CN111592303A - 一种十四烷膨胀石墨低温相变水泥砂浆制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种十四烷膨胀石墨低温相变水泥砂浆制备方法，涉及建筑材料领域，最终产出的低温相变水泥砂浆具有相变调温、使用周期长、环保无毒等优点，具体方案为：相变水泥浆组份极其质量配比如下：水泥100份，砂子140～300份，水30～60份，相变材料10～30份；所述相变材料是以膨胀石墨为载体基质，十四烷为相变物质；本发明提供的十四烷膨胀石墨低温相变水泥砂浆制备方法产出的低温相变水泥浆具有相变调温、使用周期长、环保无毒等优点；十四烷膨胀石墨低温相变水泥砂浆制备方法产出的低温相变水泥浆能够达到推迟凝冰或融雪化冰的效果，能够防止路面凝冰，有效的解决凝冰路面的交通安全问题，尽可能的避免交通事故的发生，提高道路通行能力和运营效益。

Description

一种十四烷膨胀石墨低温相变水泥砂浆制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，更具体地说，它涉及一种十四烷膨胀石墨低温相变水泥砂浆制备方法。
背景技术
随着经济的高速发展，我国的基础设施建设也得到了迅猛发展。我国国土面积辽阔，南北跨度、东西跨度大，大部分地区四季气候分明，冬季的气温会接近甚至低于0℃，导致建筑物或者水泥混凝土路表面出现凝冰问题，严重影响建筑物的耐久性以及道路行车安全性等。水泥砂浆是常用的建筑施工材料。
相变材料(phase change materials,PCM)或称相变储能材料，是指在一点温度范围内，即相变温度范围内改变其相态(如从固态到液态或从液态到固态)，以潜热的形式吸收、贮存或释放大量热量而本身温度保持不变的材料。相变材料具有热能贮存和温度调节控制的特性，使其在许多领域具有应用价值，如太阳能利用、电力调峰、废热利用、跨季节储热和储冷、食物保鲜、建筑隔热保温、电子器件热保护、纺织服装、农业等。但相变材料在公路交通领域的应用尚处于探索研究阶段，日本和我国对相变材料在水泥混凝土中的应用进行了尝试。
相变材料应用于水泥混凝土中的研究较多，通常分为三个用途：一类是将相变材料用于建筑墙体保温隔热，在外界温度较高时墙体中的相变材料发生相变吸收热量，达到温度削峰的目的，以降低能耗；一类是利用相变材料相变吸收热量以降低大体积混凝土在成型过程中的水化放热，消除因混凝土内外温差导致的温度裂缝。这两类使用条件下适用的相变材料相变温度通常是20～30℃，材料选择范围较广。最后一类则是将相变材料掺进水泥混凝土中以达到融雪化冰的效果，相变温度通常为0～5℃。
杨玉山(功能材料，2007，38(2)：276-278)等将吸附了硬脂肪酸丁酯的柱状活性炭骨料作为储能蓄热材料，掺加进水泥混凝土，掺加石墨改善混凝土导热性能，实验证明，材料的掺入改变了混凝土的导热系数和比热容，但材料强度下降严重。
中国专利CN101029216A“一种自调温公路相变材料及生产方法”，提出一种以脂肪酸、硫酸钾、壳聚糖、聚丙烯酰胺、漂珠、水镁石、叶腊石、有机硅乳液、石蜡和氢氧化钠十种材料按一定质量比例复合而成的相变材料，从理论上分析了调温机理，但未应用到实际工程中，效果无法得到证实。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种十四烷膨胀石墨低温相变水泥砂浆制备方法，最终产出的低温相变水泥砂浆具有相变调温、使用周期长、环保无毒等优点。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种十四烷膨胀石墨低温相变水泥砂浆制备方法，相变水泥浆组份极其质量配比如下：水泥100份，砂子140～300份，水30～60份，相变材料10～30份；所述相变材料是以膨胀石墨为载体基质，十四烷为相变物质。
