CN106592850B - 一种相变储能复合混凝土砌块及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种相变储能复合混凝土砌块，包括混凝土基体；所述混凝土基体的内部对称设有两个空腔，所述空腔内壁覆盖有相变涂层，所述空腔的内部填充有相变材料层，所述混凝土基体和空腔之间设有两个进料口和一个出气口；本发明还公开了该砌块的制备方法。本发明的相变储能复合混凝土砌块结构致密，导热性能好，在室外温度变化幅度较大的情况下，仍能保证相变材料发挥相变储能的优势，节能保温，室内温度稳定、舒适；相变材料层的体积为空腔体积的60‑90％，可防止相变过程中的体积变化导致的混凝土开裂，显著提高砌块工作性能。

Description

一种相变储能复合混凝土砌块及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑技术领域，具体涉及一种相变储能复合混凝土砌块及其制备方法。
背景技术
随着经济建设的发展，人类社会对能源的需求和依赖性日益增大，能源供给短缺已经成为制约经济发展的重要因素，而能源的枯竭性危机和环境污染问题越来越受到人们的关注，提高能源使用率和开发科再生能源成文人类社会的重要课题。
随着城镇的大规模建设，建筑产业高消耗、高投入、低收益的问题日益突出，目前，中国已经是世界上最大的建筑材料生产国和消费国。主要建材产品水泥、平板玻璃、建筑卫生陶瓷、石材和墙体材料等产量多年居世界第一位。目前广泛应用的外墙外保温和内墙内保温技术虽然可以降低能量的消耗，但由于材料本身的热容量有限，不能充分地将能量进行储存利用，因而限制了建筑节能的能力。由于相变物质在其物相变化过程(熔化或凝固)中，可以从环境吸收或放出大量热量，同时保持温度不变，可以多次重复使用等优点，将其应用于建筑节能领域不但可以提高墙体的保温能力，节省采暖能耗，而且可以减小墙体自重，使墙体变薄，增加房屋的有效使用面积，因而具有广阔的应用前景。
相变材料(PhaseChangeMaterials，简称PCM)在其本身发生相变的过程中，可以吸收环境的热(冷)量，并在需要时向环境放出热(冷)量，从而达到控制周围环境温度的目的。利用相变材料的相变潜热来实现能量的贮存和利用，有助于开发环保节能型复合材料，是近年来材料科学和能源利用领域中一个十分活跃的前沿研究方向。通过将相变材料与建筑材料基体复合，可以制成相变储能建筑材料。相变储能建筑材料是一种热功能复合材料，能够将能量以相变潜热的形式进行贮存，实现能量在不同时空位置之间的转换。
相变储能混凝土在其物相转变过程中，可从环境中吸收热(冷)量或向环境中放出热量，从而达到能量储存和释放及调节能量需求和供给失配的目的，有显著的节能降耗效应，同时兼备普通建材的优点，在经济效益上具有竞争性。但是，仍存在以下问题：(1)相变储能混凝土体积大，易因为温度差所造成的内应力而开裂；(2)混凝土原料和成型工艺使其导热性能差造成其工作时效性差；(3)高温下相变材料易泄露。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种导热性能好、时效性好的相变储能复合混凝土砌块。
本发明还提供了相变储能复合混凝土砌块的制备方法。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：
一种相变储能复合混凝土砌块，包括混凝土基体；所述混凝土基体的内部对称设有两个空腔，所述空腔内壁覆盖有相变涂层，所述空腔的内部填充有相变材料层，所述混凝土基体和空腔之间设有两个进料口和一个出气口；
所述相变材料层的体积为空腔体积的60-90％。
所述混凝土基体是由以下重量份的原料制得的：1.5-3.0份水泥、6.0-10.0份铁块、3.0-8.0份铁屑、0.5-1.5份钢纤维、0.05-0.15份减水剂和1份水；
所述进料口和出气口是由以下重量份的原料制得的：2.0-4.0份水泥、2.0-4.0份铁屑、0.5-1.0份酚醛树脂胶、0.05-0.2份减水剂和1份水。
所述相变涂层是由以下重量份的原料制得的：40-60份石墨粉、20-40份糊精和20-40份阿拉伯树胶。
所述相变材料层为石蜡或硝酸钠，相变温度低于400℃。
