CN105621918A - 一种可作为轻骨料的建筑相变储热复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可作为轻骨料的建筑相变储热材料，解决了目前用于建筑材料中相变材料出现的难储存、使用时易泄漏，实际施工难的问题。这种具有相变储热材料的骨料，相变温度点可调；颗粒直径大小在1.6mm~20mm之间，相变潜热在10J/g~100J/g，筒压强度为2.5~10.0MPa，80℃冷热循环损失率几乎为零。可应用于要求储热功能的砂浆、混凝土或砌体结构中；该材料由吸附材料、相变材料、封装材料组成。吸附材料吸附一定比例的相变温度在15℃～32℃的相变材料，然后采用封装材料进行包裹封装；这种材料具有良好的密封性、可控的相变温度、较高的强度，可解决当前相变材料的难存储、不稳定、难成型等问题。

Description

一种可作为轻骨料的建筑相变储热复合材料
技术领域
本发明属于建筑材料领域，属于相变储能材料，可作为混凝土、砂浆或砌体的骨料，也可作为保温储热材料用于外墙、楼板等有保温储热需求的结构中，涉及一种可广泛应用于建筑结构中的相变储热材料的制备方法。
背景技术
相变储热复合材料是一种热功能复合材料，能将能量以相变潜热的形式储藏在其体内，用于建筑材料，可有效提高建筑物蓄热能力。应用于建筑材料中的相变材料，目前主要两种方法：(1)直接浸入法，即将直接熔化的相变材料渗透进多孔隙的材料中，简单封装后待用。该方法工艺简单，成本较低。但是由于用于建筑的相变材料在常温下会发生相变，转化为液体，在一次冷热循环时，因为无封装，相变材料极易渗漏，几次冷热循环后即失去作用，因此难以长期储存并使用。(2)掺入相变微胶囊，即应用微胶囊技术在相变材料的微粒表面包覆一层高分子膜制备而成的复合相变材料。该方法工艺复杂，成本高，应用较少，掺入到建筑材料中，密度较轻，由于其表面的憎水性，难以与水泥基在混合均匀。
发明内容
技术问题：针对目前相变储能技术的出现的易渗漏、封装不密实、常温不稳定、难以长期常温储存，较强的憎水性，难以与水泥基相容；成型过程易上浮、不均匀等问题。本发明的目的是提供一种性能稳定、高强、均匀，可真正大批量用于建筑材料的相变储热材料。
发明内容与技术方案：该材料由吸附材料、相变材料、封装材料组成。并通过熔化、混合、吸附、成核、封装等工艺制备而成。技术方案为：选择适当相变温度的相变材料，充分利用多孔材料的吸附特性，采用多孔吸附混合法，将合适的相变材料吸附于多孔基质材料中，形成颗粒状材料，作为储热内核；通过“滚球”工艺用水泥基材料对其进行封装处理，确保相变材料的不泄漏，同时具备一定强度。根据需要制备不同相变潜热、颗粒粒径、强度的相变储热骨料。将其应用到建筑材料中，制成不同的建筑储热制品。
1吸附材料：吸附材料的吸附特性决定了可吸附相变材料的质量，从而也决定其储热性能，其比表面积越大，所吸附的相变材料量越大，因此宜选择比表面积大于10m2/g多孔结构材料。而使用较低密度的材料，有利于降低产品的总容重，提高其保温性能，因此同样的比表面积下，尽可能选择密度低的材料。
2相变材料：相变温度的选择依赖于所处环境温度及体感的舒适温度，以满足当地气候下，调节室内温度为宜。当外界环境温度较高时，如25℃～32℃，体感很热，外界环境通过保温层，传递到墙体内部，热量被墙体吸收储存，从而降低室内热量，实现夏季的保温隔热。而当外界温度较低时，在内墙使用16℃～22℃的相变材料，将传递给外界的能量储存在内墙，从而实现冬季的保温储热。相变材料占所述建筑相变储热复合材料总质量根据吸附材料的吸附性能即孔隙率而定。一般吸附体积含量为空隙体积含量的0.6～1.2。以质量计时，与吸附材料密度有关，采用高密度吸附材料时，为吸附材料质量的25％～50％之间；采用低密度吸附材料时，为吸附材料质量的2～5倍；
