CN109928663A - 一种抑制大体积混凝土水化温升的相变砂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于抑制大体积混凝土水化温升的相变砂及其制备方法，涉及建筑材料领域。相变砂的原料成分包括相变组分、耐碱组分、封装组分、导热组分，各组分成分间按相变组分重量比为1：(0.01~0.1)：(0.1~0.5)：(0.001~0.01)。本产品等体积部分取代混凝土中的细骨料，可有效地降低大体积混凝土内部的水化温升4~5℃，从而降低混凝土开裂的风险。本发明具有制备工艺简单、耐碱腐蚀、与混凝土基体相容性好，且该产品本身具有较高的强度，不会降低混凝土基体的强度。

Description

一种抑制大体积混凝土水化温升的相变砂及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种用于降低大体积混凝土内部水化温升的相变砂，适用于各类大体积混凝土结构。

背景技术

大体积混凝土具有截面尺寸大、水泥用量多等特点，水泥水化产生的大量水化热会导致混凝土中心温度急剧上升，由于混凝土自身导热性能差，中心热量不易散失，而混凝土外表面散热较快，导致大体积混凝土内部形成较大的温度梯度，在约束的情况下产生温度应力。当混凝土结构中产生的温度应力高于混凝土的极限抗拉强度时，便会生成裂缝，对混凝土结构的安全性和耐久性造成较大危害。

目前常用的降低大体积混凝土内部温升的方法主要有预埋冷却水管道、使用矿物掺合料降低水泥用量、冷却骨料降低入模温度等，但是上述方法工艺过于复杂且收效甚微。相变材料是一类广泛应用于建筑节能领域的新型材料，其具有在一定温度范围内通过物质发生相变时需要吸收或放出大量热量的性质来调控环境周围的温度。在大体积混凝土内部使用时，当混凝土内部温度升高至相变点时产生相变吸收热量，当温度降低至相变点时亦可以放出热量，因此可以有效的控制大体积混凝土内部的水化温升速率，从而降低混凝土温度裂缝出现的可能性。但是固-液相变材料存在过冷和相分离现象，会导致储热性能恶化，具有易产生泄露、污染环境、腐蚀基体等缺点，因此相变材料的封装成为相变材料在大体积混凝土中应用的一个瓶颈。

申请号为CN200910232705.5的中国专利，公开了一种用于降低大体积混凝土内部温升的导热流体的制备方法，该方法是通过搅拌得到悬浮性能稳定的相变材料微胶囊乳液，然后利用导管将相变乳液封装在混凝土基体内部。虽然该方法相比于循环冷却水大大地提高了降温的效率，但是该方法工艺过于复杂，且未考虑结构安全方面等因素。

发明内容

本发明主要针对目前相变材料在建筑材料领域使用过程中存在过冷、相分离、封装工艺复杂且导热能力较差等缺点，提供了一种用于降低大体积混凝土内部温升的相变砂的制备方法，兼顾了简便的施工工艺与较高的导热能力，同时与混凝土基体相容性较好，不会对混凝土基体的强度有较大的影响。

本发明的技术方案为：一种用于降低大体积混凝土内部温升的相变砂，其主要是通过先将相变材料研磨到粒径小于2mm的颗粒，采用耐碱组分对相变材料进行包裹，最后利用掺有导热组分的封装组分对相变材料进行包裹，形成具有球-壳结构的相变砂，其各组分的质量份数分别为：

相变组分：100份

耐碱组分：1～10份

封装组分：10～50份

导热组分：0.1～1份

本发明中，所述的相变组分主要包括石蜡、正十六烷、正十八烷、正二十烷、癸酸、月桂酸、硬脂酸、聚乙二醇1000、聚乙二醇1500、十水合硫酸钠、十二水合磷酸氢二钠的一种或两种以上的均匀混合物，且使用前需磨细成粒径小于2mm的颗粒。

本发明中，所述的耐碱组分为有机高分子聚合物乳液，包括丁苯乳液、苯丙乳液、聚丙烯酸酯乳液、聚醋酸乙烯-乙烯酯共聚物乳液、聚乙酸乙烯酯乳液中的一种或两种以上的组合物。

