CN112341131A - 环保型结构-功能一体化的建筑储能材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环保型结构‑功能一体化的建筑储能材料，按质量百分比由以下原料组分组成：矿渣30.23％～36.93％、水玻璃3.27％～3.99％、细骨料30.23％～36.93％、定形相变材料7.38％～24.18％、拌和水12.09％～14.77％，上述组分质量百分比之和为100％。本发明结构‑功能一体化的建筑储能材料解决了现有建筑储能材料的强度低、强度增长速度慢、热储存能力差以及环保性不足等问题，具有早期强度发展快、强度增长稳定，力学强度优异，调控容易的特点。

Description

环保型结构-功能一体化的建筑储能材料及其制备方法

技术领域

本发明属于土木工程材料技术领域，具体涉及一种环保型结构-功能一体化的建筑储能材料，本发明还涉及一种环保型结构-功能一体化的建筑储能材料的制备方法。

背景技术

近年来，由于人口增长、人民生活水平提高和人们对室内舒适度要求的增加，建筑能耗增长迅速。各国学者和工程师都在寻找一种可以既提高建筑室内热舒适度又可以降低建筑能耗的方法。其中，提高建筑的热蓄存能力和热调节能力是协同解决建筑节能和热环境提升问题的有效途径。基于这个目的，研究及发展“结构-功能一体化"的建筑储能材料被国内外学者广泛关注。其中，将相变材料(PCM)与常规建筑材料复合，是发展建筑储能材料的有益思路。混凝土和砂浆是建筑中用量最大的建筑材料，因此将相变材料与混凝土或砂浆复合，更便于实现相变材料在建筑中的广泛应用。低熔点相变石蜡因其具有相变温度宽、储能密度大、化学稳定性好、无过冷和相分离现象，并且原料来源广、价格低廉等优点，而常被用于制备建筑储能材料。然而，相变石蜡是一种固-液相变材料，使其复合在建筑材料中易出现渗漏问题，这将严重影响建筑材料的使用。在解决建筑材料中使用固-液相变材料出现渗漏问题的过程中，学者们对此提出了一些创造性的方法，如多孔材料吸附，微胶囊封装和将相变材料和聚乙烯熔融共聚开发定形相变材料。然而，现有定形相变材料添加到建筑材料中会严重影响建筑材料的力学性能。这导致建筑储能材料的热、力学性能难以协同提升，这极大限制了该类材料在建筑结构工程中的应用，这也是建筑储能材料工程应用亟待突破的技术难题。针对这一技术难点，学者尝试通过添加纤维来增强建筑储能材料的热-力学性能，但是仍然无法达到令人满意的结果。总的来说，我国建筑储能材料多处于实验研究阶段，热-力学性能难以协同提升以至于在实际工程中的应用十分有限。目前，建筑储能材料的技术不足之处，主要存在以下几个方面：

(1)定形相变材料的热性能较差

定形相变材料的热性能分为两个方面：一方面是其储热性能，定形相变材料优异的储热性能可以使建筑储能材料拥有更好的储热性能，可以使其对建筑室内调温效果根据明显。另一方面是换热性能，良好的换热效率可以使相变材料的热交换根据迅速，使建筑储能材料对室内温度变化的响应速度更快。《硅藻土基定形相变复合材料的制备与热性能研究》(王委委,宋肖飞，蔡以兵，魏取福，刘伟.化工新型材料,2019,47(10):228-231)公开了一种利用硅藻土制备的定形相变材料，虽然具有良好的热稳定性，但是通过测试结果不难得出其的潜热值较低，并且支撑材料硅藻土的导热系数较低。《石膏载体定形相变材料的制备及其热性能》(郑立辉,宋光森,韦一良,胡廷平.新型建筑材料,2006(01):49-50)公开了一种利用石膏和石蜡制备的定形相变材料，虽然这种定形相变材料的力学性能较好，但是石膏可以装载的石蜡质量有限，蓄热性能较低。《凹凸棒土定形相变材料的制备及其在水泥基材料中的应用研究》(张海峰.湖北工业大学,2020.)公开了一种利用凹凸棒土通过高温吸附固-液相变材料制备了建筑材料使用的定形相变材料。这种方法制备的定形相变材料虽然具有良好的热稳定性，但是由测试测试表明其潜热值较低，蓄热性能较差。《乳化法制备石蜡/三元乙丙橡胶定形相变材料及其性能》(丁泽,程弘,张凯,杨文彬,范敬辉,吴菊英,何方方.高分子材料科学与工程,2019,35(02):171-174+182)公开了一种通过乳化法将石蜡和EPDM同时乳化,再热压硫化成型的定形相变材料，这种定形相变材料虽然具有良好的热温度性和抗拉伸性能，但是其不仅制备工艺复杂并且换热效率较低。《EVA用于低熔点石蜡的定形支撑材料的研究》(金和,曹莉,顾有伟.化工新型材料,2011,39(S2):82-84)公开了一种采用EVA树脂作为支撑材料制备了具备良好热稳定性定形相变材料。然而，这类有机聚合物热阻很大，导热系数很低，作为相变材料的支撑材料会严重影响相变材料的热能交换。