所述铁块的粒径大于5mm、小于50mm；所述铁屑的粒径为1-5mm；所述钢纤维的长度为0.08-2mm；所述减水剂为聚羧酸减水剂，减水率为20-40％。
所述石墨粉的比表面积为380-540m2；糊精的比表面积为240-300m2/kg；所述阿拉伯树胶的比表面积为240-300m2/kg。
所述酚醛树脂胶的比表面积为240-300m2/kg。
一种相变储能复合混凝土砌块的制备方法，是由以下步骤制备得到的：
1)按重量份称取：1.5-3.0份水泥、6.0-10.0份铁块、3.0-8.0份铁屑、0.5-1.5份钢纤维、0.05-0.15份减水剂和1份水，混合均匀，经挤压成型，制得内部对称设有两个空腔的混凝土基体；
2)将混凝土基体升温至200-400℃，保温10-60min，重复2-6次；按重量份称取：40-60份石墨粉、20-40份糊精和20-40份阿拉伯树胶，混合均匀，在4-8MPa条件下高压鼓风喷于空腔内壁2-5min，得相变涂层；
3)将石蜡或硝酸钠加热至完全熔融，由两个进料口导入，至空腔体积的60-90％，得相变材料层；
4)按重量份称取：2.0-4.0份水泥、2.0-4.0份铁屑、0.5-1.0份酚醛树脂胶、0.05-0.2份减水剂和1份水，混合均匀，填充于两个进料口和出气口，65-105℃下烘干5-24h，得相变储能复合混凝土砌块。
所述相变储能复合混凝土砌块在垒砌时，须使用粘结剂，所述粘结剂是由以下重量份的原料制得的：2.0-4.0份水泥、2.0-4.0份铁屑、0.05-0.2份减水剂和1份水。
本发明所用的粘结剂使用时的厚度为混凝土基体厚度的1/10-1/12。
本发明所用的水泥为硅酸盐水泥，比表面积为280-340m2。
本发明的有益效果：
1)本发明的相变储能复合混凝土砌块结构致密，导热性能好，在室外温度变化幅度较大的情况下，仍能保证相变材料发挥相变储能的优势，节能保温，室内温度稳定、舒适；相变材料层的体积为空腔体积的60-90％，可防止相变过程中的体积变化导致的混凝土开裂，显著提高砌块工作性能。
2)本发明的相变储能复合混凝土砌块通过专用的粘结剂进行堆砌，避免由于体积过大形成热内应力而开裂，同时便于维修维护。
3)本发明的相变储能复合混凝土砌块中的相变涂层填充于砌块空腔内壁的孔隙，改善砌块的导热性能和致密度；进料口和出气口可有效防止相变材料泄露，同时各物质内部彼此搭接，构成金属质网络结构，提高混凝土的导热性能。
4)本发明的制备方法简单，原料廉价易得，适合大规模推广应用。
附图说明
图1为本发明的相变储能复合混凝土砌块的结构示意图。
图中：1.混凝土基体，2.空腔，3.相变涂层，4.相变材料层，5.进料口，6.出气口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
一种相变储能复合混凝土砌块，包括混凝土基体1；所述混凝土基体1的内部对称设有两个空腔2，所述空腔2内壁覆盖有相变涂层3，所述空腔2的内部填充有相变材料层4，所述混凝土基体1和空腔2之间设有两个进料口5和一个出气口6；
所述相变材料层4的体积为空腔2体积的60％。
所述混凝土基体1是由以下重量份的原料制得的：3.0份水泥、10.0份铁块、3.0份铁屑、0.5份钢纤维、0.05份减水剂和1份水；
所述进料口5和出气口6是由以下重量份的原料制得的：4.0份水泥、2.0份铁屑、0.5份酚醛树脂胶、0.2份减水剂和1份水。
所述相变涂层3是由以下重量份的原料制得的：40份石墨粉、20份糊精和40份阿拉伯树胶。
所述相变材料层4为石蜡，相变温度低于400℃。
所述铁块的粒径大于5mm、小于25mm；所述铁屑的粒径为1mm；所述钢纤维的长度为2mm；所述减水剂为聚羧酸减水剂，减水率为40％。
所述石墨粉的比表面积为380-540m2；糊精的比表面积为240-300m2/kg；所述阿拉伯树胶的比表面积为240-300m2/kg。
所述酚醛树脂胶的比表面积为240-300m2/kg。
一种相变储能复合混凝土砌块的制备方法，是由以下步骤制备得到的：
1)按重量份称取：3.0份水泥、10.0份铁块、3.0份铁屑、0.5份钢纤维、0.05份减水剂和1份水，混合均匀，经挤压成型，制得内部对称设有两个空腔2的混凝土基体1；
