CN106517923A - 一种短终凝期的导热和储热混凝土材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种短终凝期的导热和储热混凝土材料及其制备方法和应用，属于建筑材料技术领域。本发明的一种短终凝期的导热和储热混凝土材料，各组分重量份数为：水泥18份～20份，淀粉1份～2份，砂40～50份，相变聚苯乙烯微胶囊6～8份，石墨5份～10份，天然卵石子15～25份；其中：水泥、相变聚苯乙烯微胶囊和淀粉用水混合均匀后，用真空冷冻干燥工艺进行干燥后使用。本发明充分利用初凝期的可塑性，将水泥活性部分激发后，然后进行真空冷冻干燥工艺，冰晶升华干燥后，形成灰白色蜂窝状薄脆块的结构，该结构为粉碎至任意粒度打下良好的基础。而且，能够应用于各种建筑使用。

Description

一种短终凝期的导热和储热混凝土材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体地说，涉及一种短终凝期的导热和储热混凝土材料及其制备方法和应用。
背景技术
国家标准规定：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥等六类硅酸盐水泥初凝时间不得早于45min，一般为1～3h；终凝时间除硅酸盐水泥不迟于6.5h外，其余水泥终凝时间不得迟于10h，一般为5～8h凡初凝时间不符合规定者为废品，终凝时间不符合规定者为不合格品。
混凝土在确保达到终凝的情况下，一般情况下，凝固时间越短越好，可以缩短施工时间。水泥达到终凝后，水泥的各项强度就成型了，也不会增长了，因此，在保证混凝土硬度的前提下，缩短终凝期是技术人员重点考虑的研究方向。
还有就是，大楼主框架施工完毕后，建筑工人需要向大楼喷水，这是因为当天气干热时，水蒸发很快，当水泥还未完全凝固前，水就蒸发没了，水泥与水和空气发生化学反应就停止，水泥无法完全凝固，其硬度就达不到设计要求。所以当其缺水时，要及时补水，确保水泥完全凝固。
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。
利用某些物质在相转变过程中的吸热和放热现象，可以进行热能贮存和温度调节控制。具有热能贮存和调节控制功能的这些物质称为相转变材料(PCM，phasechangematerials)，也称相变材料。根据材料组成的不同，相变材料可以分为无机相变材料、有机相变材料和高分子相变材料；根据相变方式的不同，可分为固-液相变材料和固-固相变材料。不同相变材料各有其不同的特点，应用上也存在一定的局限性。
中国专利申请号：201510656866.2，公开日：2015-12-15的专利文献公开了是一种利用淀粉渣改性生土材料的方法，包括：(1)将生土、无机胶凝材料按比例称量混合均匀；(2)将淀粉渣干燥、粉磨,按比例称量后加水煮沸得到浆液；(3)按一定配比称量外加剂，并将其与所述步骤(2)中制得的淀粉渣浆液混合均匀；(4)将所述步骤(3)制得的混合液加入所述步骤(1)的混合料中，强力搅拌均匀，将湿混后混合料送入真空练泥机中练泥后，挤出成型，其中水的质量为固体总质量的22～30％；(5)将所述步骤(4)中挤出成型的生土材料，自然干燥养护28天。该发明制备工艺简单，属于低成本的新型环保建筑材料，其使用的原料来源广泛，大大减少了原材料与运输的成本。该发明虽然使用到了淀粉渣，但只是出于降低成本的需要。
