CN110330296A - 一种显热储热承重墙体材料及制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种显热储热承重墙体材料及制备方法与应用。该材料原料各组成的重量百分比为：高标号铝酸盐水泥10％～15％，玄武岩40％～50％，铁矿渣5％～10％，沙子20％～30％，铝矾土3％～5％，石墨1％～5％，碳纤维2～3％。制备方法为：将上述原料经干混合后，加入占原料混合物6％～9％的水，混合均匀后浇筑于钢模板中，24小时后脱模，常温养护72小时即可。本发明选材合理，制作工艺简单，具有较高的比热容和热导率、良好的抗压能力，可以作为温室后墙的承重结构，也可在白天储存热量供温室夜间使用，因此，可以在生产中作为传统温室后墙材料的替代品推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及日光温室墙体节能材料技术领域，更具体的说是涉及一种显热储热承重墙体材料及制备方法与应用。
背景技术
日光温室是我国设施园艺中所使用的主要的设施类型，主要是利用后墙材料在白天进行储热，在夜晚向室内放热的方式进行生产，后墙一般采用黏土、黏土砖、水泥砖等普通材料作为蓄热材料，这些材料一般导热系数小，导热速度慢，比热容较小，并不能充分吸收白天进入温室的热量。
近几年，日光温室后墙开发出以有机相变材料为主的新型潜热储热材料，但由于有机相变材料大多容易挥发，对容器要求较高，要求密封性好，耐腐蚀。因此在日光温室中应用较少。显热储热材料虽然较为安全，但强度较低，尤其内部加入导热管后，结构承载力很小，基本无法作为承重材料使用，目前较多的是作为墙体辅助材料或者独立的储热装置，占地面积加大，从而增加了建筑成本。
因此，提供一种日光温室后墙显热储热墙体材料，不仅具有较高的比热容和热导率，能够满足后墙墙体对储热性能和放热性能的要求，而且具有良好抗压能力，能够作为承重材料使用，是目前在设施工程领域亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是在于提供了一种显热储热承重墙体材料，不仅具有较高比热容和热导率，能够满足后墙墙体对储热性能和放热性能的要求，而且具有良好抗压能力，能够作为承重材料使用。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种显热储热承重墙体材料，各组成原料的重量百分比为：高标号铝酸盐水泥10％～15％，玄武岩40％～50％，铁矿渣5％～10％，沙子20％～30％，铝矾土3％～5％，石墨1％～5％，碳纤维2～3％。
优选地，各组成原料的重量百分比如下：
高标号铝酸盐水泥15％，玄武岩45％，铁矿渣10％，沙子20％，铝矾土4％，石墨4％，碳纤维2％。
优选地，所述的高标号铝酸盐水泥为强度等级为C80以上的铝酸盐水泥。
一种显热储热承重墙体材料的制备方法，具体步骤如下：
S1、在常温状态下，将上述原料按照配比进行干混合；
S2、在S1得到的原料混合物中加入占原料混合物6％～9％的水，继续搅拌，待混合均匀为止；
S3、将S2最终得到的混合物浇筑于钢模板中，24小时后脱模；
S4、常温、潮湿环境下养护72小时即可。
优选地，所述的步骤S1～S4中的工作温度为0～50℃。
优选地，所述的步骤S4中的养护湿度为大于等于90％。
本发明进一步提供了上述显热储热承重墙体材料单独在北墙内侧的墙体砌筑应用。
本发明进一步提供了上述显热储热承重墙体材料与其他砌体材料混合时在北墙内侧的墙体砌筑应用。
本发明进一步提供了上述显热储热承重墙体材料与其他砌体材料混合时在日光温室基础砌筑的应用。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种显热储热承重墙体材料，具有以下主要的优点：
(1)高标号铝酸盐水泥、铝矾土、石墨材料都具有较好的储热能力，吸热效率高，比热容高，进一步提高储热材料的储热、放热效率。
(2)玄武岩、铁矿渣等材料，具有较好的承载力，可以弥补铝酸盐水泥较硅酸盐水泥抗压强度较差的情况，增强显热储热材料的承重能力。
(3)碳纤维不仅可以增强显热储热承重材料的整体强度，也可以提高整体材料的抗弯强度。
(4)本发明制作工艺简单，所涉及建筑显热储热承重材料，有较高的抗压、抗弯强度，可以作为日光温室承重墙体使用，同时利用原有建筑结构实现建筑的太阳能主动集热，蓄热，可有效提高建筑环境温度，为日光温室内部农作物种植提供足够的热量。
(5)本发明提供的显热储热承重墙体材料可以在常温下养护，可现浇，可预订，施工简单。