2)将混凝土基体1升温至400℃，保温10min，重复6次；按重量份称取：40份石墨粉、20份糊精和40份阿拉伯树胶，混合均匀，在8MPa条件下高压鼓风喷于空腔内壁2min，得相变涂层3；
3)将石蜡加热至完全熔融，由两个进料口5导入，至空腔2体积的60％，得相变材料层4；
4)按重量份称取：4.0份水泥、2.0份铁屑、0.5份酚醛树脂胶、0.2份减水剂和1份水，混合均匀，填充于两个进料口5和出气口6，65℃下烘干24h，得相变储能复合混凝土砌块。
所述相变储能复合混凝土砌块在垒砌时，须使用粘结剂，所述粘结剂是由以下重量份的原料制得的：2.0份水泥、4.0份铁屑、0.05份减水剂和1份水。
本发明所用的粘结剂使用时的厚度为混凝土基体厚度的1/12。
按照GB/T50107-2010《混凝土强度检验评定标准》测28天混凝土抗压强度达C30要求。在25-400℃热循环50次强度降低4.3％，并未见相变材料泄露。混凝土砌块的导热系数为1.78W/m·K。
实施例2
一种相变储能复合混凝土砌块，包括混凝土基体1；所述混凝土基体1的内部对称设有两个空腔2，所述空腔2内壁覆盖有相变涂层3，所述空腔2的内部填充有相变材料层4，所述混凝土基体1和空腔2之间设有两个进料口5和一个出气口6；
所述相变材料层4的体积为空腔2体积的75％。
所述混凝土基体1是由以下重量份的原料制得的：2.0份水泥、8.0份铁块、8.0份铁屑、1.0份钢纤维、0.1份减水剂和1份水；
所述进料口5和出气口6是由以下重量份的原料制得的：3.0份水泥、3.0份铁屑、0.8份酚醛树脂胶、0.1份减水剂和1份水。
所述相变涂层3是由以下重量份的原料制得的：50份石墨粉、30份糊精和30份阿拉伯树胶。
所述相变材料层4为硝酸钠，相变温度低于400℃。
所述铁块的粒径大于15mm、小于35mm；所述铁屑的粒径为3mm；所述钢纤维的长度为1.2mm；所述减水剂为聚羧酸减水剂，减水率为30％。
所述石墨粉的比表面积为380-540m2；糊精的比表面积为240-300m2/kg；所述阿拉伯树胶的比表面积为240-300m2/kg。
所述酚醛树脂胶的比表面积为240-300m2/kg。
一种相变储能复合混凝土砌块的制备方法，是由以下步骤制备得到的：
1)按重量份称取：2.0份水泥、8.0份铁块、8.0份铁屑、1.0份钢纤维、0.1份减水剂和1份水，混合均匀，经挤压成型，制得内部对称设有两个空腔2的混凝土基体1；
2)将混凝土基体1升温至300℃，保温30min，重复4次；按重量份称取：50份石墨粉、30份糊精和30份阿拉伯树胶，混合均匀，在6MPa条件下高压鼓风喷于空腔内壁4min，得相变涂层3；
3)将硝酸钠加热至完全熔融，由两个进料口5导入，至空腔2体积的75％，得相变材料层4；
4)按重量份称取：3.0份水泥、3.0份铁屑、0.8份酚醛树脂胶、0.1份减水剂和1份水，混合均匀，填充于两个进料口5和出气口6，85℃下烘干15h，得相变储能复合混凝土砌块。
所述相变储能复合混凝土砌块在垒砌时，须使用粘结剂，所述粘结剂是由以下重量份的原料制得的：3.0份水泥、3.0份铁屑、0.1份减水剂和1份水。
本发明所用的粘结剂使用时的厚度为混凝土基体厚度的1/11。
按照GB/T50107-2010《混凝土强度检验评定标准》测28天混凝土抗压强度达C30要求。在25-400℃热循环50次强度降低4.6％，并未见相变材料泄露。混凝土砌块的导热系数为1.84W/m·K。
实施例3
一种相变储能复合混凝土砌块，包括混凝土基体1；所述混凝土基体1的内部对称设有两个空腔2，所述空腔2内壁覆盖有相变涂层3，所述空腔2的内部填充有相变材料层4，所述混凝土基体1和空腔2之间设有两个进料口5和一个出气口6；
所述相变材料层4的体积为空腔2体积的90％。
所述混凝土基体1是由以下重量份的原料制得的：1.5份水泥、6.0份铁块、8.0份铁屑、1.5份钢纤维、0.15份减水剂和1份水；
所述进料口5和出气口6是由以下重量份的原料制得的：2.0份水泥、4.0份铁屑、1.0份酚醛树脂胶、0.05份减水剂和1份水。
所述相变涂层3是由以下重量份的原料制得的：60份石墨粉、40份糊精和20份阿拉伯树胶。
所述相变材料层4为石蜡，相变温度低于400℃。
所述铁块的粒径大于30mm、小于50mm；所述铁屑的粒径为5mm；所述钢纤维的长度为0.08mm；所述减水剂为聚羧酸减水剂，减水率为20％。
