CN111689725B - 一种相变保温水泥砂浆材料 - Google Patents
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Abstract
本发明属于建筑材料领域，公开了一种相变保温水泥砂浆材料，具有作为主体的水泥砂浆层，在水泥砂浆层外部涂覆有防水胶层，所述水泥砂浆层由质量分数10‑25％的相变复合材料、30‑50％的细骨料和25‑40％的水泥胶凝材料混合搅拌制成。本发明利用获得最佳的相变复合材料与建筑砂浆复配使用制备成板材型材，并测试石蜡/SiO2材料实际使用性能改进其产品不足之处，总结石蜡/SiO2相变材料的制备、技术指标及其使用效果，系统整理数据并进行分析，从而得到最佳的配合比以保证其在符合结构强度前提下达到最佳的保温效果。
Description
技术领域
本发明属于建筑保温材料技术领域，具体涉及一种相变保温水泥砂浆材料。
背景技术
人民对生活质量要求不断提高，对建筑服务品质提出更高要求。当前建筑节能强制性标准水平低，为了加快节能减排的步伐，必须尽快全面推行新的节能设计标准。各地已出台了居住建筑节能率75％、公共建筑节能率65％的节能设计标准。以天津市居住建筑节能设计标准为例简单估算，9层以上的住宅外墙传热系数的限值从0.70W/(m.K)降为0.45W/(m.K)，降幅36％，如采用模塑聚苯板做保温层则其厚度从70mm增加到100mm，建筑保温材料的市场需求将迅速扩大。
而对于建筑节能，最关键的环节就是新型节能建材的不断研发使用与推广。新型节能保温建材是区别于传统的岩物棉板、聚苯乙烯泡沫板、发泡塑料板、新型膨胀珍珠岩等建筑保温材料。新型节能保温建材是区别于传统的岩物棉板、聚苯乙烯泡沫板、发泡塑料板、新型膨胀珍珠岩等无机建筑保温材料，而是采用一些轻质的高分子材料，将其按照一定比例添加到石膏板、砂浆和混凝土等方面，并表现出优异的调温效果，具有超强抗氧化能力和超强结合力，可达到与建筑体同等寿命的特点，具有环保、节能、高效、安全等特点。
其中，石蜡/SiO2复合材料作为一种相变蓄热材料，可以有效调节建筑的人居环境温度，具有调温效果显著、无有毒物质释放、使用寿命长和成本低廉等特点。但现有的资料中并未提供以石蜡/SiO2复合材料制作水泥砂浆的技术内容，且由于石蜡/SiO2复合材料的性能与乳化效果直接相关，但乳化时的过程控制条件是现有技术中的难点。且制作水泥砂浆时，由于考虑到建筑材料本身需要具备的结构强度等特点，如何获取最佳的石蜡/SiO2复合材料与现有的水泥砂浆材料结合形成较强的结合力，现有技术中并未公开。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种相变保温水泥砂浆材料。
本发明所采用的技术方案为：
一种相变保温水泥砂浆材料，具有作为主体的水泥砂浆层，在水泥砂浆层外部涂覆有防水胶层，
所述水泥砂浆层由质量分数10-25％的相变复合材料、30-50％的细骨料和25-40％的水泥胶凝材料混合搅拌制成。
进一步的，所述相变复合材料为石蜡/SiO2相变蓄热材料，其中石蜡和SiO2的质量比值在0.6-1.7。
石蜡主要是由直链烷烃混合而成，熔点随着链的增长逐渐增加，且呈先快后慢的趋势，但当链长增加到一定程度时，石蜡熔点将趋于一定值；随着链的增长，烷烃的熔解热也会增大，但由于空间的影响，溶解热变化几乎无规律可言。
石蜡乳化是使其分散于水中，借助乳化剂的定向吸附作用，改变其表面张力，并在机械外力作用下成为高分散度、均匀、稳定的乳液。影响石蜡乳液稳定的因素有很多，乳化剂的选择、搅拌速度大小、乳化时间。