(6)传统显热储热材料一般承载力较小，不用于承力结构。与现有技术中建筑显热储热材料相比，本发明提供的显热储热承重墙体材料在保持较高蓄热能力的前提下，抗压强度明显增加。
(7)本发明提供的显热储热承重墙体材料蓄热温度阈值宽，持续放热能力强，蓄热温度可以在20℃-200℃，范围阈值宽，放热均匀，连阴天可以持续放热。材料热容大，可以保障建筑内部温度稳定。
综上，本发明的技术原理是：从提高后墙墙体蓄热性能，放热性能以及承载力三个方面入手，通过在传统显热储热材料中添加提高材料承载力的骨料，制作出适宜作为温室后墙承重材料的显热储热墙体，其中采用铝酸盐水泥、铝矾土、石墨等蓄热性较好的材料来满足墙体蓄热需求；采用高标号铝酸盐水泥、玄武岩、铁矿渣满足墙体承重需求；采用碳纤维来加强铝酸盐水泥整体强度。
此外，普通硅酸盐水泥的强度要大于铝酸盐水泥，但蓄热效果要差于日光温室普通黏土类墙体材料，日光温室总体对于承载力要求不高，因此选用承重与蓄热兼顾的高标号铝酸盐水泥。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
实施例1公开了一种显热储热承重墙体材料，各原料组成的重量百分比为：高标号(CA80)铝酸盐水泥10％，玄武岩(5-20mm，20-40mm两级配)45％，铁矿渣(1-2.5mm)10％，沙子(最大颗粒0.5mm)25％，铝矾土(5-10mm)4％，石墨(0.2-0.4mm)4％，碳纤维2％。
实施例2
实施例2公开了一种显热储热承重墙体材料，各原料组成的重量百分比为：高标号(CA80)铝酸盐水泥15％，玄武岩(5-20mm，20-40mm两级配)40％，铁矿渣(1-2.5mm)9％，沙子(最大颗粒0.5mm)25％，铝矾土(5-10mm)3％，石墨(0.2-0.4mm)5％，碳纤维3％。
实施例3
实施例3公开了一种显热储热承重墙体材料，各原料组成的重量百分比为：高标号(CA80)铝酸盐水泥10％，玄武岩(5-20mm，20-40mm两级配)50％，铁矿渣(1-2.5mm)5％，沙子(最大颗粒0.5mm)25％，铝矾土(5-10mm)4％，石墨(0.2-0.4mm)3％，碳纤维3％。
实施例4
实施例4公开了一种显热储热承重墙体材料，各原料组成的重量百分比为：高标号(CA80)铝酸盐水泥15％，玄武岩(5-20mm，20-40mm两级配)45％，铁矿渣(1-2.5mm)10％，沙子(最大颗粒0.5mm)20％，铝矾土(5-10mm)4％，石墨(0.2-0.4mm)4％，碳纤维2％。
实施例5
实施例5公开了一种显热储热承重墙体材料，各原料组成的重量百分比为：高标号(CA80)铝酸盐水泥10％，玄武岩(5-20mm，20-40mm两级配)40％，铁矿渣(1-2.5mm)10％，沙子(最大颗粒0.5mm)30％，铝矾土(5-10mm)3％，石墨(0.2-0.4mm)5％，碳纤维2％。
实施例6
实施例6公开了一种显热储热承重墙体材料，各原料组成的重量百分比为：高标号(CA80)铝酸盐水泥15％，玄武岩(5-20mm，20-40mm两级配)50％，铁矿渣(1-2.5mm)7％，沙子(最大颗粒0.5mm)20％，铝矾土(5-10mm)3％，石墨(0.2-0.4mm)3％，碳纤维2％。
上述实施例1-6中的显热储热承重墙体材料的制备方法如下：
S1、在常温状态下，将上述实施例1-6的原料按照配比进行干混合；
S2、在S1得到的原料混合物中加入占原料混合物6％～9％的水，继续搅拌，待混合均匀为止；
S3、将S2最终得到的混合物浇筑于钢模板中，24小时后脱模；
S4、常温、潮湿环境下养护72小时即可。
实施例7
实施例7公开了一种显热储热承重墙体材料单独在北墙内侧的墙体砌筑应用，采用实施例1的原料及制备方法，按照500mm*500mm*150mm的规格或者500mm*500mm*100mm的规格制成水泥板，用于日光温室北墙的内侧，厚度在400mm-800mm之间。
实施例8
实施例8公开了一种显热储热承重墙体材料与其他砌体材料混合时在北墙内侧的墙体砌筑应用，采用实施例1的原料及制备方法，按照500mm*500mm*150mm的规格或者500mm*500mm*100mm的规格制成水泥板，并与240mm黏土砖(水泥砖)配合使用，用于日光温室北墙的内侧，厚度在200mm-400mm之间。
为了进一步说明本发明提供的日光温室后墙显热储热承重墙体材料的力学性能和热工性能，申请以实施例的原料作为实验原料，并且选用常规C25硅酸盐水泥混凝土和铝酸盐水泥混凝土为对比例，具体实验处理如下：
