CN105924120B - 一种防水抗渗相变储能石膏砌块及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种防水抗渗相变储能石膏砌块及其制备方法，按重量比石膏砌块本体的组成为：65～80份的脱硫建筑石膏、15～25份的活性掺合料、5～10份的水泥、0.5～1份的有机防水剂、0.2～0.5份的缓凝剂和0.3～0.5份的减水剂；该石膏砌块本体上设有盲孔，在盲孔中填充具有稳定支撑作用的多孔材料和相变储能材料。该石膏砌块具有相变材料不易渗漏、经久耐用的特点，具有优良的调节室内温度的作用，能减少采暖或空调的使用，进而减少化石能源的消耗和降低有害气体的排放。

Description

一种防水抗渗相变储能石膏砌块及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种防水抗渗相变储能石膏砌块及其制备方法。
背景技术
节能和环保是21世纪的两个重要主题，据统计我国建筑能耗约占整个社会总能耗的30%以上，其中50%～70%的能耗来源于采暖与空调的使用。由此造成大量化石能源消耗，产生大量排放物，污染环境，对人类的身体健康造成威胁。尤其是近年来，化石能源的日益枯竭与环境污染等问题日益突出，因此，提高能源利用率和开发使用新型可再生能源成为人类亟待解决的问题。
相变材料作为一种热功能材料，在发生相变过程中以吸收和释放热量的方式来储存和释放热量，实现能量在不同时间段的相互转换。与传统的保温材料相比，相变储能材料在蓄冷、过热保护、温度控制和优化建筑体系方面有着独特优势。尤其在我国人口密集、经济发达地区冬冷夏热，为增加室内热舒适度，每年冬季采暖夏季空调造成大量能源消耗。相变材料与建筑材料结合，可使建筑物具有一定的储热能力，有助于建筑物内部温度的调节，满足环保和低碳的要求。并且已有研究显示，相变材料在建筑领域具有广阔的应用前景。
目前，相变材料与建筑材料复合的方法有：（1）直接加入法，将相变材料与石膏、水泥、砂浆、混凝土等建筑材料直接混合；（2）浸渍法，指将石膏板、墙板、砖块等建筑材料浸泡在相变材料中吸收相变材料；（3）封装法，将相变材料吸附于多孔材料中，或微胶囊封装，制成相变微胶囊，然后与建筑材料混合。但是，直接加入法和浸渍法均会出现相变材料泄漏和耐久性差等问题，且微胶囊封装的方法成本较高，与建筑材料相容性较差，使用寿命短。
本发明将复合相变材料熔融状态下注入到具有盲孔的防水抗渗石膏砌块中，利用废加气混凝土作为多孔和稳定支撑材料，吸收了相变材料发生相变时的膨胀应力，防止相变材料胀破石膏砌块而发生渗漏，同时防止了生产过程中砌块盲孔封堵时或相变材料在发生相变时出现塌陷问题，该防水抗渗相变储能石膏砌块制备工艺延长了相变材料的使用寿命，使相变材料与主体建筑材料寿命相适应；本发明对石膏砌块本体进行了改性，研制出一种不易渗漏、经久耐用的相变储能石膏砌块。
发明内容
本发明提供了一种防水抗渗相变储能石膏砌块及其制备方法，该石膏砌块具有防水抗渗和相变储能的作用。
一种防水抗渗相变储能石膏砌块，其具体技术方案为：其包括石膏砌块本体，石膏砌块本体按重量份由65～80份的脱硫建筑石膏、15～25份的活性掺合料、5～10份的水泥、0.5～1份的有机防水剂、0.2～0.5份的缓凝剂和0.3～0.5份的减水剂组成；石膏砌块本体上设有盲孔，在盲孔中填充有多孔稳定材料和相变储能材料。
所述相变储能材料，为二元复合相变储能材料，由重量比为50～95%的癸酸和5～50%的硬脂酸组成，相变储能材料的相变温度为22～35℃。