进一步的，所述石蜡和SiO2的质量比为5：3。
进一步的，所述石蜡和SiO2的质量比为1：1。
进一步的，所述石蜡和SiO2的质量比为4：6。
石蜡与SiO2的质量比是影响获取到的相变复合材料的保温效果的关键要素，不同质量组成的石蜡/SiO2相变材料的相变温度存在一定的差异性，这归因于石蜡/SiO2相变材料中残留的少量表面活性剂所引起。石蜡/SiO2相变材料的相变潜热随着石蜡与SiO2质量比的增大而增大，这是因为SiO2在300℃下不存在吸热放热现象，材料的相变潜热取决于石蜡的相变潜热。
无定型SiO2纳米粒子在表面活性剂的桥联作用下吸附于石蜡液滴表面并无序的排列，这种无序的吸附排列行为随着溶液体系中SiO2纳米粒子的增多变得更加混乱，从而形成不规则的孔道结构。随着石蜡/SiO2质量比的增加，石蜡/SiO2的比表面积增大，而样品吸收热量后的膨胀率先降低后增大。
进一步的，制作石蜡/SiO2相变蓄热材料时采用的乳化剂为聚乙二醇-20000和十六烷基三甲基氯化铵以质量比值0.5-1.5进行复配得到的混合药剂。
石蜡乳化是使其分散于水中，借助乳化剂的定向吸附作用，改变其表面张力，并在机械外力作用下成为高分散度、均匀、稳定的乳液。表面活性剂(乳化剂)具有既亲水又亲油的两亲特性，能在溶液表面定向排列，少量表面活性剂就能明显改变溶液界面状态，减小溶液的表面张力，是制备乳液时不可或缺的辅助药剂。在石蜡乳液的制备过程中，表面活性剂分散在水和石蜡液滴的界面上，使石蜡能更好的分散在水中，同时还可以防止石蜡液滴之间的相互聚集。
表面活性剂选用十六烷基三甲基溴化铵、吐温80、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯醇、聚乙二醇-6000和聚乙二醇-20000。经过筛选后发现，聚乙二醇-20000和十六烷基三甲基溴化铵复配使用对石蜡乳化效果最好，本项目在最佳条件下获得石蜡乳液。但由于综合制作的水泥砂浆的成品性能，则采用聚乙二醇-20000和十六烷基三甲基氯化铵的复配药剂效果最佳，其乳化效果最好，且热稳定性较佳。
进一步的，制作石蜡/SiO2相变蓄热材料时乳化搅拌的转速在4000-4500r/min的范围内；
乳化分散时间在15-20min。
乳液的稳定性和乳液中石蜡液滴的大小和均匀度都对后期反应有一定的影响，而乳液乳化时的搅拌转速对乳液的稳定性有很大的影响，因此乳化转速间接地影响了相变材料产品的性能。
当乳化搅拌速度过慢时，石蜡不能形成稳定的乳液，反应过程中大量石蜡析出，使得产品中石蜡含量很少，因此相变潜热很低。随着乳化转速的增加，乳液的乳化效果逐渐变好，反应过程中乳液稳定，相应的产品的相变潜热也随之增加。
进一步的，所述石蜡/SiO2相变蓄热材料的制作过程如下：
首先将准备好的石蜡微晶材料与表面活性剂加入装有浓度为50wt％乙醇溶液的分散机中，同时加入SiO2前驱体溶液并以HCl调节pH值；
将分散剂第一次搅拌时的温度控制在80-85℃，在转速为4000r/min条件下乳化分散15min形成石蜡乳液；
然后采用恒流泵将硅酸钠溶液和盐酸溶液匀速加入制备好的石蜡乳液，同时采用分散机在85℃的环境下进行第二次搅拌；
最后经过室温陈化、过滤、洗涤和50℃干燥步骤后得到石蜡/SiO2的相变复合材料。
进一步的，所述水泥砂浆层由质量比为4.5：5：4的相变复合材料、细骨料和水泥胶凝材料混合制成，水泥砂浆层的厚度在10-15cm以内。
进一步的，所述防水胶层以重量份计包括70-85份的高分子共聚物、5-10份的分散剂、2-5份的增稠剂、3-6份的消泡剂、4-10份的杀菌剂和3-5份的成膜剂。
本发明的有益效果为：