(2)定形相变材料的强度低

建筑材料使用的定形相变材料应该具有一定的力学强度，以满足施工时的力学性能要求和减少其复合到建筑材料后对建筑材料的力学强度影响。《相变珍珠岩工艺研究和相变砂浆控温模拟》(钱利姣,张雄,宋钦.硅酸盐学报,2013(7):987-993)，公开了一种利用多孔性膨胀珍珠岩真空吸附相变石蜡，制备相变珍珠岩细骨料的方法，该方法能够虽能够对相变石蜡起到一定的封装定形作用，但是膨胀珍珠岩是一种力学性能很低的支撑材料，将其添加到建筑材料会严重影响建筑材料的力学性能，难以在建筑材料中大量使用。“专利号为CN110964486A”的中国专利公开了一种烷基胺功能化石墨烯/石蜡定形相变材料，材料中形成了强劲的三维网络支撑结构，但是力学性能仍然不满足在建筑材料中大量使用《海泡石基定形相变材料的制备及热湿性能研究》(蒋达华,张鑫林,廖绍璠,费华,顾庆军.非金属矿,2019,42(02):72-75)公开了一种利用海泡石和固-液相变材料制备的定形相变材料，虽然这种定形相变材料具有良好的化学稳定性和热稳定性，但是由海泡石质地脆弱、易碎的特性可知这种方式制备的定形相变材料力学性能较差。

(3)建筑储能材料的力学强度低、强度发展慢

建筑储能材料的力学强度及其强度发展速度是影响其工程应用范围的重要因素，主要取决于两个方面。一是胶凝基体材料和定形相变材料的强度，二是定形相变材料的掺量。《相变储能砂浆的制备及其性能》(汪振双,赵宁.沈阳大学学报(自然科学版),2014,26(4):311-315.)公开了一种以复合硅酸盐水泥作为胶凝材料所制备的建筑储能材料。结果显示，当相变材料含量达到水泥质量的40％时，砂浆28d抗压强度仅有2.41MPa。《复合相变储能砂浆性能实验研究》(史巍，艾斌，侯景鹏.硅酸盐通报.2014,33(5):1004-1007.)公开了一种以强度等级42.5的普通硅酸盐水泥作为基体材料，以石蜡作为相变材料，制备的建筑储能材料及其制备方法。从所公开的内容可知，以普通硅酸盐建筑储能材料的抗压强度增长速度较慢，且强度较低，当定形相变材料替换砂的体积掺量为100％的情况下，建筑储能材料28d的抗压强度仅有8.59MPa。《相变储能加气混凝土砌块的性能研究》(刘平,沈新元,万泽青.新型建筑材料.2010,37(12):26-28+38.)公开了一种将有机相变材料硬脂酸丁酯浸渍到加气混凝土砌块中制备建筑储能材料。然而，这种方式制备的建筑储能材料28天抗压强度只有4.5MPa。上述建筑储能材料的28天抗压强度普遍在20MPa以下，这限制了其用于建筑结构工程以至于其难以大量应用于建筑工程。