作为一种优选方案，包括以下步骤：
S1：将膨胀石墨干燥；
S2：将干燥后的膨胀石墨侵入十四烷中；
S3：将S2中得到的固液混合物进行混合；
S4：将S3中得到的固液混合物进行抽滤；
S5：将S4中得到的固相进行干燥，得到相变材料；
S6：将相应质量配比的相变材料、水泥、砂子和水进行混合。
采用上述方案，将充分干燥的膨胀石墨加入至容器中，然后导入十四烷，最好是将膨胀石墨完全淹没；在抽滤过程中，将混合完成的均匀混合物倒入漏斗，连接真空泵进行抽滤，直至漏斗底无液体滴下，然后用滤液反复冲洗烧杯并抽滤，直至烧杯中无膨胀石墨残留。
作为一种优选方案，S3过程中混合包括以下步骤：
M1：将盛放S2固液混合物的容器置于60℃的水浴锅中；
M2：搅拌：匀速搅拌30min，转速160rad/min；
M3：搅拌过程中，将吸附在容器壁上的膨胀石墨刮入至固液混合物中。
采用上述方案，将容器壁上的膨胀石墨刮下，可保证材料的充分接触，形成最佳配比，并将材料利用完全；
作为一种优选方案，S5过程中，将固相放入烘箱，80℃鼓风干燥。
采用上述方案，在干燥过程中，每隔半小时取出称重，并观察其表面干燥状态；直至相变材料质量损失速率减小，样品松散呈颗粒状即认为复合相变材料制备完成。
作为一种优选方案，S6过程包括以下步骤：
W1：将相变材料与水泥混合形成均匀干料；
W2：将水加入至W1中得到的干料中，并搅拌；
W3：W2搅拌过程中加入砂子。
作为一种优选方案，成品相变材料粒径为0.3mm～0.6mm，堆积密度为0.298g/cm3。
作为一种优选方案，相变水泥浆组份极其质量配比如下：水泥100份，砂子220～280份，水45～55份，相变材料15～25份。
采用上述技术方案，最终成品达到的效果更优。
作为一种优选方案，膨胀石墨粒径为50目数，99％以上含碳量，膨胀倍率400倍。
采用上述技术方案，将可膨胀石墨置于烘箱中，100℃干燥两小时，取出薄铺于坩埚中，将坩埚置于900℃马弗炉中煅烧60s，取出冷却，即制备出膨胀完全的膨胀石墨。
作为一种优选方案，水泥为强度等级42.5的普通硅酸盐水泥。
作为一种优选方案，砂子采用ISO标准砂。
一种抗凝冰沥青路面结构，包括上述方法制备的低温相变水泥浆，由下自上一次包括：路面基层、稀浆封层、路面下面层、路面中面层和路面上面层；路面基层为水泥稳定碎石基层，稀浆封层为乳化沥青与集料混合物，路面下面层为普通沥青混凝土，路面中面层和路面上面层使用混合有低温相变水泥浆的沥青混凝土。
作为一种优选方案，路面中面层使用改性沥青混凝土，路面上面层使用混合有低温相变水泥浆的沥青混凝土。
作为一种优选方案，所述路面上面层沥青混凝土使用大孔隙沥青混凝土。
作为一种优选方案，更路面层厚度根据交通量和当地环境进行设计。
作为一种优选方案，相变材料与水泥砂浆的比例，根据当地的温度范围确定。
一种抗凝冰沥青路面结构的施工方法，用于上述的抗凝冰沥青路面结构，包括以下步骤：
X1：对土基进行碾压；
X2：在碾压后的土基上铺筑路面基层；
X3：在路面基层上方铺筑稀浆封层；
X4：在稀浆封层上方依次铺筑路面下面层和路面中面层；
X5：在路面中面层上方铺筑沥青混凝土；
X6：铺筑低温相变水泥浆。
在上述方案中，X6过程中，将制备好的低温相变水泥浆均匀铺在大孔隙沥青混凝土上，并利用水泥灌浆车通过灌入机板进行灌入。
作为一种优选方案，还包括以下步骤：
X7：在X6步骤后，将脱离路面的低温相变水泥浆去除，并碾压；
X8：对铺筑好的路面进行养生。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供的十四烷膨胀石墨低温相变水泥砂浆制备方法产出的低温相变水泥浆具有相变调温、使用周期长、环保无毒等优点；