所述活性掺合料，为重量比为3:7的锰渣和矿渣的混合粉，该活性掺合料的比表面积为450～550m2/kg。
所述多孔稳定材料，为废蒸压加气混凝土、膨胀蛭石或轻质页岩陶粒，其颗粒粒径为6～12mm。
所述有机防水剂，为VAE乳液、甲基硅醇钠或甲基硅酸钾。
所述水泥，为《通用水泥》GB175-2007中的任意一种。
所述缓凝剂，为废菌丝体蛋白缓凝剂、多聚磷酸钠或柠檬酸钠。
所述减水剂，为萘系减水剂或聚羧酸减水剂。
一种制备上述防水抗渗相变储能石膏砌块的方法，该方法具体步骤包括：
步骤一：将65～80份的脱硫建筑石膏、15～25份的活性掺合料、5～10份的水泥按比例制成混合粉料；将0.5～1份的有机防水剂、0.2～0.5份的缓凝剂、0.3～0.5份的减水剂和45～50份的水按比例制成混合溶液；将混合粉料与混合溶液混合均匀制成浆料，将浆料注入到模具中，制成带有盲孔的石膏砌块本体；
步骤二：往步骤一制得的石膏砌块本体的盲孔中加入粒径为6～12mm的多孔稳定材料；
步骤三：将重量比为50～95%的癸酸和5～50%的硬脂酸升温融化，混合均匀，制得复合相变储能材料，浇注于石膏砌块本体的盲孔内；该相变储能材料将多孔稳定材料包裹，部分进入到多孔稳定材料中；
步骤四：由步骤三得到的石膏砌块经养护、干燥后，得到防水抗渗相变储能石膏砌块。
在上述制备方法中，待步骤三中盲孔内的相变储能材料冷却凝固后，可以用步骤一中的浆料对盲孔进行封堵，防止盲孔内的相变材料损失。
积极的有益效果：本发明对石膏砌块进行了改性，研制出一种不易渗漏、经久耐用的相变储能石膏砌块。将复合相变材料熔融状态下注入到具有盲孔的防水抗渗石膏砌块本体中；利用多孔稳定材料作为稳定支撑材料，起到了吸附相变材料和稳定支撑的作用，能吸收相变材料发生相变时的膨胀应力，防止相变材料胀破石膏砌块本体而发生渗漏，同时防止了生产过程中砌块盲孔封堵时或相变材料在发生相变时出现塌陷等问题。该防水抗渗相变储能石膏砌块制备工艺延长了相变材料的使用寿命，使相变材料与主体建筑材料寿命相适应。
另外，相变材料在熔融状态下注入到石膏砌块本体的盲孔中，冷却凝固后，对其盲孔进行封堵，能有效防止盲孔内的相变材料损失，制作工艺简单，省工节时。
有机防水剂具有成膜性，能与无机材料产生的水硬性的水化硅酸钙和钙矾石互相穿插、交织，形成有机聚合物防水膜和无机耐水材料相互穿插的空间立体防水网络结构。在有机、无机材料的协同作用下，增加了石膏砌块耐水性和抗渗性，能有效阻碍相变材料的泄漏和外部潮湿环境中的水份的进入，使该石膏砌块具备良好的防水和抗渗作用。
本发明将相变材料与建筑材料结合，制成具有相变储能功能的石膏砌块，具有优良的调节室内温度的作用，能减少采暖或空调的使用，降低建筑使用能耗，进而减少化石能源的消耗和降低CO2、NOX、SO2等污染气体的排放。
该石膏砌块可以大量利用建筑垃圾（废蒸压加气混凝土）和工业固体废弃物（脱硫石膏、锰渣、矿渣等），变废为宝，实现建筑垃圾和工业固体废弃物的复合、协调资源化再利用，实现了固体废弃物的减量化，低碳环保，具有良好的经济效益和社会效益。
附图说明
图1为防水抗渗相变储能石膏砌块的正面剖面的结构示意图。
图2为将盲孔封堵后的防水抗渗相变储能石膏砌块的正面剖面的结构示意图。
图3为普通实心石膏砌块与防水抗渗相变储能石膏砌块在模拟环境中，其一个侧面中心温度的变化曲线图。
图中：1石膏砌块本体；2盲孔；3多孔稳定材料；4相变储能材料；5封堵材料；6普通实心石膏砌块侧面中心温度的变化曲线，7防水抗渗相变储能石膏砌块侧面中心温度的变化曲线。