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
要解决的技术问题
针对现有技术中混凝土终凝期长、影响施工周期以及储热混凝土热量的储存和释放效率逐渐降低的问题，本发明提供了一种短终凝期的导热和储热混凝土材料及其制备方法和应用。它可以实现缩短混凝土终凝期，并可以让其在短时间内完全凝固而不影响硬化质量，应用于外墙时，还有保温的效果，而且还具备导热和储热功能。
技术方案
本发明的技术原理是，水泥和水以后，发生一系列物理与化学变化，随着水泥水化反应的进行，水泥浆体逐渐失去流动性、可塑性，进而凝固称具有一定强度的硬化体，这一过程成为水泥的凝结，前期为初凝期，后期为终凝期，而整个凝固的过程，往往伴随着的是放热的过程，发明人充分利用初凝期的可塑性，将其与淀粉混合并和水搅拌后，将水泥活性部分激发后，会产生热量，部分淀粉会有糊化成胶状膨胀的效果，迅速进行真空冷冻干燥，在升华吸热的前提下，料温迅速降低，保持其活性和产生大量冰晶充实在冻体状态的初凝体中，这些冰晶甚至能够对水泥和淀粉的粉体颗粒表面进行破坏，甚至能够刺破颗粒表面，然后进行真空冷冻干燥工艺，而真空冷冻干燥的作用是保持该活性，冰晶升华干燥后，在原位产生大量的细小空隙，形成灰白色蜂窝状薄脆块的结构，该结构由于水分含量小且膨松，为粉碎至任意粒度的微粉料打下良好的基础。
本发明选择相变聚苯乙烯微胶囊作为储热主要成分的技术原理为：微胶囊技术是一种用成膜材料把固体或液体包覆形成微小粒子的技术，得到的微小粒子称微胶囊，一般粒子大小在1～300µm范围内。包在微胶囊内部的物质称为囊心(也称为芯材、内核)，囊心物质为PCM的称为微胶囊相变材料(MPCM)。微胶囊相变材料是将微胶囊技术引入相变材料，增大了传热面积，防止了相变物质与周围环境的反应，控制了相转变时PCM的体积变化，提高了相变材料的使用效率。目前可作为微胶囊内核物质的固-液相变材料有结晶水合盐、共晶水合盐、直链烷烃、石蜡类、脂肪酸类和聚乙二醇等。微胶囊外部为成膜材料形成的包覆膜，称为壁材(也称为外膜、囊壁)，壁材通常为合成高分子材料，可选用的壁材有聚乙烯、聚苯乙烯、聚脲、聚酰胺、环氧树脂、脲醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂等。此外，有些微胶囊相变材料中还含有成核剂等其它助剂，用来改善相变材料的性能。利用上述原理，发明人经过多次的试验制得适用于混凝土的相变聚苯乙烯微胶囊，这种相变聚苯乙烯微胶囊是一种具有化学性质稳定、相变潜热大、无过冷及相分离现象的相变储热材料，将这种相变聚苯乙烯微胶囊掺入导热混凝土中具体良好的维持温度恒定和储存余热的功能。
将相变聚苯乙烯微胶囊和淀粉、水泥和水一起混合后进行冻干，相变聚苯乙烯微胶囊中的水分进行彻底的升华后，胶囊产生的脱水通道被淀粉或水泥补位，在胶囊的表面形成保护层，加强了相变聚苯乙烯微胶囊的吸热和放热的持久性。
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
一种短终凝期的导热和储热混凝土材料，包括水泥、淀粉、砂、天然卵石子、相变聚苯乙烯微胶囊和石墨，各组分重量份数为：水泥18份～20份，淀粉1份～2份，砂40～50份，相变聚苯乙烯微胶囊6份～8份，石墨5份～10份，天然卵石子15～25份；其中：水泥、相变聚苯乙烯微胶囊和淀粉用水混合均匀后，用真空冷冻干燥工艺进行干燥后使用。
一种短终凝期的导热和储热混凝土材料的制备方法，步骤为：