本发明中，所述封装组分为有机-无机复合胶凝材料，其原料成分包括无机胶凝材料、有机胶凝材料、水，各组分占原材料总量的质量百分比分别为：无机胶凝材料:有机胶凝材料:水＝(55％～70％):(15％～25％):(10％～20％)。

本发明中，所述无机胶凝材料包括普通硅酸盐水泥、硅酸盐水泥、超细水泥、硫铝酸盐水泥、抗硫铝酸盐水泥、磷酸盐水泥、碱激发水泥、矿渣水泥、火山灰质水泥中的一种或两种以上的组合物；所述的有机胶凝材料包括环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂中的一种或两种以上的混合物。

本发明中，所述相变砂的具体制备工艺为：将相变材料研磨到粒径小于2mm的颗粒；将1质量份的相变材料加入到搅拌器中，室温下采用数显式搅拌机以50r/min～200r/min的搅拌速率进行搅拌，搅拌过程中加入0.01～0.1份的耐碱组分，搅拌时间约为30s～60s，以聚合物乳液均匀地覆盖在相变材料表面为宜；在搅拌速度为50r/min～200r/min的条件下，向裹附有耐碱组分的相变材料中加入掺有导热组分的有机-无机复合胶凝材料，搅拌时间约为30s～60s后出机，在室温下静置24h后放入水中进行湿养护，养护3天放置在自然环境中干燥养护4天制成用于降低大体积混凝土内部温升的相变砂。

本发明的机理：

(1)本发明创造性的将相变材料应用于抑制大体积混凝土内部水化温升，通过相变材料发生相变时吸收或放出热量的性质来调控混凝土内部的温度梯度，当混凝土内部温度过高时相变材料吸收热量，当混凝土内部温度降低时相变材料放出热量，从而达到降低大体积混凝土内部温度梯度的作用。

(2)本发明创造性的利用无机-有机复合胶凝材料对相变材料进行封装，一方面可以提高产品的强度，另一方面可以提高产品与混凝土基体的相容性；

(3)本发明通过在封装组分中掺入导热组分，大大地提高相变砂的导热能力，克服了相变材料导热性能差的缺点；

(4)本发明创造性的将相变材料以相变砂的形态封装，一方面解决了相变材料封装工艺复杂的缺点，同时也不会对混凝土配合比造成负面的影响，另一方面也克服了相变材料过冷、相分离和利用率低的缺陷。

本发明产生的有益效果：

本发明提供的一种用于抑制大体积混凝土水化温升的相变砂，经过大量实验和工程应用表明，该产品具有以下优异性能：(1)相变砂具有优良的耐碱腐蚀性能，可以在pH大于13的碱性溶液中保持其原有的物理化学性能；(2)相变砂与混凝土基体粘结性能好，通过微观分析相变砂与混凝土基体的界面过渡区，发现该相变砂与混凝土基体粘结性能良好；(3)对混凝土工作性能和力学性能影响较小，该相变砂克服相变材料密度小且容易上浮的缺点，并利用有机-无机复合胶凝材料进行封装，提高相变材料的强度；(4)提高混凝土耐久性能，相变材料通过固液相变后填充混凝土中的孔隙，使得混凝土更加密实，提高了混凝土的耐久性。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施实例对本发明进行进一步详细说明。此处描述的实施实例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实例1：将相变材料石蜡研磨，分别利用0.075mm和2.36mm的方孔筛进行筛分，取75μm～2.36mm之间的颗粒。称量500g石蜡放入搅拌器中，室温下采用数显式搅拌机以50r/min的搅拌速率进行搅拌，搅拌过程中加入30g苯丙乳液，搅拌时间为30s。

称取普通硅酸盐60g水泥、18g水、18g环氧树脂以及2g石墨，将上述材料混合搅拌均匀制成环氧树脂水泥净浆。当苯丙乳液均匀的涂覆在相变材料表面后将环氧树脂水泥净浆慢慢倒入搅拌器中，搅拌器继续以50r/min的搅拌速率进行搅拌，搅拌时间为30s。出机后在室温下静置24h后放入水中进行湿养护，养护3d后放置在自然环境中干燥养护4天后制成相变砂。