(1)本发明中对构成水泥砂浆层中的相变复合材料的配方和制作工艺进行调整，筛选具有潜热大、相变温度低和非卤族元素的有机表面活性剂，通过比较不同溶剂体系中石蜡乳液体系的稳定性，研究工艺参数(乳化时间、转速、表面活性剂用量和溶液配比等)对乳液稳定性和石蜡液滴粒径的影响，检测分析石蜡乳液的理化性质和探讨其形成机理，从而获得最佳的相变复合材料；
(2)本发明利用获得最佳的相变复合材料与建筑砂浆复配使用制备成板材型材，并测试石蜡/SiO2材料实际使用性能改进其产品不足之处，总结石蜡/SiO2相变材料的制备、技术指标及其使用效果，系统整理数据并进行分析，从而得到最佳的配合比以保证其在符合结构强度前提下达到最佳的保温效果；
(3)本发明直接在水泥砂浆层外部设有一层防水胶层，不仅能防水防漏，还能保持建筑物原貌，并具有成膜性、柔韧、耐磨、透气性和优异的耐候性，附着力强、使用寿命长等显著特点。
附图说明
图1是本发明实施例1中石蜡的时间-温度曲线；
图2是本发明实施例2中石蜡/SiO2相变材料的XRD谱图；
图3是本发明实施例2中石蜡/SiO2相变材料的FT-IR谱图；
图4是本发明实施例2中石蜡/SiO2样品的N2吸附-脱附曲线；
图5是本发明中实施例3的石蜡/SiO2样品的SEM照片；
图6是本发明中实施例3石蜡/SiO2样品的DSC曲线；
图7是本发明中实施例3石蜡/SiO2样品的热稳定性曲线；
图8是本发明中实施例3石蜡/SiO2样品复合相变材料循环测试质量损失率；
图9是本发明中实施例4表面活性剂对相变潜热的影响；
图10是本发明中实施例4二氧化硅与石蜡质量比对相变潜热的影响；
图11是本发明实施例5中样品材料的乳化速度对相变潜热的影响；
图12是本发明实施例5中石蜡/SiO2复合材料的SEM照片；
图13是本发明实施例5中样品乳化时间对相变潜热的影响；
图14是本发明实施例5中样品硅酸钠浓度对相变潜热的影响。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步阐释。
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
本申请的描述中若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例1：
本实施例提供一种相变保温水泥砂浆材料，具有作为主体的水泥砂浆层，在水泥砂浆层外部涂覆有防水胶层，水泥砂浆层由质量分数25％的相变复合材料、45％的细骨料和30％的水泥胶凝材料混合搅拌制成。
其中，相变复合材料为石蜡/SiO2相变蓄热材料，其中石蜡和SiO2的质量比值在0.6-1.7。
石蜡主要是由直链烷烃混合而成，熔点随着链的增长逐渐增加，且呈先快后慢的趋势，但当链长增加到一定程度时，石蜡熔点将趋于一定值；随着链的增长，烷烃的熔解热也会增大，但由于空间的影响，溶解热变化几乎无规律可言。
本实施例中为了检测石蜡微晶材料的具体温度变化机制，通过实验进行验证。具体操作如下：称取2.0g切碎的石蜡倒入125mL单口圆底烧瓶中，瓶口用带温度计的木塞塞住，温度计略高于石蜡，将单口圆底烧瓶置于未开启的恒温水浴锅中，用铁架台支架固定。
将水浴锅温度设置为85℃并开启水浴锅，当温度计读数达到20℃时开始计时，每隔1min记录一个温度数据。当温度不再继续上升并保持三次读数不变时，将单口圆底烧瓶取出，置于室温下冷却，仍然每隔1min，记录一次温度数据，直至温度不再继续下降并保持三次读数不变。
另外，本实验还测试了石蜡通过循环水冷却的温度时间曲线，即将盛有达到最高升温点石蜡的单口圆底烧瓶取出之后，置于1000mL烧杯中，该烧杯中有持续来自来水水龙头的循环水，数据如图1所示，可以看到石蜡的温度时间曲线可以按图中节点分为四个阶段。
