水性转变为亲水性。

一种水泥复合定形相变材料抹灰砂浆，其特征在于包括以下物质：粒径小于2mm的定形相变材料、水泥和砂子，其中定形相变材料由一种石蜡类物质作为主贮热剂，高密度聚乙烯、苯乙烯－丁二烯－苯乙烯三嵌段共聚物、膨胀石墨作包封支撑体构成，定形相变材料、水泥和砂子为干重量，其中水泥占干重量百分比为20-25％，定形相变材料干重量百分比为50-60％；水加入量为干重量的27％-33％。

定形相变材料由一种石蜡类物质作为主贮热剂，高密度聚乙烯(HDPE)、苯乙烯－丁二烯－苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)、膨胀石墨作包封支撑体而构成，这种定形相变材料为已知的材料，属于现有技术(一种石蜡类复合定形相变材料及制备方法，专利号：ZL200410101555.1，公告日：2006-8-16)。

定形相变材料在砂浆中的最大干重量百分比为60％。

所述的一种水泥复合定形相变材料砂浆的制备方法，包括以下步骤：

(1)对定形相变材料破碎为直径小于2mm的颗粒状材料，由此定形相变材料由疏水性转变为亲水性；

(2)破碎后的定形相变材料、水泥和砂子混合均匀，作为水泥复合定形相变材料砂浆的干重量；

(3)加入干重量百分比27％-33％的水后搅拌均匀，制成砂浆。

砂浆搅拌均匀后注入350x350mm且厚度为3-5mm的钢模腔内并加压，制成干容重为800-840kg/m³水泥复合定形相变材料板。

养护3-4天抗压强度可达到最终强度的60-70％，养护28天抗压强度可达到最终强度0.89MPa，砂浆的拉伸粘结强度0.10Mpa以上。

混合推荐采用机械混合方法。

本发明成本可降低6％-7％，而且因为不需加入导热性能不好的纤维材料，在不改变水泥复合定形相变材料砂浆力学性能的前提下，还提高了砂浆的导热性能约5％-8％。

作为砂浆在使用时，需根据气候、施工目的、施工方法，可加入27％～33％(水泥复合相变材料干重量百分比)水以调节施工所需的稠度(跳桌试验为15次/分钟～18次/分钟)。

具体实施方式

实施例1

将定形相变材料预切成约20x15x10mm的立方块，放入破碎装置经过10-15秒的物理破碎，破碎为当量直径小于2mm颗粒状材料并取出，得到改性后定形相变材料。通常，定形相变材料在反应釜内加工完出釜后，很快从高温的稠粘浆料状冷却为块状，具有较强的憎水性；另外，由于受定形相变材料自身材料热工特性的影响，其热传导性能比较差，导热系数约为0.2W/(m·℃)。

将块状定形相变材料处理为当量直径小于2mm颗粒状，一方面改变了材料的几何形状，同时也加大了材料的表面积，大大改善了材料的亲水性能。这种定形相变材料改性方法较以往的将定形相变材料经过0.25％(重量百分比)HLB值为18的非离子型表面活性剂水溶液浸泡1-3小时的改性方法，成本更低、亲水性能更好。

将小颗粒状改性定形相变材料与水泥、砂子直接混合的方法，改性定形相变材

料在水泥复合相变材料砂浆中的干重量百分比量为55.7％。

将干重量百分比为25％的P.O 32.5水泥kg、干重量百分比为19.3％的砂子与干重量百分比为55.7％的改性后定形相变材料混合后，加入干重量百分比30％的水后搅拌均匀，制成干容重为1000kg/m³立方米的砂浆。砂浆28天的抗压强度0.89MPa，拉伸粘结强度0.145MPa，导热系数0.4W/(m·℃)。

砂浆搅拌均匀后注入350x350mm且厚度为4mm的钢模腔内并加压，制成干容重为840kg/m³的水泥复合定形相变材料板，72小时后达到75％强度，20天后达到100％强度，即抗压强度1.05MPa，拉伸粘结强度0.12MPa；导热系数0.5W/(m·℃)。

实施例2

将定形相变材料预切成约20x15x10mm的立方块，放入破碎装置经过10-15秒的物理破碎，破碎为当量直径小于2mm颗粒状材料并取出，得到改性后定形相变材料。通常，定形相变材料在反应釜内加工完出釜后，很快从高温的稠粘浆料状冷却为块状，具有较强的憎水性；另外，由于受定形相变材料自身材料热工特性的影响，其热传导性能比较差，导热系数约为0.2W/(m·℃)。