(2)本发明提供的十四烷膨胀石墨低温相变水泥砂浆制备方法产出的低温相变水泥浆适用于民用建筑、商业建筑地面和墙体铺设，以及水泥混凝土路面等调节温度；
(3)本发明提供的十四烷膨胀石墨低温相变水泥砂浆制备方法产出的低温相变水泥浆能够达到推迟凝冰或融雪化冰的效果，能够防止路面凝冰，有效的解决凝冰路面的交通安全问题，尽可能的避免交通事故的发生，提高道路通行能力和运营效益；
(4)本发明提供的抗凝冰沥青路面结构提高了沥青混凝土的防水性能；
(5)本发明提供的抗凝冰沥青路面结构能够有效防止路面结冰情况；
(6)本发明提供的抗凝冰沥青路面结构的施工方法相变水泥砂浆灌入到大孔隙沥青混凝土中，施工简单高效。
附图说明
图1是本发明实施例的抗凝冰沥青路面结构的结构示意图；
图2是本发明实施例的抗凝冰沥青路面结构的路面面层的结构示意图；
其中：1、路面基层；2、稀浆封层；3、路面下面层；4、路面中面层；5、路面上面层；6、集料；7、沥青；8、低温相变水泥浆；9、灌入基板。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1。
十四烷膨胀石墨低温相变水泥砂浆由定形复合相变材料、水泥、细集料、水拌合而成，各原材料所占质量份数为：相变材料4.0％，水泥28％，细集料54％，水14％。细集料采用ISO标准砂。
所述定形复合相变材料的制备方法是将一定质量充分干燥的膨胀石墨加入烧杯，倒入相变主体材料十四烷，其中十四烷和石墨的质量比为100:11，。将烧杯置于60℃水浴锅中，恒速搅拌30min,转速160rad/min，期间需将搅拌扬起沾在烧杯壁上的膨胀石墨刮下，以保证材料的充分接触，吸附完全。将搅拌完成的均匀混合物倒入漏斗，连接真空泵进行抽滤，直至漏斗底无液体滴下，用滤液反复冲洗烧杯并抽滤，直至烧杯中无膨胀石墨残留。将抽滤得到的固体放入烘箱80℃鼓风干燥，每隔半小时取出称重，并观察其表面干燥状态。至材料质量损失速率减小，样品松散呈颗粒状即认为复合相变材料制备完成。
该定形复合相变材料的相变温度为4℃，相变潜热为198.9J/g。本发明的热特性参数均采用耐驰综合热分析仪DSC214，以下同此。
上述十四烷膨胀石墨低温相变水泥砂浆的制备方法，它包括如下步骤：
1)按各原材料所占质量份数为：相变材料4.0％，水泥28％，细集料54％，水14％，准备材料备用；
2)将水泥与定形复合相变材料在试验盆中进行手工搅拌分散后，加入水，在加水搅拌的过程中加入砂子，得到十四烷膨胀石墨低温相变水泥砂浆。
实施例2。
十四烷膨胀石墨低温相变水泥砂浆由定形复合相变材料、水泥、细集料、水拌合而成，各原材料所占质量份数为：相变材料4.50％，水泥28％，细集料53.5％，水14％。细集料采用ISO标准砂。
所述定形复合相变材料的制备方法是将一定质量充分干燥的膨胀石墨加入烧杯，倒入相变主体材料十四烷，其中十四烷和石墨的质量比为100:11，将烧杯置于30℃水浴锅中，恒速搅拌30min,转速160rad/min，期间需将搅拌扬起沾在烧杯壁上的膨胀石墨刮下，以保证材料的充分接触，吸附完全。将搅拌完成的均匀混合物倒入漏斗，连接真空泵进行抽滤，直至漏斗底无液体滴下，用滤液反复冲洗烧杯并抽滤，直至烧杯中无膨胀石墨残留。将抽滤得到的固体放入烘箱80℃鼓风干燥，每隔半小时取出称重，并观察其表面干燥状态。至材料质量损失速率减小，样品松散呈颗粒状即认为复合相变材料制备完成。
该定形复合相变材料的相变温度为4.1℃，相变潜热为196.7J/g。
上述十四烷膨胀石墨低温相变水泥砂浆的制备方法，它包括如下步骤：