A、混合后搅拌：将水泥、相变聚苯乙烯微胶囊和淀粉混合均匀后，加水搅拌均匀成初凝体；
B、摊薄：将初凝体迅速摊薄至模具中；
C、冻干：转入真空冷冻干燥仓内冻干后呈灰白色蜂窝状薄脆块；
D、粉碎：将薄脆块进行粉碎呈微粉料；
E、真空包装；
F、应用：具体应用过程中，拆包装后混合砂、天然卵石子、石墨、水使用。
优选地，所述步骤B模具的厚度为2～5cm；相变聚苯乙烯微胶囊的制备方法为以聚苯乙烯为聚合物壳材、石蜡为相变材料，通过以下步骤制作而成：
1)制备油相和水相：将相变材料与聚合物壳材融化后混合均匀作为油相，其中：相变材料的占油相的质量百分比在25～60％，所述的聚合物壳材占油相的质量百分比在40～75％；所述的相变材料采用石蜡，所述的聚合物壳材采用聚苯乙烯；将乳化剂分散在水中作为水相，其中乳化剂的占水相的质量百分比为2～5％；
2)用匀浆机剪切：将步骤1)制得的油相和水相转入匀浆机剪切，使油相均匀分散在水相中形成O/W乳液，剪切速度为3000～6000Rmp；
3)将步骤2)制得的O/W乳液转移到水热反应釜中，在120～200℃温度下反应12～24小时后，自然冷却，即得到相变聚苯乙烯微胶囊。
优选地，所述真空冷冻干燥仓内的真空冷冻干燥的曲线为：
a、升华速冻期：干燥仓抽真空至180Pa以内，保持2～2.5h；
b、升温期：15～20分钟内板温升温至100～110℃，保持真空至180Pa以内；
c、升华高峰期：板温100～110℃保持1～1.5h，真空保持110±5Pa；
d、中温期：板温降至80～90℃保持1.5～2h，真空保持60～80Pa；
e、解析干燥期：板温降至60～70℃保持1～2h，真空保持40～60Pa；
f、恒温期：板温降至55℃、物料温度50±1℃，真空保持40～50Pa，板温和物料温度呈两条水平平行线保持50～60min后破真空出仓。
优选地，所述步骤D中，粉碎粒度为聚苯乙烯微胶囊的大小；干燥曲线中，物料温度不大于52℃。
一种短终凝期的导热和储热混凝土材料在铺设混凝土地面的应用，应用步骤如下：
A.水泥浆的制备：粉碎后微粉料、砂、天然卵石子、石墨和水计量后混合搅拌形成二次初凝体；
B.铺设：将二次初凝体直接铺设至铺平的地面；
C.硬化：进入终凝期硬化结束后即可使用。
一种短终凝期的导热和储热混凝土材料在建筑外墙的应用，应用步骤如下：
A.水泥浆的制备：粉碎后微粉料、砂、天然卵石子、石墨和水计量后混合搅拌形成二次初凝体；
B.铺设：将二次初凝体直接抹平至建筑外墙；
C.硬化：进入终凝期硬化结束后即可使用。
一种短终凝期的导热和储热混凝土材料在桩基钢筋笼的应用，应用步骤如下：
A.水泥浆的制备：粉碎后微粉料、砂、天然卵石子、石墨和水计量后混合搅拌形成二次初凝体；
B.浇注：将二次初凝体直接浇注至桩基钢筋笼中；
C.硬化：进入终凝期硬化结束后即可使用。
一种短终凝期的导热和储热混凝土材料制备混凝土块的应用，应用步骤如下：
A.水泥浆的制备：粉碎后微粉料、砂、天然卵石子、石墨和水计量后混合搅拌，搅拌速度为800～1500rpm，搅拌5～10min，形成二次初凝体；
B.浇筑：将A步骤制得的导热和储热功能的混凝土浆注入模具中，20～30℃下养护10～20天，硬化得到导热和储热功能的混凝土块。
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，具有如下显著效果：