第一阶段过程中，随着外界环境的升温，石蜡烧瓶的温度以一定速率逐渐升高，此过程为显热蓄热阶段。
第二阶段，曲线上升比较平缓，温度上升比较缓慢，说明这是材料发生相变的阶段，即石蜡显热潜热同时蓄热阶段。
第三阶段，由于环境温差较大，曲线以直线下降趋势，在还没达到相变温度时，温度下降较大。
第四阶段，由于温差缩小，放热减缓，而此时到达相变温度，因此熔融石蜡凝固放热，将烧瓶温度持续维持在一定温度。
实施例2：
本实施例中公开一种相变保温水泥砂浆材料，一种相变保温水泥砂浆材料，具有作为主体的水泥砂浆层，在水泥砂浆层外部涂覆有防水胶层，水泥砂浆层由质量比为4.5：5：4的相变复合材料、细骨料和水泥胶凝材料混合制成，水泥砂浆层的厚度在10-15cm以内。
其中，相变复合材料为石蜡/SiO2相变蓄热材料，其中石蜡和SiO2的质量比为5：5。
本实施例中对石蜡和SiO2的质量比进行细化限定，且为了研究其具体的配比所具有的性能优势，则对其进行实验测试。
首先制作该相变符合材料，称取一定质量的石蜡、0.2g聚乙二醇-20000和0.2g十六烷基三甲基氯化铵置入盛有200mL乙醇溶液(50wt％)的高速分散机中，并在温度80℃和转速6000r·min-1条件下乳化分散20min，然后将形成石蜡乳液转移至水浴温度80℃的烧杯中不断搅拌。称取一定量硅酸钠和量取相应计量比的盐酸溶液分别加至盛有50mL蒸馏水的烧杯，采用恒流泵将这两种溶液同时恒速加入到上述石蜡乳液中并不断搅拌，然后经室温陈化、过滤、洗涤和50℃干燥等步骤后得到石蜡/SiO2样品。石蜡与SiO2质量比分别是2:8、3:7、4:6和5:5的相变材料记为2-8-P/SiO2、3-7-P/SiO2、4-6-P/SiO2和5-5-P/SiO2。
如图2所示，图2是石蜡与SiO2不同质量比的石蜡/SiO2相变材料的XRD图谱，图谱中2θ＝21.55°和23.95°处衍射峰归属于石蜡的特征衍射峰，分别对应石蜡的(110)晶面和(200)晶面。无定型SiO2的特征峰出现在2θ＝20.00°附近，这一宽峰与石蜡的特征衍射峰相互重合。石蜡/SiO2相变材料中随着石蜡质量比的减少，石蜡特征峰的峰强度逐渐减弱。
XRD图谱中未出现其他物质的特征衍射峰，这说明石蜡SiO2相变材料在制备过程中是沉淀法制备的SiO2纳米颗粒在表面活性剂的作用下吸附于石蜡表面，这种物理吸附作用并不导致新物质生成。
图3是石蜡/SiO2相变材料的FT-IR图谱，石蜡和SiO2不同质量比组成的石蜡/SiO2相变材料的FT-IR图谱特征峰位置基本保持一致性。图谱中723、1468、2851和2920cm-1等处的吸收峰是由长链石蜡烷烃结构中C-H键伸缩振动引起的特征峰，这表明石蜡仍以烷烃形式存在。
Si-O-Si基团的反对称伸缩振动和对称伸缩振动引起的特征峰出现在图谱的463和953cm-1处，而O-Si-O弯曲振动引起的特征峰出现在797cm-1。在1468和1641cm-1处出现的吸收峰归属于表面活性剂中C＝O和C＝C(或-OH)双键伸缩振动所致。这说明SiO2在表面活性剂的作用下与石蜡结合在一起，且仍保持独有的化学性质。
图4是石蜡/SiO2相变材料的N2吸附-脱附曲线，不同质量比的石蜡与SiO2组成的相变材料石蜡/SiO2具有不同的N2吸附-脱附行为，这归因于SiO2纳米颗粒在石蜡表面的吸附性能差异性。