具体实施方方式
在实施例一～三中，所用的活性掺合料由重量比为3:7的锰渣和矿渣组成。
实施例一
步骤一：按重量比，将73份的脱硫建筑石膏、20份的活性掺合料（比表面积490m2/kg）、7份的32.5复合硅酸盐水泥制成混合粉料；将0.7份的甲基硅醇钠、0.4份的废菌丝体蛋白缓凝剂、0.4份的聚羧酸减水剂和48份的水制成混合溶液；将混合粉料与混合溶液混合均匀制成浆料，将浆料注入到模具中，制成带有盲孔的石膏砌块本体；其盲孔数为11，直径为40mm，深度为420mm；
步骤二：往步骤一制得的石膏砌块本体的盲孔中加入9份粒径为6～12mm的膨胀蛭石；
步骤三：将重量比为70%的癸酸和30%硬脂酸升温融化，混合均匀，将20份制得的相变储能材料（其相变温度为22℃），浇注于石膏砌块本体的盲孔内；相变储能材料将膨胀蛭石颗粒包裹，部分进入到膨胀蛭石颗粒中；
步骤四：石膏砌块经养护、干燥后，得到如图1所示长666mm×高500mm×厚80mm的防水抗渗相变储能石膏砌块。
按照《石膏砌块》JCT698-2010测得石膏砌块的软化系数为0.73，其它指标满足标准要求。
实施例二
步骤一：按重量比，将65份的脱硫建筑石膏、25份的活性掺合料（比表面积457m2/kg）、10份的32.5#矿渣硅酸盐水泥制成混合粉料；将0.5份的VAE乳液、0.2份的多聚磷酸钠缓凝剂、0.3份的聚羧酸减水剂和50份的水制成混合溶液；将混合粉料与混合溶液混合均匀制成浆料，将浆料注入到模具中，制成带有盲孔的石膏砌块本体；其盲孔数为9，直径为50mm，深度为400mm；
步骤二：往步骤一制得的石膏砌块本体的盲孔中加入8.5份粒径为6～12mm的废蒸压加气混凝土颗粒；
步骤三：将重量比为50%的癸酸和50%的硬脂酸升温融化，混合均匀，将19份制得的相变储能材料（其相变温度为35℃），浇注于石膏砌块本体的盲孔内；相变储能材料将废蒸压加气混凝土颗粒包裹，部分进入到废蒸压加气混凝土颗粒中；待相变储能材料冷却凝固后，用步骤一中配比的浆料对盲孔进行封堵；
步骤四：石膏砌块经养护、干燥后，得到如图2所示长666mm×高500mm×厚100mm的防水抗渗相变储能石膏砌块。
按照《石膏砌块》JCT698-2010测得石膏砌块的软化系数为0.81，其它指标满足标准要求。
在18℃的环境温度下，将相同尺寸的普通实心石膏砌块和防水抗渗相变储能石膏砌块的一个侧面同时紧贴于温度为34℃的恒温板上加热，将智能温度记录仪的两个探针分别紧贴在两个待测石膏砌块的另一侧面中心。智能温度记录仪每隔1min记录一次石膏砌块的表面中心温度。待两个石膏砌块的表面中心温度均达到34℃后，将两个石膏砌块从恒温板上取下，放置于18℃的室温环境中降温，同样每隔1min记录一次石膏砌块的表面中心温度，得到图3中的温度曲线。在升温阶段，防水抗渗相变储能石膏砌块的测点温度升高的慢；在降温阶段，防水抗渗相变储能石膏砌块的测点温度下降的慢。可见，防水抗渗相变储能石膏砌块具有良好的储热功能。使用了该石膏砌块的建筑，当外界环境的温度升高时，热量储存于建筑的相变墙体内，延缓了建筑内温度的升高；当外界环境的温度降低时，储存于相变墙体内的热量逐渐释放，延缓了建筑内温度的下降。
因此，使用了相变储能石膏砌块的墙体，能起到有效的调节建筑内温度的作用，能减少采暖或空调的使用，降低建筑使用能耗，进而减少化石能源的消耗和污染气体的排放。经过上述多次的相变过程，石膏砌块内的相变材料封装完好，未发生泄漏。
