CN105503095B - 一种相变储热混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种相变储热混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种相变储热混凝土及其制备方法，属于建筑材料技术领域。本发明的一种相变储热混凝土，包括各组分重量份数为：水泥10～20份，石英砂15～25份，天然卵石子15～25份，水20～30份，硫酸钙2～5份，减水剂1～3份，膨胀剂1～3份，包裹有石油沥青的丁基橡胶胶囊10～20份，硅灰10～15份。其制备方法为水泥浆的制备→包裹有石油沥青的丁基橡胶胶囊的制备→相变储热混凝土浆的制备→浇筑。本发明可以实现提高混凝土的蓄热性能，能改善混凝土比热容小，散热快的缺点，并有效降低储热混凝土的制造成本。

Description

一种相变储热混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体地说，涉及一种相变储热混凝土及其制备方法。
背景技术
储热混凝土是在普通混凝土中添加一定含量的相变蓄热组分材料制成的一种新型水泥基复合材料。普通混凝土比热容都比较小，在混凝土中添加一定含量的无机盐晶体和碳纤维等储热组分，可改善其蓄热性能，但碳纤维价格较高，在混凝土中使用将使储热混凝土的成本较高。
中国专利公开号：102173664A，公开日：2011-9-7的专利文献公开了一种石墨-石蜡复合相变储能混凝土。该发明为一种石墨-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。该发明由于在石蜡中添加了石墨作为导热添加剂，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。但由于混凝土中的石蜡是一种有机物的混合物，与混凝土中的其它物质不能很好的融合，因此，该发明的石墨～石蜡复合相变储能混凝土在使用一段时间后，石蜡会慢慢渗出而造成该混凝土的热量的储存和释放效率逐渐降低。
发明内容
1.要解决的技术问题
针对现有技术中储热混凝土热量的储存和释放效率逐渐降低的问题，本发明提供了一种相变储热混凝土及其制备方法。它可以实现提高混凝土的蓄热性能，能改善混凝土比热容小，散热快的缺点，并有效降低储热混凝土的制造成本。
2.技术方案
本发明的一种相变储热混凝土中选择石油沥青作为储热主要成分的技术原理为：石油沥青是一种低成本、高储热性能的商用相变材料，其相变温度42℃，相变潜热为325kJ/kg，体积储热密度为320MJ/m3，但在将石油沥青应用于混凝土材料的过程中，容易出现过冷和相分离现象，导致材料析出，降低循环寿命，严重制约石油沥青在混凝土中的实际应用，将石油沥青填充在丁基橡胶胶囊中，并将丁基橡胶胶囊过热密封，制配成包裹有石油沥青的丁基橡胶胶囊，将相变的包裹有石油沥青的丁基橡胶胶囊掺和在混凝土中制备成一种相变储热混凝土。
为达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种相变储热混凝土，包括水泥、石英砂、天然卵石子、水、硫酸钙、减水剂和膨胀剂，其特征在于：还包括包裹有石油沥青的丁基橡胶胶囊和硅灰；各组分重量份数为：水泥10～20份，石英砂15～25份，天然卵石子15～25份，水20～30份，硫酸钙2～5份，减水剂1～3份，膨胀剂1～3份，包裹有石油沥青的丁基橡胶胶囊10～20份，硅灰10～15份。
优选地，水泥为粉煤灰硅酸盐水泥。
优选地，天然卵石子为d≤8mm的卵石子。
优选地，硅灰主要由玻璃态SiO2组成，颗粒粒径小于1um的超细粉末。