无定型SiO2纳米粒子在表面活性剂的桥联作用下吸附于石蜡液滴表面并无序的排列，这种无序的吸附排列行为随着溶液体系中SiO2纳米粒子的增多变得更加混乱，从而形成不规则的孔道结构。随着石蜡/SiO2质量比的增加，石蜡/SiO2的比表面积增大，而样品吸收热量后的膨胀率先降低后增大。基于实际应用过程中相变材料因吸热后膨胀效应小的要求，石蜡/SiO2质量比为5:5的相变材料5-5-P/SiO2是性能较好的样品。
实施例3：
本实施例公开一种相变保温水泥砂浆材料，一种相变保温水泥砂浆材料，具有作为主体的水泥砂浆层，在水泥砂浆层外部涂覆有防水胶层，水泥砂浆层由质量比为4.5：5：4的相变复合材料、细骨料和水泥胶凝材料混合制成，水泥砂浆层的厚度在10-15cm以内。
其中，相变复合材料为石蜡/SiO2相变蓄热材料，其中石蜡和SiO2的质量比为4：6。
与上述实施例2相同，本实施例中对石蜡和SiO2的质量比进行细化限定，且为了研究其具体的配比所具有的性能优势，则对其进行实验测试。
首先制作该相变符合材料，称取一定质量的石蜡、0.2g聚乙二醇-20000和0.2g十六烷基三甲基氯化铵置入盛有200mL乙醇溶液(50wt％)的高速分散机中，并在温度80℃和转速6000r·min-1条件下乳化分散20min，然后将形成石蜡乳液转移至水浴温度80℃的烧杯中不断搅拌。称取一定量硅酸钠和量取相应计量比的盐酸溶液分别加至盛有50mL蒸馏水的烧杯，采用恒流泵将这两种溶液同时恒速加入到上述石蜡乳液中并不断搅拌，然后经室温陈化、过滤、洗涤和50℃干燥等步骤后得到石蜡/SiO2样品。石蜡与SiO2质量比分别是2:8、3:7、4:6和5:5的相变材料记为2-8-P/SiO2、3-7-P/SiO2、4-6-P/SiO2和5-5-P/SiO2。
首先，本实施对上述四中不同比重的材料样品进行物理性质参数的测试，具体测试结果如下表1所示。
表1 paraffin/TiO2样品的物性参数
而图5是石蜡与SiO2质量比4:6的相变材料4-6-P/SiO2的SEM照片，平均粒径约40nm的SiO2纳米颗粒无序的生长在石蜡表面并形成SiO2聚集体，表现出粗糙多孔的石蜡/SiO2表面结构。这归因于石蜡分子在表面活性剂的作用下嵌入SiO2的网状结构。随着反应体系中SiO2纳米粒子的数量增多，SiO2颗粒在吸附于石蜡表面的同时出现堆积现象。SiO2纳米粒子的自我堆积会随着石蜡/SiO2质量比的减少而减弱，然而过多的石蜡在加热过程中发生吸热渗漏，影响石蜡/SiO2相变材料的寿命。
图6是不同质量比石蜡与SiO2组成的石蜡/SiO2相变材料的DSC曲线。每个样品均出现低温的固—固相变吸热峰和高温的固—液相变吸热峰，其中吸热峰的面积表示该材料的相变潜热大小。
不同质量组成的石蜡/SiO2相变材料的相变温度存在一定的差异性，这归因于石蜡/SiO2相变材料中残留的少量表面活性剂所引起。石蜡/SiO2相变材料的相变潜热随着石蜡与SiO2质量比的增大而增大，这是因为SiO2在300℃下不存在吸热放热现象，材料的相变潜热取决于石蜡的相变潜热。
如表2所示，石蜡与SiO2质量比4:6时，石蜡/SiO2相变材料的相变潜热最大，其原因分析可能是SiO2包覆于石蜡表面，这种包覆结构能够提高材料的吸收热。此外，由于SiO2的支撑作用，石蜡/SiO2相变材料在吸热—放热过程中保持固体状态，这有助于提高其热稳定性和使用寿命。
表2石蜡/SiO2样品的DSC测试结果
图7是石蜡与SiO2质量比4:6的相变材料4-6-P/SiO2样品的蓄热稳定性实验结果。单一蓄热性能测试实验中，4-6-P/SiO2样品的吸热速率在升温前期随着外界温度的升高而加快，此过程为显热蓄热过程；在升温后期的温度上升缓慢，该过程是相变材料的显热潜热蓄热阶段，即相变过程。