实施例三
步骤一：按重量比，将80份的脱硫建筑石膏、15份的活性掺合料（比表面积542m2/kg）、5份的42.5#普通硅酸盐水泥制成混合粉料；将1份的甲基硅酸钾、0.5份的柠檬酸钠、0.5份的萘系减水剂和45份的水制成混合溶液；将混合粉料与混合溶液混合均匀制成浆料，将浆料注入到模具中，制成带有盲孔的石膏砌块本体；其盲孔数为7，直径为70mm，深度为380mm；
步骤二：往步骤一制得的石膏砌块本体的盲孔中加入8份粒径为6～12mm的轻质页岩陶粒；
步骤三：将重量比为95%的癸酸和5%的硬脂酸升温融化，混合均匀，将19份制得的相变储能材料（其相变温度为28℃），浇注于石膏砌块本体的盲孔内；相变储能材料将轻质页岩陶粒包裹，部分进入到轻质页岩陶粒中；
步骤四：石膏砌块经养护、干燥后，得到如图2所示长666mm×高500mm×厚120mm的防水抗渗相变储能石膏砌块。
按照《石膏砌块》JCT698-2010测得石膏砌块的软化系数为0.65，其它指标满足标准要求。
以上实施例仅为进一步说明本发明，并非对发明做出任何限制，凡在本发明实质内容上做出的简单修改和改进均属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种防水抗渗相变储能石膏砌块的制备方法，其特征在于包括以下步骤:
步骤一：将65～80份的脱硫建筑石膏、15～25份的活性掺合料、5～10份的水泥按比例制成混合粉料；将0.5～1份的有机防水剂、0.2～0.5份的缓凝剂、0.3～0.5份的减水剂和45～50份的水按比例制成混合溶液；将所述混合粉料与所述混合溶液混合均匀制成浆料，将所述浆料注入到模具中，制成带有盲孔的石膏砌块本体；
步骤二：往步骤一制得的石膏砌块本体的盲孔中加入粒径为6～12mm的多孔稳定材料；
步骤三：将重量比为50～95%的癸酸和5～50%的硬脂酸升温融化，混合均匀，制得相变储能材料，浇注于所述石膏砌块本体的盲孔内；
步骤四：由步骤三得到的石膏砌块经养护、干燥后，得到防水抗渗相变储能石膏砌块；
所述活性掺合料，为重量比为3:7的锰渣和矿渣的混合粉，所述活性掺合料的比表面积为450～550m2/kg；
所述多孔稳定材料，为废蒸压加气混凝土、膨胀蛭石或轻质页岩陶粒，其颗粒粒径为6～12mm。
2.根据权利要求1所述的一种防水抗渗相变储能石膏砌块的制备方法，其特征在于：所述相变储能材料，由重量比为50～95%的癸酸和5～50%的硬脂酸组成，得到的相变储能材料的相变温度为22～35℃。
3.根据权利要求1所述的一种防水抗渗相变储能石膏砌块的制备方法，其特征在于：所述有机防水剂，为VAE乳液、甲基硅醇钠或甲基硅酸钾。
4.根据权利要求1所述的一种防水抗渗相变储能石膏砌块的制备方法，其特征在于：所述水泥，为《通用水泥》GB175-2007中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的一种防水抗渗相变储能石膏砌块的制备方法，其特征在于：所述缓凝剂，为废菌丝体蛋白缓凝剂、多聚磷酸钠或柠檬酸钠。
6.根据权利要求1所述的一种防水抗渗相变储能石膏砌块的制备方法，其特征在于：所述减水剂，为萘系减水剂或聚羧酸减水剂。
7.根据权利要求1所述的一种防水抗渗相变储能石膏砌块的制备方法，其特征在于：待所述步骤三中盲孔内的相变储能材料冷却凝固后，用所述步骤一中的浆料对盲孔进行封堵。
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