所述石墨粉的比表面积为380-540m2；糊精的比表面积为240-300m2/kg；所述阿拉伯树胶的比表面积为240-300m2/kg。
所述酚醛树脂胶的比表面积为240-300m2/kg。
一种相变储能复合混凝土砌块的制备方法，是由以下步骤制备得到的：
1)按重量份称取：1.5份水泥、6.0份铁块、8.0份铁屑、1.5份钢纤维、0.15份减水剂和1份水，混合均匀，经挤压成型，制得内部对称设有两个空腔2的混凝土基体1；
2)将混凝土基体1升温至200℃，保温60min，重复2次；按重量份称取：60份石墨粉、40份糊精和20份阿拉伯树胶，混合均匀，在4MPa条件下高压鼓风喷于空腔内壁5min，得相变涂层3；
3)将石蜡加热至完全熔融，由两个进料口5导入，至空腔2体积的90％，得相变材料层4；
4)按重量份称取：2.0份水泥、4.0份铁屑、1.0份酚醛树脂胶、0.05份减水剂和1份水，混合均匀，填充于两个进料口5和出气口6，105℃下烘干5h，得相变储能复合混凝土砌块。
所述相变储能复合混凝土砌块在垒砌时，须使用粘结剂，所述粘结剂是由以下重量份的原料制得的：4.0份水泥、2.0份铁屑、0.2份减水剂和1份水。
本发明所用的粘结剂使用时的厚度为混凝土基体厚度的1/10。
按照GB/T50107-2010《混凝土强度检验评定标准》测28天混凝土抗压强度达C30要求。在25-400℃热循环50次强度降低3.7％，并未见相变材料泄露。混凝土砌块的导热系数为1.82W/m·K。

Claims (1)

1.一种相变储能复合混凝土砌块，其特征在于，包括混凝土基体（1）；所述混凝土基体（1）的内部对称设有两个空腔（2），所述空腔（2）内壁覆盖有相变涂层（3），所述空腔（2）的内部填充有相变材料层（4），所述混凝土基体（1）和空腔（2）之间设有两个进料口（5）和一个出气口（6）；
所述相变材料层（4）的体积为空腔（2）体积的60-90%；
所述混凝土基体（1）是由以下重量份的原料制得的：1.5-3.0份水泥、6.0-10.0份铁块、3.0-8.0份铁屑、0.5-1.5份钢纤维、0.05-0.15份减水剂和1份水；
所述进料口（5）和出气口（6）是由以下重量份的原料制得的：2.0-4.0份水泥、2.0-4.0份铁屑、0.5-1.0份酚醛树脂胶、0.05-0.2份减水剂和1份水；
所述铁块的粒径大于5mm、小于50mm；所述铁屑的粒径为1-5mm；所述钢纤维的长度为0.08-2mm；所述减水剂为聚羧酸减水剂，减水率为20-40%；
所述酚醛树脂胶的比表面积为240-300m2/kg；
所述相变涂层（3）是由以下重量份的原料制得的：40-60份石墨粉、20-40份糊精和20-40份阿拉伯树胶；
所述石墨粉的比表面积为380-540m2；糊精的比表面积为240-300m2/kg；所述阿拉伯树胶的比表面积为240-300m2/kg；
所述相变材料层（4）为石蜡或硝酸钠，相变温度低于400℃；
所述相变储能复合混凝土砌块是由以下步骤制备得到的：
1）按重量份称取：1.5-3.0份水泥、6.0-10.0份铁块、3.0-8.0份铁屑、0.5-1.5份钢纤维、0.05-0.15份减水剂和1份水，混合均匀，经挤压成型，制得内部对称设有两个空腔（2）的混凝土基体（1）；
2）将混凝土基体（1）升温至200-400℃，保温10-60min，重复2-6次；按重量份称取：40-60份石墨粉、20-40份糊精和20-40份阿拉伯树胶，混合均匀，在4-8MPa条件下高压鼓风喷于空腔内壁2-5min，得相变涂层（3）；
3）将石蜡或硝酸钠加热至完全熔融，由两个进料口（5）导入，至空腔（2）体积的60-90%，得相变材料层（4）；
4）按重量份称取：2.0-4.0份水泥、2.0-4.0份铁屑、0.5-1.0份酚醛树脂胶、0.05-0.2份减水剂和1份水，混合均匀，填充于两个进料口（5）和出气口（6），65-105℃下烘干5-24h，得相变储能复合混凝土砌块；
所述相变储能复合混凝土砌块在垒砌时，须使用粘结剂，所述粘结剂是由以下重量份的原料制得的：2.0-4.0份水泥、2.0-4.0份铁屑、0.05-0.2份减水剂和1份水。
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