降温过程中，4-6-P/SiO2样品的温度在开始降温时因环境温差较大而快速下降，当温度降至相变温度时下降速度明显减小，熔融石蜡此时发生凝固放热。相变蓄热材料正是通过在外界温度升降过程中放热—吸热方式调节外界温度。经过10次升温降温循环实验，石蜡与SiO2质量比4:6的相变材料4-6-P/SiO2的蓄热—放热曲线基本保持一致，这表明4-6-P/SiO2具有很好的热稳定性。
图8是石蜡/SiO2复合相变材料的质量随循环次数变化的情况。在20次循环内，相变材料质量基本不发生变化，20次循环之后质量开始缓慢减少，到50次循环之后，材料的质量损失率为2.6％，损失率较小，说明制备的相变材料在循环过程中并未发生渗漏、挥发等现象，性质稳定。
实施例4：
本实施例公开一种相变保温水泥砂浆材料，一种相变保温水泥砂浆材料，具有作为主体的水泥砂浆层，在水泥砂浆层外部涂覆有防水胶层，水泥砂浆层由质量比为4.5：5：4的相变复合材料、细骨料和水泥胶凝材料混合制成，水泥砂浆层的厚度在10-15cm以内。
其中，相变复合材料为石蜡/SiO2相变蓄热材料，其中石蜡和SiO2的质量比为1：1。
与上述实施例3相同，本实施例中对石蜡和SiO2的质量比进行细化限定，且为了研究其具体的配比所具有的性能优势，则对其进行实验测试。
首先制作该相变符合材料，将准备好的石蜡微晶材料与表面活性剂加入装有浓度为50wt％乙醇溶液的分散机中，同时加入SiO2前驱体溶液并以HCl调节pH值；将分散剂第一次搅拌时的温度控制在85℃，在转速为4000r/min条件下乳化分散15min形成石蜡乳液；然后采用恒流泵将硅酸钠溶液和盐酸溶液匀速加入制备好的石蜡乳液，同时采用分散机在85℃的环境下进行第二次搅拌；最后经过室温陈化、过滤、洗涤和50℃干燥步骤后得到石蜡/SiO2的相变复合材料。
其中，制作石蜡/SiO2相变蓄热材料时采用的乳化剂为聚乙二醇-20000和十六烷基三甲基氯化铵以质量比值1进行复配得到的混合药剂。
表面活性剂具有既亲水又亲油的两亲特性，能在溶液表面定向排列，少量表面活性剂就能明显改变溶液界面状态，减小溶液的表面张力，是制备乳液时不可或缺的辅助药剂。
在石蜡乳液的制备过程中，表面活性剂分散在水和石蜡液滴的界面上，使石蜡能更好的分散在水中，同时还可以防止石蜡液滴之间的相互聚集。在乳化速度4000r/min、石蜡/SiO2质量比1:1、乳化时间15min、硅酸钠浓度0.45mol/L、反应温度85℃反应条件下，石蜡/SiO2复合材料的相变潜热随着表面活性剂的增加先增大后减小，如图10所示。
表面活性剂用量较少时，石蜡液滴表面的表面活性剂较少，不能很好的引导水解产生的SiO2覆盖在石蜡表面，导致部分石蜡未被包裹而形成浮蜡被清除掉，减少了石蜡的包覆率；而当表面活性剂过量时，多余的表面活性剂分散在水溶液中，部分表面活性剂自主团聚提供接触点，使得部分硅酸钠在水溶液中直接水解，导致大量石蜡因未被包裹或未包裹完全在冷却过程中析出，从而导致石蜡包覆率降低，相变潜热降低。
实施例5：
本实施例公开一种相变保温水泥砂浆材料，一种相变保温水泥砂浆材料，具有作为主体的水泥砂浆层，在水泥砂浆层外部涂覆有防水胶层，水泥砂浆层由质量比为4.5：5：4的相变复合材料、细骨料和水泥胶凝材料混合制成，水泥砂浆层的厚度在10-15cm以内。
其中，相变复合材料为石蜡/SiO2相变蓄热材料，其中石蜡和SiO2的质量比为5：3。
与上述实施例4相同，本实施例中对石蜡和SiO2的质量比进行细化限定，且为了研究其具体的配比所具有的性能优势，则对其进行实验测试。