3封装材料：封装材料主要用于防止相变材料在常温下的泄露及提供强度。采用水泥基材料有利于提高所制备骨料对混凝土、砂浆的相容性。封装材料本身的强度和厚度决定了整个储热材料的强度和密度。封装材料由胶结材料和水或浆体组成，其中的胶结料和预先制备好的内核颗粒一起加入成球盘，同时采用喷洒方式加入水或浆体。其中胶结材料以水泥为基础，添加粉煤灰、矿渣微粉、硅灰中的1种至3种，如水泥与粉煤灰混合，水泥与矿粉混合，水泥与粉煤灰和硅灰混合，水泥与粉煤灰、矿粉和硅灰一起混合等，总掺加量为水泥质量的15％～60％，混合均匀后作为胶结材料。如使用水，则水占胶结材料质量的15％～35％，浆体则为用水和前述胶结材料按比例35％～60％混合成大流动性的浆体。控制胶结材料的组成、水或浆料与胶结材料的比例，可以控制封装材料的强度。
4储热内核颗粒的制备：将吸附材料与相变材料按一定比例放入容器中，将闭容器加热至高于相变材料熔点。待固体相变材料完全溶化后，混合均匀，待吸附材料充分吸附相变材料后，边冷却边搅拌或滚搓成近球形，然后取出，根据需求过筛，制成直径在0.6mm-12mm的球形储热颗粒。
5封装工艺：将储热颗粒置于成球机中，将混合均匀的胶结材料加入成球机，在成球机运动的同时喷洒水或浆料，对储热内核颗粒进行封装包裹。控制封装层厚度在0.5mm～3.0mm，使封装后的颗粒具备不同的密度和强度，满足不同需求的实用型相变储热材料。
6、养护方式：将封装好的材料置于室温下3～8小时后，直接置于温度10～23℃相对湿度大于等于80％的环境养护1个月，或者仅养护7～15天后置于30℃～50℃的蒸汽中养护1～5天后，即可出厂。随着放置时间的延长，其强度还可进一步的增长。
7、相变储热材料的性能指标：
7.1相变温度和相变潜热。可根据不同的使用用途和使用环境选择。一般选择相变温度为16℃～32℃。针对不同的相变材料选择吸附材料，根据吸附材料吸附的相变材料量及内核粒径的大小，可调节储热材料的相变潜热，一般控制在在10J/g～100J/g。
7.2储热颗粒的直径。根据实际要求和性价比，选择储热内核颗粒直径(0.6～12mm)和封装厚度(控制在0.5～3.0mm)，粒径等于内核直径加上两倍的封装厚度，因此粒径在1.6mm～20mm范围内可调。
7.3筒压强度。主要封装材料本身的强度和厚度来确定。具体而言，封装材料中，水泥和硅灰含量越高，封装材料越厚，颗粒强度越高。采用筒压强度表征封装材料强度，常用筒压为2.50MPa～10.0MPa。
7.4堆积密度。主要与吸附材料和相变材料密度、封装厚度有关。吸附与相变材料密度越低，封装厚度越薄，堆积密度越小。堆积密度典型值在600kg/m3～1200kg/m3之间。
7.5其他性能。由于采用水泥基复合材料密实封装，80℃和10℃水浴中进行10min的冷热循环50次，几乎无质量损失，相变材料无泄漏。
有益效果
1该储热材料，原材料易得，工艺简单，易于实现规模化生产。
2该材料可采用不同相变温度的相变材料，因此可实现相变温度的可调。通过吸附材料吸附量的大小和吸附的多少，从而调节相变潜热。
3采用水泥基材料作为封装材料，可显著提高相变材料的强度，同时解决在建筑材料中的使用相容性问题。
4封装材料采用较高强度的水泥基材料，孔隙率小，不易渗漏，冷热循环几乎无损失，可以解决一般相变储热材料出现的易渗漏，常温不稳定，难以储存等问题。
5该材料封装时采用成球技术，可控制封装厚度，从而实现骨料粒径、密度等级、筒压强度等的调节，实现基于性能需要的材料制备。
附图说明
图1为本发明提供的储热材料的制备工艺示意图；