优选地，硅灰平均粒径在0.1um，其比表面积为300～400㎡/kg。
一种相变储热混凝土的制备方法，具体步骤如下：
A.水泥浆的制备：将水泥和水计量后混合搅拌；
B.包裹有石油沥青的丁基橡胶胶囊的制备：将石油沥青填充到丁基橡胶胶囊中，过热密封丁基橡胶胶囊制备出包裹有石油沥青的丁基橡胶胶囊；
C.相变储热混凝土浆的制备：将计量后的石英砂、天然卵石子、硫酸钙、硅灰、B步骤制得的包裹有石油沥青的丁基橡胶胶囊加入到A步骤制得的水泥浆中混合搅拌，搅拌速度为800～1500rpm，搅拌2min后再加入计量后的减水剂和膨胀剂继续搅拌10min；
D.浇筑：将C步骤制得的相变储热混凝土浆注入模具中，20～30℃下养护28天，硬化得到相变储热混凝土。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下效果：
(1)本发明的一种相变储热混凝土，除添加了混凝土常用的水泥、石英砂、天然卵石子、水、减水剂和膨胀剂外，添加了导热性能好的包裹有石油沥青的丁基橡胶胶囊以提高混凝土的蓄热释放效率，提高了混凝土的储热性能，改善了混凝土比热容小，散热快的缺点，并有效降低了储热混凝土的制造成本；
(2)本发明的一种相变储热混凝土，水泥为粉煤灰硅酸盐水泥，用这种水泥制得的储热混凝土材料抗压强度高，易得价廉；
(3)本发明的一种相变储热混凝土，天然卵石子为d≤8mm的卵石子，搅拌后能够达到既可以均匀分布于混凝土中起到骨架作用，又不使成本增加过高的目的，在本发明的混凝土材料中使用性价比高；
(4)本发明的一种相变储热混凝土，硅灰规格为颗粒粒径小于1um，平均粒径在0.1um，具有很高的比表面积(300～400㎡/千克)，这个规格的硅灰应用于本发明的混凝土材料中，起到的高耐久和高抗冻性；由于加入了包裹有石油沥青的丁基橡胶胶囊对一般混凝土来说，其强度会变小，但在混凝土中加入了超细粉末硅灰能避免混凝土强度变小，而且超细粉末附着在丁基橡胶胶囊的表面，即保护丁基橡胶胶囊的完整性，还能提高其抗渗性，因此包裹有石油沥青的丁基橡胶胶囊和超细粉末硅灰具有协同作用；
(5)本发明的一种相变储热混凝土及其制备方法，具有经济、通用性好等优点，适用于各种需要蓄热功能的混凝土的地区和行业，便于推广使用。
具体实施方式
下面结合具体的实施例，对本发明作详细描述。
实施例1
本实施例的一种相变蓄热混凝土材料，主要组分为下列重量份的原料：
粉煤灰硅酸盐水泥20份，石英砂15份，天然卵石子20份，水25份，硫酸钙2份，减水剂2份，膨胀剂3份，包裹有石油沥青的丁基橡胶胶囊10份，硅灰15份；
本实施例的相变蓄热混凝土的制备方法，其具体步骤如下：
A.水泥浆的制备：将粉煤灰硅酸盐水泥20份和水25份计量后混合搅拌；
B.石油沥青丁基橡胶胶囊的制备：将石油沥青填充到空的丁基橡胶胶囊中，过热密封丁基橡胶胶囊制备出包裹有石油沥青的丁基橡胶胶囊制得10份；
C.相变蓄热混凝土浆的制备：将计量后的硅灰20份、天然卵石子20份、石英砂15份、硫酸钙2份、B步骤制得的石油沥青丁基橡胶胶囊10份加入到A步骤制得的水泥浆中混合搅拌，搅拌速度为1000rpm，搅拌2min后再加入计量后的减水剂2份和膨胀剂3份继续搅拌10min；
D.混凝土浇筑：将C步骤制得的相变储热混凝土浆注入模具中，25℃下养护28天，硬化得到相变蓄热混凝土材料。
经测试，制得的本实施例的相变储热混凝土每立方的理论储热量可达352kW.h，取得了明显的储热效果。
实施例2
本实施例的一种相变蓄热混凝土材料，主要组分为下列重量份的原料：
粉煤灰硅酸盐水泥15份，石英砂25份，天然卵石子15份，水20份，硫酸钙5份，减水剂1份，膨胀剂2份，包裹有石油沥青的丁基橡胶胶囊15份，硅灰10份(平均粒径在0.1um，其比表面积为300～400㎡/kg)；