将制好的相变砂放入100℃的烘箱中，每隔30min观察是否有白色结晶在材料表面析出，并且放置6h后称量质量，计算质量损失率。结果表明本产品在烘箱中并未发现有白色结晶物析出，并且6h的质量损失小于5％，表明其封装质量良好。

利用相变砂等体积取代混凝土中的细骨料，取代量分别为0％、2％、5％、10％、15％。分别采用GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》的方法对混凝土强度进行测试。借鉴《JC/T 2111-2012建筑材料相变调温性能测试方法》中的实验装置对相变材料的降温效果进行评价。实验结果表明，随着取代量的增加，混凝土的强度降低，但是当取代量小于5％时对混凝土基体的强度影响不大。与未掺相变砂的混凝土相比，掺入相变砂后混凝土温升降低，且随着掺量的增加温度降低的幅度越大。结合强度和控温效果，当相变砂的掺量为5％时，掺入相变砂混凝土的强度比基准混凝土强度降低1.3％，且混凝土中心的温度峰值下降4.5℃。

本文中应用了具体实施实例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改和改进等均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种用于抑制大体积混凝土水化温升相变砂的制备方法，其特征在于：该相变砂由相变组分、耐碱组分、封装组分和导热组分按一定的比例搅拌后养护制成，上述各组分的质量份数为：

相变组分：100份

耐碱组分：1～10份

封装组分：10～50份

导热组分：0.1～1份

2.如权利要求1所述的相变组分主要包括石蜡、正十六烷、正十八烷、正二十烷、癸酸、月桂酸、硬脂酸、聚乙二醇1000、聚乙二醇1500、十水合硫酸钠、十二水合磷酸氢二钠的一种或两种以上的均匀混合物，且使用前需磨细成粒径小于2mm的颗粒。

3.如权利要求1所述的一种相变砂的制备方法，其特征在于：所述的耐碱组分为有机高分子聚合物乳液，包括丁苯乳液、苯丙乳液、聚丙烯酸酯乳液、聚醋酸乙烯-乙烯酯共聚物乳液、聚乙酸乙烯酯乳液中的一种或两种以上的组合物。

4.如权利要求1所述的一种相变砂的制备方法，其特征在于：所述封装组分为有机-无机复合胶凝材料。

5.如权利要求4所述的有机-无机复合胶凝材料，其特征在于：有机-无机复合胶凝材料的原料成分包括无机胶凝材料、有机胶凝材料、水，各组分占原材料总量的质量百分比分别为：无机胶凝材料:有机胶凝材料:水＝(55％～70％):(15％～25％):(10％～20％)。

6.如权利要求5所述的有机-无机复合胶凝材料，其特征在于：所述无机胶凝材料包括普通硅酸盐水泥、硅酸盐水泥、超细水泥、硫铝酸盐水泥、抗硫铝酸盐水泥、磷酸盐水泥、碱激发水泥、矿渣水泥、火山灰质水泥中的一种或两种以上的组合物；所述的有机胶凝材料包括环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂中的一种或两种以上的混合物。

7.如权利要求4所述的有机-无机复合胶凝材料，其特征在于：有机-无机复合胶凝材料的水胶比为0.2～0.3，流动度为250mm～270mm。

8.如权利要求1所述的一种相变砂的制备方法，其特征在于：所述导热组分为石墨、磨细的钢渣粉、铁粉中的一种或两种以上混合物。

9.如权利要求7所述的导热组分，其特征在于：导热组分的掺量占封装组分的百分比为2％～5％。

10.如权利要求1所述的一种相变砂的制备方法，其特征在于：搅拌分为两步，第一步为相变组分与耐碱组分搅拌均匀；第二步为将第一步制得的产品与封装组分搅拌均匀，搅拌器中的搅拌速率为50r/min～200r/min，每次搅拌时间为30s～60s，搅拌总时间为90s～120s。

11.如权利要求1所述的一种相变砂的制备方法，其特征在于：养护先在室温下静置24小时，再在水中湿养护3天后放置在自然环境中干燥养护4天。