对比例1：为常规C25硅酸盐水泥混凝土，其各原料组成及配合比为：水：硅酸盐水泥(P.O32.5)：河砂(最大颗粒0.5mm)：碎石(5-20mm，20-40mm两级配)的比例为0.44:1:1.42:3.17。
对比例2：为铝酸盐水泥混凝土，其各原料组成及配合比为：水：铝酸盐水泥(CA80)：河砂(最大颗粒0.5mm)：碎石(5-20mm，20-40mm两级配)的比例为0.44:1:1.42:3.17。
抗压强度测定方法：
A、在常温状态下，将实施例1-6的原料按照配比进行干混合；
B、在A得到的原料混合物中加入占原料混合物6％～9％的水，继续搅拌，待混合均匀为止；
C、将B最终得到的混合物浇筑于钢模板中，制成100mm*100mm*100mm的试块，3d后脱模；
D、将C得到的试块，在烘箱内烘烤48h。
E、将D得到的试块，在抗压试验机上测定其力学性能，在加荷速率0.5Mpa/s下测试。
热工参数测定方法：
A、在常温状态下，将实施例1-6的原料按照配比进行干混合；
B、在A得到的原料混合物中加入占原料混合物6％～9％的水，继续搅拌，待混合均匀为止；
C、将B最终得到的混合物浇筑于钢模板中，制成200mm*200mm*10mm的试块，3d后脱模；
D、将C得到的试块，在烘箱内烘烤48h制成；
E、将D得到的试块，在耐驰差示扫描量热仪上测试其热工性能，采用间接DSC法比热容,以标准物质(蓝宝石)为参比物来测定材料的比热容；采用稳态平板法测定热导率。
实施例1-6及对照例1、对照例2的力学性能和热工性能，具体结果如下表所示：
表1各实施例及对比例的力学性能和热工性能测试结果
从上表1可知，本发明实施例1-6制得的显热储热承重墙体材料的抗压强度为37.5～48.6Mpa，热导率为1.83～2.50W/mk，比热容为1.03～1.33J/g℃。
通过对比明显发现，本发明实施例1-6制得的显热储热承重墙体材料，一方面抗压强度与硅酸盐水泥相近，但热导率及比热容远远优于硅酸盐水泥，能够满足后墙墙体对储热性能和放热性能的要求；另一方面抗压强度明显大于普通铝酸盐水泥，且蓄热也优于铝酸盐水泥，能够作为承重材料使用。
综上所述，本发明有效增加显热储热承重墙体材料的热导率和比热容，增加蓄热能力，抗压强度在现有基础上适当提高，能够满足施工的要求，具体可以单独应用于北墙内侧的墙体砌筑、日光温室基础砌筑，也可与其他砌体材料混合使用。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种显热储热承重墙体材料，其特征在于，各组成原料的重量百分比为：高标号铝酸盐水泥10％～15％，玄武岩40％～50％，铁矿渣5％～10％，沙子20％～30％，铝矾土3％～5％，石墨1％～5％，碳纤维2～3％。
2.根据权利要求1所述的一种显热储热承重墙体材料，其特征在于，各组成原料的重量百分比如下：
高标号铝酸盐水泥15％，玄武岩45％，铁矿渣10％，沙子20％，铝矾土4％，石墨4％，碳纤维2％。
3.根据权利要求1-2任一所述的一种显热储热承重墙体材料，其特征在于，所述的高标号铝酸盐水泥为强度等级为C80以上的铝酸盐水泥。
4.一种根据权利要求1-3任一所述的显热储热承重墙体材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
S1、在常温状态下，将原料按照配比进行干混合；
S2、在S1得到的原料混合物中加入占原料混合物6％～9％的水，继续搅拌，待混合均匀为止；
S3、将S2最终得到的混合物浇筑于钢模板中，24小时后脱模；
S4、常温、潮湿环境下养护72小时即可。
5.根据权利要求4所述的一种显热储热承重墙体材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤S1-S4中的工作温度为0-50℃。
6.根据权利要求4所述的一种显热储热承重墙体材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤S4中的养护湿度为大于等于90％。
7.一种根据权利要求1-3任一所述的显热储热承重墙体材料单独在北墙内侧的墙体砌筑应用。
8.一种根据权利要求1-3任一所述的显热储热承重墙体材料与其他砌体材料混合时在北墙内侧的墙体砌筑应用。
9.一种根据权利要求1-3任一所述的显热储热承重墙体材料与其他砌体材料混合时在日光温室基础砌筑的应用。
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2019
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