本实施例的一种储热混凝土材料的制备方法，其具体步骤如下：
A.水泥浆的制备：将粉煤灰硅酸盐水泥15份和水20份计量后混合搅拌；
B.石油沥青丁基橡胶胶囊的制备：将石油沥青填充到空的丁基橡胶胶囊中，过热密封丁基橡胶胶囊制备出包裹有石油沥青的丁基橡胶胶囊制得15份；
C.相变蓄热混凝土浆的制备：将计量后的硅灰10份、天然卵石子15份、石英砂25份、硫酸钙5份、B步骤制得的石油沥青丁基橡胶胶囊15份加入到A步骤制得的水泥浆中混合搅拌，搅拌速度为1000rpm，搅拌2min后再加入计量后的减水剂1份和膨胀剂3份继续搅拌10min；
D.混凝土浇筑：将C步骤制得的相变储热混凝土浆注入模具中，20℃下养护35天，硬化得到相变蓄热混凝土材料。
经测试，制得的本实施例的一种相变储热混凝土每立方的理论储热量可达368kW.h，取得了明显的储热效果。
实施例3
本实施例的相变蓄热混凝土的制备方法，其具体步骤如下：
A.水泥浆的制备：将粉煤灰硅酸盐水泥10份和水30份计量后混合搅拌；
B.石油沥青丁基橡胶胶囊的制备：将石油沥青填充到空的丁基橡胶胶囊中，过热密封丁基橡胶胶囊制备出包裹有石油沥青的丁基橡胶胶囊制得20份；
C.相变蓄热混凝土浆的制备：将计量后的硅灰12份(硅灰主要由玻璃态SiO2组成，颗粒粒径小于1um的超细粉末)、d≤8mm的天然卵石子25份、石英砂20份、硫酸钙3份、B步骤制得的石油沥青丁基橡胶胶囊20份加入到A步骤制得的水泥浆中混合搅拌，搅拌速度为1000rpm，搅拌2min后再加入计量后的减水剂3份和膨胀剂1份继续搅拌10min；
D.混凝土浇筑：将C步骤制得的相变储热混凝土浆注入模具中，30℃下养护25天，硬化得到相变蓄热混凝土材料。
经测试，制得的本实施例的相变储热混凝土每立方的理论储热量可达386kW.h，取得了明显的储热效果。
以上示意性地对本发明创造及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。

Claims (4)

1.一种相变储热混凝土，包括水泥、石英砂、天然卵石子、水、硫酸钙、减水剂和膨胀剂，其特征在于：还包括包裹有石油沥青的丁基橡胶胶囊和硅灰；各组分重量份数为：水泥10～20份，石英砂15～25份，天然卵石子15～25份，水20～30份，硫酸钙2～5份，减水剂1～3份，膨胀剂1～3份，包裹有石油沥青的丁基橡胶胶囊10～20份，硅灰10～15份；所述的硅灰主要由玻璃态SiO2组成，是颗粒粒径小于1μm的超细粉末，其比表面积为300～400㎡/kg。
2.根据权利要求1所述的一种相变储热混凝土，其特征在于：所述的水泥为粉煤灰硅酸盐水泥。
3.根据权利要求1或2所述的一种相变储热混凝土，其特征在于：所述的天然卵石子为d≤8mm的卵石子。
4.一种制备如权利要求1所述的相变储热混凝土的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：
A.水泥浆的制备：将水泥和水计量后混合搅拌；
B.包裹有石油沥青的丁基橡胶胶囊的制备：将石油沥青填充到丁基橡胶胶囊中，过热密封丁基橡胶胶囊制备出包裹有石油沥青的丁基橡胶胶囊；
C.相变储热混凝土浆的制备：将计量后的石英砂、天然卵石子、硫酸钙、硅灰、B步骤制得的包裹有石油沥青的丁基橡胶胶囊加入到A步骤制得的水泥浆中混合搅拌，搅拌速度为800～1500rpm，搅拌2min后再加入计量后的减水剂和膨胀剂继续搅拌10min；
D.浇筑：将C步骤制得的相变储热混凝土浆注入模具中，20～30℃下养护28天，硬化得到相变储热混凝土。
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