（1）本发明的一种短终凝期的导热和储热混凝土材料，淀粉、相变聚苯乙烯微胶囊和水泥在初凝期结束前进行冻干后再粉碎，淀粉能够充分利用混凝土凝固期间的放热产生糊化胶状的效果，并和砂、胶囊结合，产生牢固的包覆效果，由于胶状的传热效果差，还会产生保温的效果，多孔状结构的冻干粉体材料，形成水分的吸入通道，吸水迅速，水迅速和混凝土中各成分进行物理和化学反应，由于胶状淀粉的存在，还避免了水泥的聚团效应，当反应完全时，水分通道才会闭合，而此时，胶状淀粉的持水性能又对未完全参与反应的水泥进行水分的持续供给，这样，即保证了混凝土的硬化的完全性，又缩短了混凝土的终凝期，进而缩短了施工周期并保持了吸热和放热的持久性；还添加了导热性能好的石墨，显著提高了混凝土的导热和储热性能，改善了混凝土比热容小，散热快的缺点；
（2）本发明的一种短终凝期的导热和储热混凝土材料的制备方法，步骤B模具的厚度为2～5cm，保证了在冻干仓中升华吸热速冻的迅速性；升华吸热速冻的温度可达-18～-22℃，符合发明人测定的该混合体的冷凝点，以便于能够产生足够多的细小冰晶，产生最大冰晶生成带，升华吸热速冻时间可以为120～150分钟，根据物料厚度进行相应的调整；
（3）本发明的一种短终凝期的导热和储热混凝土材料制备方法，真空冷冻干燥的曲线是发明人根据物料冷凝点、物料厚度、冻干过程中物料升温速率综合考虑的结果，制得的灰白色蜂窝状薄脆块即保持了其活性，又尽量避免了内部淀粉的过度糊化而影响使用时水分的吸收，聚苯乙烯微胶囊中的水分进行彻底的升华后，胶囊产生的脱水通道被淀粉或水泥补位，在胶囊的表面形成保护层，加强了胶囊的吸热和放热的持久性；制得的相变聚乙烯微胶囊粒度大小在30～100µm范围内，与水泥的粒度基本一致，搅拌后能够均匀分布在混凝土中；
（4）本发明的一种短终凝期的导热和储热混凝土材料，粉碎至胶囊的颗粒粒度，灰白色蜂窝状薄脆块也为均匀的粒度分布打下良好的基础；干燥曲线中，物料温度不大于52℃，避免在仓中淀粉过度糊化；
（5）本发明的一种短终凝期的导热和储热混凝土材料在铺设混凝土地面的应用，由于终凝期短，地面养护周期短，短时间内即可通行，而且硬化完全，硬度高，淀粉胶体的存在，还产生的吸水放水的效果，能够保持地面的长时间持水，减少地面应力的过度变化而产生裂纹；
（6）本发明的一种短终凝期的导热和储热混凝土材料在建筑外墙的应用，工序简单，无需反复洒水补充水分，和相变聚苯乙烯微胶囊协同作用，还有保温的效果，也能避免墙面应力的过度变化而产生裂纹；
（7）本发明的一种短终凝期的导热和储热混凝土材料在桩基钢筋笼的应用，淀粉胶体的存在，和钢筋的结合度高，避免由于混凝土的离筋产生对整个桩基的破坏。
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
本实施例的一种短终凝期的导热和储热混凝土材料，包括水泥、淀粉、砂、天然卵石子、相变聚苯乙烯微胶囊，各组分重量份数为：水泥18份，淀粉1份，砂40份，相变聚苯乙烯微胶囊6份，天然卵石子15份，石墨5份，水泥为粉煤灰硅酸盐水泥；
本实施例的一种短终凝期的导热和储热混凝土材料的制备方法，步骤为：
步骤一、混合后搅拌：将水泥、相变聚苯乙烯微胶囊和淀粉混合均匀后，加水搅拌均匀成初凝体；其中相变聚苯乙烯微胶囊是以聚苯乙烯为聚合物壳材、石蜡为相变材料，通过以下步骤制作而成：
1)制备油相和水相：将石蜡与聚苯乙烯融化后混合均匀作为油相，其中：石蜡的占油相的质量百分比在25％，所述的聚苯乙烯占油相的质量百分比在75％；将乳化剂分散在水中作为水相，其中乳化剂的占水相的质量百分比为2％；