1)按各原材料所占质量份数为：相变材料4.50％，水泥28％，细集料53.5％，水14％，准备材料备用；
2)将水泥与定形复合相变材料在试验盆中进行手工搅拌分散后，加入水，在加水搅拌的过程中加入砂子，得到十四烷膨胀石墨低温相变水泥砂浆，相关技术性能如表1所示。
实施例3。
十四烷膨胀石墨低温相变水泥砂浆由定形复合相变材料、水泥、细集料、水拌合而成，各原材料所占质量份数为：相变材料5.40％，水泥28％，细集料52.6％，水14％。
细集料采用0.3mm和0.6mm的河砂，各占50％。
所述定形复合相变材料的制备方法是将一定质量充分干燥的膨胀石墨加入烧杯，倒入相变主体材料十四烷，其中十四烷和石墨的质量比为100:11，将烧杯置于60℃水浴锅中，恒速搅拌30min,转速160rad/min，期间需将搅拌扬起沾在烧杯壁上的膨胀石墨刮下，以保证材料的充分接触，吸附完全。将搅拌完成的均匀混合物倒入漏斗，连接真空泵进行抽滤，直至漏斗底无液体滴下，用滤液反复冲洗烧杯并抽滤，直至烧杯中无膨胀石墨残留。将抽滤得到的固体放入烘箱80℃鼓风干燥，每隔半小时取出称重，并观察其表面干燥状态。至材料质量损失速率减小，样品松散呈颗粒状即认为复合相变材料制备完成。
该定形复合相变材料的相变温度为4.3℃，相变潜热为200.8J/g。
上述十四烷膨胀石墨低温相变水泥砂浆的制备方法，它包括如下步骤：
1)按各原材料所占质量份数为：相变材料5.40％，水泥28％，细集料52.6％，水14％，准备材料备用；
2)将水泥与定形复合相变材料在试验盆中进行手工搅拌分散后，加入水，在加水搅拌的过程中加入砂子，得到十四烷膨胀石墨低温相变水泥砂浆。
实施例4。
十四烷膨胀石墨低温相变水泥砂浆由定形复合相变材料、水泥、细集料、水拌合而成，各原材料所占质量份数为：相变材料6.0％，水泥28％，细集料52％，水14％。细集料采用ISO标准砂。
所述定形复合相变材料的制备方法是将一定质量充分干燥的膨胀石墨加入烧杯，倒入相变主体材料十四烷，其中十四烷和石墨的质量比为100:10，将烧杯置于60℃水浴锅中，恒速搅拌30min,转速160rad/min，期间需将搅拌扬起沾在烧杯壁上的膨胀石墨刮下，以保证材料的充分接触，吸附完全。将搅拌完成的均匀混合物倒入漏斗，连接真空泵进行抽滤，直至漏斗底无液体滴下，用滤液反复冲洗烧杯并抽滤，直至烧杯中无膨胀石墨残留。将抽滤得到的固体放入烘箱80℃鼓风干燥，每隔半小时取出称重，并观察其表面干燥状态。至材料质量损失速率减小，样品松散呈颗粒状即认为复合相变材料制备完成。
该定形复合相变材料的相变温度为5.2℃，相变潜热为201.4J/g。
上述十四烷膨胀石墨低温相变水泥砂浆的制备方法，它包括如下步骤：
1)按各原材料所占质量份数为：相变材料6.0％，水泥28％，细集料52％，水14％，准备材料备用；
2)将水泥与定形复合相变材料在试验盆中进行手工搅拌分散后，加入水，在加水搅拌的过程中加入砂子，得到十四烷膨胀石墨低温相变水泥砂浆，相关技术性能如表1所示。
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
相变潜能(J/g) 198.9 196.7 200.8 201.4
抗压强度(MPa) 25.2 18.2 28.6 19.1
抗折强度(MPa) 5.5 4.5 6.7 4.9
表1
表中各实施例的抗压强度和抗折强度均为标准养生28d的数值。
实施例5：
一种抗凝冰沥青7路面结构，包括上述方法制备的低温相变水泥浆8，由下自上一次包括：路面基层1、稀浆封层2、路面下面层3、路面中面层4和路面上面层5；路面基层1为水泥稳定碎石基层，稀浆封层2为乳化沥青7与集料6混合物，路面下面层3为普通沥青7混凝土，路面中面层4和路面上面层5使用混合有低温相变水泥浆8的沥青7混凝土。