首先制作该相变符合材料，将准备好的石蜡微晶材料与表面活性剂加入装有浓度为50wt％乙醇溶液的分散机中，同时加入SiO2前驱体溶液并以HCl调节pH值；将分散剂第一次搅拌时的温度控制在85℃，在转速为4000r/min条件下乳化分散15min形成石蜡乳液；然后采用恒流泵将硅酸钠溶液和盐酸溶液匀速加入制备好的石蜡乳液，同时采用分散机在85℃的环境下进行第二次搅拌；最后经过室温陈化、过滤、洗涤和50℃干燥步骤后得到石蜡/SiO2的相变复合材料。
其中，制作石蜡/SiO2相变蓄热材料时采用的乳化剂为聚乙二醇-20000和十六烷基三甲基氯化铵以质量比值1进行复配得到的混合药剂。
如图11所示，石蜡/SiO2复合材料的相变潜热随着SiO2/石蜡理论比的增加先增大后减小。当SiO2较多时，过量的SiO2将石蜡完全包裹，且还有过量的存在，随着SiO2的减少，过量的SiO2越来越少，直到比例恰到好处时包覆率最大；当SiO2继续减少至石蜡过量时，由于SiO2量较少，因此仅有一部分石蜡被完全包裹，另一部分石蜡未被包裹或形成不稳定的半包裹结构，最终石蜡会流失，这就使得部分SiO2实际上未包裹石蜡，因此大大降低了相变材料的石蜡包覆率，进而引起相变潜热的大幅度降低。
乳液的稳定性和乳液中石蜡液滴的大小和均匀度都对后期反应有一定的影响，而乳液乳化时的搅拌转速对乳液的稳定性有很大的影响，因此乳化转速间接地影响了相变材料产品的性能。
如图11所示，石蜡/SiO2复合材料的相变潜热随着乳化速度的增加先增大后减小。当乳化搅拌速度过慢时，石蜡不能形成稳定的乳液，反应过程中大量石蜡析出，使得产品中石蜡含量很少，因此相变潜热很低。
随着乳化转速的增加，乳液的乳化效果逐渐变好，反应过程中乳液稳定，相应的产品的相变潜热也随之增加。当乳化转速大于4000r/min时，石蜡液滴直径减小，需要更多的SiO2进行包覆，从而导致有效包覆率降低；当乳化转速继续增加时，乳化过程中石蜡液滴间相互碰撞增加容易引起聚集，不能进一步有效乳化，且过高的转速容易将空气带入溶液而形成泡沫，使得乳液乳化效果进一步降低。SEM结果表明，该条件下的二氧化硅在石蜡表面的分散性好，没有单独成团，如图12所示，其中a为10μm，b为1μm。
同时，乳化时间对乳液的稳定性也有很大的影响，随着乳化时间的增加，乳液中石蜡液滴会逐渐减小，从而增大包覆面积。若对于温度较高的体系而言，乳化时间太长会因其液相体系中小分子物质的蒸发，导致整个体系粘稠度增加甚至呈胶状，从而不利于后续反应。如图13所示，在石蜡/SiO2质量比5:3的反应条件下，当乳化时间为15min时产品的相变潜热最大，当乳化时间较短时，乳液中石蜡液滴还未完全稳定，后续反应时有石蜡析出，导致产品的相变潜热减小；当乳化时间过长时，虽然乳液稳定，但乳液中石蜡液滴变小，包覆面积增加，部分石蜡不能被包裹，样品相变潜热减小。
而反应物的浓度大小会直接影响到反应速率的快慢，因此有必要探讨反应物浓度对产品的影响。如图14所示，石蜡/SiO2复合材料的相变潜热随着硅酸钠浓度的增加先增大后减小。在硅酸钠浓度较小时，水解速率变慢，一部分石蜡液滴在包裹的过程中由于不稳定会析出；当反应物浓度过高时，在滴加过程中容易造成局部浓度过高，导致部分硅酸钠快速水解，形成较大颗粒，导致石蜡不能被包裹完全，使得产品的相变潜热减小。
相较于实施例3和实施例4的配方，三种质量比的相变复合材料的蓄热表现均有差异，可根据实际需求进行选择，但均属于较佳的配方，与现有技术中的成分配比不同。
值得说明的是，上述实施例中公开的配方配比均是根据研究人员在大量的实验中总结出的劳动成果，现有技术中并未提供该质量比，则结合所要得到的水泥砂浆性能，该质量比和其他反应条件均具有较好的产品性能。
实施例6：