2)用匀浆机剪切：将步骤1)制得的油相和水相转入匀浆机剪切，使油相均匀分散在水相中形成O/W乳液，剪切速度为3000Rmp；
3)将步骤2)制得的O/W乳液转移到水热反应釜中，在120℃温度下反应12小时后，自然冷却，即得到相变聚苯乙烯微胶囊；
步骤二、摊薄：将初凝体迅速摊薄至模具中，模具的厚度为2cm；
步骤三、冻干：转入真空冷冻干燥仓内冻干后呈灰白色蜂窝状薄脆块，冻干工艺为：
a、升华速冻期：干燥仓抽真空至180Pa以内，保持2h；
b、升温期：15分钟内板温升温至100℃，保持真空至180Pa以内；
c、升华高峰期：板温100℃保持1h，真空保持110±5Pa；
d、中温期：板温降至80℃保持1.5h，真空保持60～80Pa；
e、解析干燥期：板温降至60℃保持1h，真空保持40～60Pa；
f、恒温期：板温降至55℃、物料温度50±1℃，真空保持40～50Pa，板温和物料温度呈两条水平平行线保持50min后破真空出仓。
步骤四、粉碎：将薄脆块进行粉碎呈微粉料，粒度为聚苯乙烯微胶囊的大小；
步骤五、真空包装；
本实施例的一种短终凝期的导热和储热混凝土材料，在铺设混凝土地面的应用，应用步骤如下：
A.水泥浆的制备：粉碎后微粉料、砂、天然卵石子、石墨和水计量后混合搅拌形成二次初凝体；
B.铺设：将二次初凝体直接铺设至铺平的地面；
C.硬化：进入终凝期硬化结束后即可使用。
经测算，粉煤灰硅酸盐水泥的终凝期为4.5小时左右，本实施例的一种短终凝期的导热和储热混凝土材料缩短周期至少50%；制得的本实施例的导热和储热功能的混凝土地面导热系数在0.18W/(m·k)，其抗压强度达到了27.3MPa，体积储热密度为60MJ/m³，具有明显的导热效果和显著的储热效果，抗压强度也符合相关要求。
实施例2
本实施例的一种短终凝期的导热和储热混凝土材料，各组分重量份数为：水泥20份，淀粉2份，砂50份，相变聚苯乙烯微胶囊8份，天然卵石子25份，石墨10份，水泥为42.5级普通硅酸盐水泥；
本实施例的一种短终凝期的导热和储热混凝土材料的制备方法，步骤为：
步骤一、混合后搅拌：将水泥、相变聚苯乙烯微胶囊和淀粉混合均匀后，加水搅拌均匀成初凝体；其中相变聚苯乙烯微胶囊是以聚苯乙烯为聚合物壳材、石蜡为相变材料，通过以下步骤制作而成：
1)制备油相和水相：将石蜡与聚苯乙烯融化后混合均匀作为油相，其中：石蜡的占油相的质量百分比在60％，所述的聚苯乙烯占油相的质量百分比在40％；将乳化剂分散在水中作为水相，其中乳化剂的占水相的质量百分比为5％；
2)用匀浆机剪切：将步骤1)制得的油相和水相转入匀浆机剪切，使油相均匀分散在水相中形成O/W乳液，剪切速度为6000Rmp；
3)将步骤2)制得的O/W乳液转移到水热反应釜中，在200℃温度下反应15小时后，自然冷却，即得到相变聚苯乙烯微胶囊；
步骤二、摊薄：将初凝体迅速摊薄至模具中，模具的厚度为5cm；
步骤三、冻干：转入真空冷冻干燥仓内冻干后呈灰白色蜂窝状薄脆块，冻干工艺为：
a、升华速冻期：干燥仓抽真空至180Pa以内，保持2.5h；
b、升温期：20分钟内板温升温至110℃，保持真空至180Pa以内；
c、升华高峰期：板温110℃保持1.5h，真空保持110±5Pa；
d、中温期：板温降至90℃保持1h，真空保持60～80Pa；
e、解析干燥期：板温降至70℃保持2h，真空保持40～60Pa；
f、恒温期：板温降至55℃、物料温度50±1℃，真空保持40～50Pa，板温和物料温度呈两条水平平行线保持60min后破真空出仓。