将块状定形相变材料处理为当量直径小于2mm颗粒状，一方面改变了材料的几何形状，同时也加大了材料的表面积，大大改善了材料的亲水性能。这种定形相变材料改性方法较以往的将定形相变材料经过0.25％(重量百分比)HLB值为18的非离子型表面活性剂水溶液浸泡1-3小时的改性方法，成本更低、亲水性能更好。

将小颗粒状改性定形相变材料与水泥、砂子直接混合的方法，改性定形相变材料在水泥复合相变材料砂浆中的干重量百分比量为50％。

将干重量百分比为24％的P.O 32.5水泥kg、干重量百分比为19％的砂子与干重量百分比为57％的改性后定形相变材料混合后，加入干重量百分比27％的水后搅拌均匀，制成干容重为840kg/m³立方米的砂浆。砂浆28天的抗压强度0.87MPa，拉伸粘结强度0.148MPa，导热系数0.45W/(m·℃)。

砂浆搅拌均匀后注入350x350mm且厚度为3mm的钢模腔内并加压，制成干容重为840kg/m³的水泥复合定形相变材料板，72小时后达到70％强度，20天后达到100％强度，即抗压强度1.08MPa，拉伸粘结强度0.13MPa；导热系数0.51W/(m·℃)。

实施例1

将定形相变材料预切成约20x15x10mm的立方块，放入破碎装置经过10-15秒的物理破碎，破碎为当量直径小于2mm颗粒状材料并取出，得到改性后定形相变材料。通常，定形相变材料在反应釜内加工完出釜后，很快从高温的稠粘浆料状冷却为块状，具有较强的憎水性；另外，由于受定形相变材料自身材料热工特性的影响，其热传导性能比较差，导热系数约为0.2W/(m·℃)。

将块状定形相变材料处理为当量直径小于2mm颗粒状，一方面改变了材料的几何形状，同时也加大了材料的表面积，大大改善了材料的亲水性能。这种定形相变材料改性方法较以往的将定形相变材料经过0.25％(重量百分比)HLB值为18的非离子型表面活性剂水溶液浸泡1-3小时的改性方法，成本更低、亲水性能更好。

将小颗粒状改性定形相变材料与水泥、砂子直接混合的方法，改性定形相变材料在水泥复合相变材料砂浆中的干重量百分比量为55.7％。

将干重量百分比为20％的P.O 32.5水泥kg、干重量百分比为20％的砂子与干重量百分比为60％的改性后定形相变材料混合后，加入干重量百分比33％的水后搅拌均匀，制成干容重为1000kg/m³立方米的砂浆。砂浆28天的抗压强度0.89MPa，拉伸粘结强度0.145MPa，导热系数0.42W/(m·℃)。

砂浆搅拌均匀后注入350x350mm且厚度为5mm的钢模腔内并加压，制成干容重为800kg/m³的水泥复合定形相变材料板，72小时后达到72％强度，20天后达到100％强度，即抗压强度1.09MPa，拉伸粘结强度0.15MPa；导热系数0.55W/(m·℃)。

Claims (2)

1.一种水泥复合定形相变材料抹灰砂浆，其特征在于包括以下物质：粒径小于2mm的定形相变材料、水泥和砂子，其中定形相变材料由一种石蜡类物质作为主贮热剂，高密度聚乙烯、苯乙烯－丁二烯－苯乙烯三嵌段共聚物、膨胀石墨作包封支撑体构成，定形相变材料、水泥和砂子为干重量，其中水泥占干重量百分比为20-25％，定形相变材料干重量百分比为50-60％；水加入量为干重量的27％-33％；

并且按照以下步骤制备：

(1)对定形相变材料破碎为直径小于2mm的颗粒状材料，由此定形相变材料由疏水性转变为亲水性；

(2)破碎后的定形相变材料、水泥和砂子混合均匀，作为水泥复合定形相变材料砂浆的干重量；

(3)加入干重量百分比27％-33％的水后搅拌均匀，制成砂浆。

2.根据权利要求1所述的一种水泥复合定形相变材料砂浆的应用，其特征在于：

砂浆搅拌均匀后注入350x350mm且厚度为30-50mm的钢模腔内并加压，制成干容重为850-1000kg/m³水泥复合定形相变材料板。