本实施例同样公开一种相变保温水泥砂浆材料，具有作为主体的水泥砂浆层，在水泥砂浆层外部涂覆有防水胶层，水泥砂浆层由质量比为4.5：5：4的相变复合材料、细骨料和水泥胶凝材料混合制成，水泥砂浆层的厚度在10-15cm以内。
其中，相变复合材料为石蜡/SiO2相变蓄热材料，其中石蜡和SiO2的质量比为5：3。
其中防水胶层以重量份计包括70份的高分子共聚物、5份的分散剂、5份的增稠剂、6份的消泡剂、8份的杀菌剂和4份的成膜剂。
表3石蜡/SiO2样品的应用测试结果(初始温度26℃)
本实施例通过对不同配比的水泥砂浆层进行测试，具体结果参照表3进行分析。
其中表面活性剂用量为0.8g、石蜡与二氧化硅质量比5:3、乳化转速4000r/min、乳化时间15min、硅酸钠浓度0.45mol/L、盐酸浓度0.9mol/L。
在该实验条件下制备的石蜡/SiO2复合材料相变焓值达到86.61J/g。利用合成的石蜡/SiO2复合材料与细沙、水泥按照不同质量比进行混合使用做成规格100×100×10cm的板材，将这些板材围城密闭空间，测试空间的温度变化。
见表3所示，空间里的温度随着时间的延长而逐渐减小，温度下降趋势随着复合材料:细沙：水泥的质量比增加而减小。这表明石蜡SiO2复合材料在实际应用过程中具有很好的保温效果，但由于相变复合材料占比不断增加，其制成的板材结构强度便下降，则为了控制其质量，保证其具备合格的结构强度，则采用其中4.5：5：4的配比。
本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。
Claims (6)
1.一种相变保温水泥砂浆材料，具有作为主体的水泥砂浆层，在水泥砂浆层外部涂覆有防水胶层，其特征在于：
所述水泥砂浆层由质量分数10-25%的相变复合材料、30-50%的细骨料和25-40%的水泥胶凝材料混合搅拌制成；
所述相变复合材料为石蜡/SiO2相变蓄热材料，所述石蜡和SiO2的质量比为1：1或4：6。
2.根据权利要求1所述的一种相变保温水泥砂浆材料，其特征在于：制作石蜡/SiO2相变蓄热材料时采用的乳化剂为聚乙二醇-20000和十六烷基三甲基氯化铵以质量比值0.5-1.5进行复配得到的混合药剂。
3.根据权利要求2所述的一种相变保温水泥砂浆材料，其特征在于：制作石蜡/SiO2相变蓄热材料时乳化搅拌的转速在4000-4500r/min的范围内；
乳化分散时间在15-20min。
4.根据权利要求3所述的一种相变保温水泥砂浆材料，其特征在于：所述石蜡/SiO2相变蓄热材料的制作过程如下：
首先将准备好的石蜡微晶材料与表面活性剂加入装有浓度为50wt%乙醇溶液的分散机中，同时加入SiO2前驱体溶液并以HCl调节pH值；
将分散机第一次搅拌时的温度控制在80-85℃，在转速为4000r/min条件下乳化分散15min形成石蜡乳液；
然后采用恒流泵将硅酸钠溶液和盐酸溶液匀速加入制备好的石蜡乳液，同时采用分散机在85℃的环境下进行第二次搅拌；
最后经过室温陈化、过滤、洗涤和50℃干燥步骤后得到石蜡/SiO2的相变复合材料。
5.根据权利要求4所述的一种相变保温水泥砂浆材料，其特征在于：所述水泥砂浆层由质量比为4.5：5：4的相变复合材料、细骨料和水泥胶凝材料混合制成，水泥砂浆层的厚度在10-15cm以内。
6.根据权利要求5所述的一种相变保温水泥砂浆材料，其特征在于：所述防水胶层以重量份计包括70-85份的高分子共聚物、5-10份的分散剂 、2-5份的增稠剂、3-6份的消泡剂、4-10份的杀菌剂和3-5份的成膜剂。
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