步骤四、粉碎：将薄脆块进行粉碎呈微粉料，粒度为聚苯乙烯微胶囊的大小；
步骤五、真空包装；
本实施例的一种短终凝期的导热和储热混凝土材料，在建筑外墙的应用，应用步骤如下：
A.水泥浆的制备：粉碎后微粉料、砂、天然卵石子、石墨和水计量后混合搅拌形成二次初凝体；
B.铺设：将二次初凝体直接铺设至铺平的地面；
C.硬化：进入终凝期硬化结束后即可使用。
经测算，42.5级普通硅酸盐水泥的终凝期为6-10小时，本实施例的一种短终凝期的导热和储热混凝土材料缩短周期至少200%；制得的本实施例的导热和储热功能的混凝土墙面导热系数在0.22W/(m·k)，其抗压强度达到了26.4MPa，体积储热密度为50MJ/m³，具有显著的导热和储热效果，抗压强度也符合相关要求。
实施例3
本实施例的一种短终凝期的导热和储热混凝土材料，各组分重量份数为：水泥19份，淀粉1.4份，砂45份，相变聚苯乙烯微胶囊7份，天然卵石子20份，石墨8份，水泥为火山灰质硅酸盐水泥；
本实施例的一种短终凝期的导热和储热混凝土材料的制备方法，步骤为：
步骤一、混合后搅拌：将水泥、相变聚苯乙烯微胶囊和淀粉混合均匀后，加水搅拌均匀成初凝体；其中相变聚苯乙烯微胶囊是以聚苯乙烯为聚合物壳材、石蜡为相变材料，通过以下步骤制作而成：
1)制备油相和水相：将石蜡与聚苯乙烯融化后混合均匀作为油相，其中：石蜡的占油相的质量百分比在40％，所述的聚苯乙烯占油相的质量百分比在60％；将乳化剂分散在水中作为水相，其中乳化剂的占水相的质量百分比为3％；
2)用匀浆机剪切：将步骤1)制得的油相和水相转入匀浆机剪切，使油相均匀分散在水相中形成O/W乳液，剪切速度为4000Rmp；
3)将步骤2)制得的O/W乳液转移到水热反应釜中，在150℃温度下反应24小时后，自然冷却，即得到相变聚苯乙烯微胶囊；
步骤二、摊薄：将初凝体迅速摊薄至模具中，模具的厚度为4cm；
步骤三、冻干：转入真空冷冻干燥仓内冻干后呈灰白色蜂窝状薄脆块，冻干工艺为：
a、升华速冻期：干燥仓抽真空至180Pa以内，保持2.2h；
b、升温期：15分钟内板温升温至100℃，保持真空至180Pa以内；
c、升华高峰期：板温100℃保持1.2h，真空保持110±5Pa；
d、中温期：板温降至80℃保持1.5h，真空保持60～80Pa；
e、解析干燥期：板温降至70℃保持1.5h，真空保持40～60Pa；
f、恒温期：板温降至55℃、物料温度50±1℃，真空保持40～50Pa，板温和物料温度呈两条水平平行线保持55min后破真空出仓。
步骤四、粉碎：将薄脆块进行粉碎呈微粉料，粒度为聚苯乙烯微胶囊的大小；
步骤五、真空包装；
本实施例的一种短终凝期的导热和储热混凝土材料，在桩基钢筋笼的应用，应用步骤如下：
A.水泥浆的制备：粉碎后微粉料、砂、天然卵石子、石墨和水计量后混合搅拌形成二次初凝体；
B.浇注：将二次初凝体直接浇注至桩基钢筋笼中；
C.硬化：进入终凝期硬化结束后即可使用。
经测算，火山灰质硅酸盐水泥的终凝期为4至6小时，本实施例的一种短终凝期的导热和储热混凝土材料缩短周期至少100%；制得的本实施例的导热和储热功能的混凝土桩基钢筋笼导热系数在0.15W/(m·k)，其抗压强度达到了27.8MPa，体积储热密度为35MJ/m³，具有良好的导热效果和明显的储热效果，抗压强度也符合相关要求。
实施例4
本实施例的一种短终凝期的导热和储热混凝土材料，各组分重量份数为：水泥20份，淀粉1.6份，砂40份，相变聚苯乙烯微胶囊8份，天然卵石子16份，石墨8份，水泥为火山灰质硅酸盐水泥。