图2为本发明提供的相变内核颗粒和封装成型后的骨料实物图。
具体实施方式
实施例：
相变材料采用5℃的液体石蜡和58～60℃切片石蜡，按比例1:2复合制备成熔点28℃，相变潜热为218J/g的相变材料。
封装材料采用P·II42.5R水泥和I级粉煤灰按80％、20％的比例混合作为胶结料，水和封装材料的比例为0.15～0.25。
吸附材料第1组采用玻化微珠，第2和3组采用海泡石，第4、5和6组采用废弃EPS。
成型完成4h后，置于温度20℃相对湿度大于90％的环境养护7d，然后放入40℃蒸汽养护室养护24h，测得结果如表1所示，产品如图1所示。
表1不同相变材料、吸附材料、封装材料的比例及性能
应理解上述实例仅用于说明发明技术方案的具体实施方式，而不用于限制本发明的实际范围。

Claims (3)

1.一种用作轻骨料的建筑相变储热复合材料，其相变温度可调为15℃～32℃，颗粒为近圆形或圆形，直径大小在1.6mm~20mm之间；相变潜热在10J/g~100J/g；具备2.5~10.0MPa的筒压强度；80℃冷热循环损失率几乎为零，其特征在于：该建筑相变储热复合材料由吸附材料、相变材料和封装材料组成。
2.根据权利要求1所述的可作为轻骨料的建筑相变储热复合材料，其特征在于：
吸附材料包括海泡石、膨润土、沸石、膨胀珍珠岩、玻化微珠、废弃EPS等比表面积高于10m2/g的多孔轻质材料；当采用密度在1500~2300kg/m3的海泡石、膨润土、沸石的高密度材料时，吸附材料占所述建筑相变储热复合材料总质量的25%-40%；而采用密度低于600kg/m3的膨胀珍珠岩、玻化微珠、废弃EPS的低密度材料时，吸附材料占所述建筑相变储热复合材料总质量的2%~10%；
相变温度在15℃~32℃的材料均可作为相变材料，
如可采用相变温度18℃的硬脂酸丁酯，或采用相变温度在5℃～10℃的石蜡和45~60℃的石蜡，按比例复合而成，相变材料占所述建筑相变储热复合材料总质量根据吸附材料的吸附性能即孔隙率而定，吸附体积含量为空隙体积含量的0.6~1.2，以质量计时，与吸附材料密度有关，采用高密度吸附材料时，为吸附材料质量的25%~50%之间；采用低密度吸附材料时，为吸附材料质量的2~5倍；
封装材料采用水泥基复合材料，由胶结料和水或浆体组成，混合后在成球盘中将内核封装包裹，其中胶结材料以水泥为基础，添加粉煤灰、矿渣微粉、硅灰、锂渣等工业废渣中的1种至3种，总量为水泥质量的20%~60%，混合均匀后作为胶结材料，当采用高密度吸附材料时，封装质量占所述建筑相变储热复合材料总质量的20%-40%；当采用低密度吸附材料时，封装质量占所述建筑相变储热复合材料总质量的50%-80%。
3.如权利要求1-2所述用作轻骨料的建筑相变储热复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
首先通过加热使相变材料完全熔化，混合均匀，待多孔吸附材料充分吸附相变材料后，边冷却边搅拌、或打碎或滚搓形成粒径大小0.6~12.0mm的内核颗粒；将封装材料中的胶结料按比例混合均匀待用；将内核材料先加入成球盘中，然后边添加已混合均匀的胶结料，边采用喷洒方式添加水或浆体，控制封装层厚度在0.5mm~3.0mm，通过“滚球”工艺封装成球形集料，通过规定的养护后得到相变储热骨料，
根据权利要求3所述方法，其中成球仪中成球时，可采用喷水或喷浆的方式，当使用水时，则水占胶结材料质量的15%~35%；当使用浆体时，浆体则为用水和胶结材料按比例35%~60%混合成大流动性的浆体。
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