作为一种优选实施例，路面中面层4使用改性沥青7混凝土，路面上面层5使用混合有低温相变水泥浆8的沥青7混凝土。
作为一种优选实施例，所述路面上面层5沥青7混凝土使用大孔隙沥青7混凝土。
作为一种优选实施例，路面厚度根据交通量和当地环境进行设计。
作为一种优选实施例，相变材料与水泥砂浆的比例，根据当地的温度范围确定。
实施例6：
一种抗凝冰沥青7路面结构的施工方法，用于上述的抗凝冰沥青7路面结构，包括以下步骤：
X1：对土基进行碾压；
X2：在碾压后的土基上铺筑路面基层1；
X3：在路面基层1上方铺筑稀浆封层2；
X4：在稀浆封层2上方依次铺筑路面下面层3和路面中面层4；
X5：在路面中面层4上方铺筑沥青7混凝土；
X6：铺筑低温相变水泥浆8。
在上述方案中，X6过程中，将制备好的低温相变水泥浆8均匀铺在大孔隙沥青7混凝土上，并利用水泥灌浆车通过灌入机板9进行灌入。
作为一种优选实施例，还包括以下步骤：
X7：在X6步骤后，将脱离路面的低温相变水泥浆8去除，并碾压；
X8：对铺筑好的路面进行养生。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种十四烷膨胀石墨低温相变水泥砂浆制备方法，其特征在于，所述相变水泥浆组份极其质量配比如下：水泥100份，砂子140～300份，水30～60份，相变材料10～30份；所述相变材料是以膨胀石墨为载体基质，十四烷为相变物质。
2.根据权利要求1所述的十四烷膨胀石墨低温相变水泥砂浆制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将膨胀石墨干燥；
S2：将干燥后的膨胀石墨侵入十四烷中；
S3：将S2中得到的固液混合物进行混合；
S4：将S3中得到的固液混合物进行抽滤；
S5：将S4中得到的固相进行干燥，得到相变材料；
S6：将相应质量配比的相变材料、水泥、砂子和水进行混合。
3.根据权利要求2所述的十四烷膨胀石墨低温相变水泥砂浆制备方法，其特征在于，所述S3过程中混合包括以下步骤：
M1：将盛放S2固液混合物的容器置于60℃的水浴锅中；
M2：搅拌：匀速搅拌30min，转速160rad/min；
M3：搅拌过程中，将吸附在容器壁上的膨胀石墨刮入至固液混合物中。
4.根据权利要求2所述的十四烷膨胀石墨低温相变水泥砂浆制备方法，其特征在于，所述S5过程中，将固相放入烘箱，80℃鼓风干燥。
5.根据权利要求2所述的十四烷膨胀石墨低温相变水泥砂浆制备方法，其特征在于，所述S6过程包括以下步骤：
W1：将相变材料与水泥混合形成均匀干料；
W2：将水加入至W1中得到的干料中，并搅拌；
W3：W2搅拌过程中加入砂子。
6.根据权利要求2所述的十四烷膨胀石墨低温相变水泥砂浆制备方法，其特征在于，所述成品相变材料粒径为0.3mm～0.6mm，堆积密度为0.298g/cm3。
7.根据权利要求1所述的十四烷膨胀石墨低温相变水泥砂浆制备方法，其特征在于，所述相变水泥浆组份极其质量配比如下：水泥100份，砂子220～280份，水45～55份，相变材料15～25份。
8.根据权利要求1所述的十四烷膨胀石墨低温相变水泥砂浆制备方法，其特征在于，所述膨胀石墨粒径为50目数，99％以上含碳量，膨胀倍率400倍。
9.根据权利要求1所述的十四烷膨胀石墨低温相变水泥砂浆制备方法，其特征在于，所述水泥为强度等级42.5的普通硅酸盐水泥。
10.根据权利要求1所述的十四烷膨胀石墨低温相变水泥砂浆制备方法，其特征在于，所述砂子采用ISO标准砂。
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