本实施例的一种短终凝期的导热和储热混凝土材料的制备方法，步骤为：
步骤一、混合后搅拌：将水泥、相变聚苯乙烯微胶囊和淀粉混合均匀后，加水搅拌均匀成初凝体；其中相变聚苯乙烯微胶囊是以聚苯乙烯为聚合物壳材、石蜡为相变材料，通过以下步骤制作而成：
1)制备油相和水相：将石蜡与聚苯乙烯融化后混合均匀作为油相，其中：石蜡的占油相的质量百分比在50％，所述的聚苯乙烯占油相的质量百分比在50％；将乳化剂分散在水中作为水相，其中乳化剂的占水相的质量百分比为4％；
2)用匀浆机剪切：将步骤1)制得的油相和水相转入匀浆机剪切，使油相均匀分散在水相中形成O/W乳液，剪切速度为5000Rmp；
3)将步骤2)制得的O/W乳液转移到水热反应釜中，在160℃温度下反应20小时后，自然冷却，即得到相变聚苯乙烯微胶囊；
步骤二、摊薄：将初凝体迅速摊薄至模具中，模具的厚度为3cm；
步骤三、冻干：转入真空冷冻干燥仓内冻干后呈灰白色蜂窝状薄脆块，冻干工艺为：
a、升华速冻期：干燥仓抽真空至180Pa以内，保持2h；
b、升温期：15分钟内板温升温至100℃，保持真空至180Pa以内；
c、升华高峰期：板温100℃保持1.5h，真空保持110±5Pa；
d、中温期：板温降至80℃保持2h，真空保持60～80Pa；
e、解析干燥期：板温降至60℃保持2h，真空保持40～60Pa；
f、恒温期：板温降至55℃、物料温度50±1℃，真空保持40～50Pa，板温和物料温度呈两条水平平行线保持55min后破真空出仓。
步骤四、粉碎：将薄脆块进行粉碎呈微粉料，粒度为聚苯乙烯微胶囊的大小；
步骤五、真空包装；
本实施例的一种短终凝期的导热和储热混凝土材料，在制备混凝土块的应用，应用步骤如下：
A.水泥浆的制备：粉碎后微粉料、砂、天然卵石子、石墨和水计量后混合搅拌，搅拌速度为800～1500rpm，搅拌5～10min，本实施例中可以为搅拌速度1000rpm，搅拌10min，形成二次初凝体；
B.浇筑：将A步骤制得的导热和储热功能的混凝土浆注入模具中，20～30℃下养护10～20天，本实施例中可以为20℃下养护20天，硬化得到导热和储热功能的混凝土块。
经测算，火山灰质硅酸盐水泥的终凝期为4至6小时，本实施例的一种短终凝期的导热和储热混凝土材料缩短周期至少100%；制得的本实施例的导热和储热功能的混凝土块导热系数在0.20W/(m·k)，其抗压强度达到了31MPa，体积储热密度为55MJ/m³，具有良好的导热效果和明显的储热效果，抗压强度也符合相关要求。
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 (9)

1.一种短终凝期的导热和储热混凝土材料，包括水泥、淀粉、砂、天然卵石子、相变聚苯乙烯微胶囊和石墨，其特征在于：各组分重量份数为：水泥18份～20份，淀粉1份～2份，砂40～50份，相变聚苯乙烯微胶囊6份～8份，石墨5份～10份，天然卵石子15～25份；其中：水泥、相变聚苯乙烯微胶囊和淀粉用水混合均匀后，用真空冷冻干燥工艺进行干燥后使用。
2.一种根据权利要求1所述的短终凝期的导热和储热混凝土材料的制备方法，其特征在于：步骤为：
A、混合后搅拌：将水泥、相变聚苯乙烯微胶囊和淀粉混合均匀后，加水搅拌均匀成初凝体；
B、摊薄：将初凝体迅速摊薄至模具中；
C、冻干：转入真空冷冻干燥仓内冻干后呈灰白色蜂窝状薄脆块；
D、粉碎：将薄脆块进行粉碎呈微粉料；
E、真空包装；
F、应用：具体应用过程中，拆包装后混合砂、天然卵石子、石墨、水使用。
3.根据权利要求2所述的一种短终凝期的导热和储热混凝土材料的制备方法，其特征在于：所述步骤B模具的厚度为2～5cm；
所述的相变聚苯乙烯微胶囊是以聚苯乙烯为聚合物壳材、石蜡为相变材料，通过以下步骤制作而成：
1)制备油相和水相：将相变材料与聚合物壳材融化后混合均匀作为油相，其中：相变材料的占油相的质量百分比在25～60％，所述的聚合物壳材占油相的质量百分比在40～75％；所述的相变材料采用石蜡，所述的聚合物壳材采用聚苯乙烯；将乳化剂分散在水中作为水相，其中乳化剂的占水相的质量百分比为2～5％；
2)用匀浆机剪切：将步骤1)制得的油相和水相转入匀浆机剪切，使油相均匀分散在水相中形成O/W乳液，剪切速度为3000～6000Rmp；
3)将步骤2)制得的O/W乳液转移到水热反应釜中，在120～200℃温度下反应12～24小时后，自然冷却，即得到相变聚苯乙烯微胶囊。
4.根据权利要求2所述的一种短终凝期的导热和储热混凝土材料的制备方法，其特征在于：所述真空冷冻干燥仓内的真空冷冻干燥的曲线为：
a、升华速冻期：干燥仓抽真空至180Pa以内，保持2～2.5h；
b、升温期：15～20分钟内板温升温至100～110℃，保持真空至180Pa以内；
c、升华高峰期：板温100～110℃保持1～1.5h，真空保持110±5Pa；
d、中温期：板温降至80～90℃保持1.5～2h，真空保持60～80Pa；
e、解析干燥期：板温降至60～70℃保持1～2h，真空保持40～60Pa；
f、恒温期：板温降至55℃、物料温度50±1℃，真空保持40～50Pa，板温和物料温度呈两条水平平行线保持50～60min后破真空出仓。
5.根据权利要求4所述的一种短终凝期的导热和储热混凝土材料的制备方法，其特征在于：所述步骤D中，粉碎粒度为聚苯乙烯微胶囊的大小；干燥曲线中，物料温度不大于52℃。
6.一种如权利要求5所述的制备方法制得的混凝土材料在铺设混凝土地面的应用，其特征在于，应用步骤如下：
A.水泥浆的制备：粉碎后微粉料、砂、天然卵石子、石墨和水计量后混合搅拌形成二次初凝体；
B.铺设：将二次初凝体直接铺设至铺平的地面；
C.硬化：进入终凝期硬化结束后即可使用。
7.一种如权利要求5所述的制备方法制得的混凝土材料在建筑外墙的应用，其特征在于，应用步骤如下：
A.水泥浆的制备：粉碎后微粉料、砂、天然卵石子、石墨和水计量后混合搅拌形成二次初凝体；
B.铺设：将二次初凝体直接抹平至建筑外墙；
C.硬化：进入终凝期硬化结束后即可使用。
8.一种如权利要求5所述的制备方法制得的混凝土材料在桩基钢筋笼的应用，其特征在于，应用步骤如下：
A.水泥浆的制备：粉碎后微粉料、砂、天然卵石子、石墨和水计量后混合搅拌形成二次初凝体；
B.浇注：将二次初凝体直接浇注至桩基钢筋笼中；
C.硬化：进入终凝期硬化结束后即可使用。
9.一种如权利要求5所述的制备方法制得的混凝土材料制备混凝土块的应用，其特征在于，步骤为：
A.水泥浆的制备：粉碎后微粉料、砂、天然卵石子、石墨和水计量后混合搅拌，搅拌速度为800～1500rpm，搅拌5～10min，形成二次初凝体；
B.浇筑：将A步骤制得的导热和储热功能的混凝土浆注入模具中，20～30℃下养护10～20天，硬化得到具有导热和储热功能的混凝土块。
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