(4)相变材料含量低、储热能力差

建筑储能材料储热性能决定了其对建筑室内温度的调节作用，高储热性能的建筑储能材料是学者和工程师所追求的目标。其中，建筑储能材料中相变材料的含量是影响其储热能力的重要因素。《相变储能混凝土制备及其力学性能研究》(石宪,崔宏志.混凝土.2013(01):48-50+54.)公开了一种利用陶粒装载石蜡作为相变骨料添加到混凝土中制备建筑储能材料的方法。这种方法虽然获得了28天龄期抗压强度大于30MPa的建筑建筑材料，但是通过数据对比不难发现其相变材料含量较低，其蓄热性能相对于普通混凝土没有明显提升。《石蜡相变储能砂浆应用性能研究》(史巍,侯景鹏.新型建筑材料,2012,39(08):19-21)公开了一种将石蜡分别以颗粒和乳液的方式加入水泥砂浆制备建筑储能材料的方法。然而，从文献中的测试结果可知，其最大相变石蜡掺量只有4％，这表明其储能性能非常有限。《微胶囊相变砂浆制备及性能研究》(陈伟,朱才岳.长春工业大学学报.2015,36(01):77-80.)公开了一种利用微胶囊定形相变材料制备建筑储能材料的方法。根据文献配合比，不难看出这一种建筑储能材料的最大定形相变材料掺量只有13.3％。《新型相变储能建筑材料的制备试验研究》(傅浩,欧阳东,宁博,尹飞龙.建筑节能,2012,40(01):49-52.)利用陶粒吸附固-液相变材料制备相变骨料，然后添加到水泥浆中制备了建筑储能材料。这种方法制备的建筑储能材料虽然具有较高的抗压强度，但是其定形相变材料的最大质量分数仅能达到水泥的30％，因此其储热能力很低。上述公开的文献测试结果表明，目前建筑储能材料的相变材料含量普遍较低，以至于其储热性能较差。因此，提高建筑储能材料的储热性能仍然是学者和工程师不断追求的目标。

(5)建筑储能材料环保性不足

根据上述公开的建筑储能材料可知，目前制备的建筑储能材料通常采用水泥作为胶凝材料。然而，水泥在其生产过程中不仅会消耗大量的能源还会排放大量温室气体。根据《碱激发矿渣水泥砂浆的改性研究》(刘丽娜.重庆交通大学,2018.)可知，生产1吨水泥所需的能量约为5000MJ，它将向大气中排放1吨CO₂。这不仅造成了大量的能源消耗还对环境带来了严重的污染。这与建筑材料绿色可持续发展的理念不符。因此，全世界的学者和工程师都在寻找水泥的替代品，以实现建筑储能材料的可持续发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环保型结构-功能一体化的建筑储能材料，解决了现有建筑储能材料的强度低、强度增长速度慢、热储存能力差以及环保性不足等问题。

本发明的另一目的在于提供一种环保型结构-功能一体化的建筑储能材料的制备方法。

本发明所采用的第一种技术方案是，一种环保型结构-功能一体化的建筑储能材料，按质量百分比由以下原料组分组成：矿渣30.23％～36.93％、水玻璃3.27％～3.99％、细骨料30.23％～36.93％、定形相变材料7.38％～24.18％、拌和水12.09％～14.77％，上述组分质量百分比之和为100％。

本发明第一种技术方案的特点还在于，

水玻璃中的Na₂O和SiO₂的摩尔数比为1.2：1。

定形相变材料按质量百分比由以下原料组分组成：石蜡38.39％-39.18％，氧化铝空心球46.07％-46.67％，苯丙乳液14.74％-14.94％，上述组分质量百分比之和为100％。

本发明所采用的第二种技术方案是，一种环保型结构-功能一体化的建筑储能材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，按质量百分比称取由以下原料组分：矿渣30.23％～36.93％、水玻璃3.27％～3.99％、细骨料30.23％～36.93％、定形相变材料7.38％～24.18％、拌和水12.09％～14.77％，上述组分质量百分比之和为100％；

步骤2，将水玻璃和拌合水混合配成水玻璃溶液；

步骤3，将矿渣、细骨料和定形相变材料倒入水泥胶砂搅拌机中搅拌均匀，得到建筑储能材料基体材料的干粉料；

步骤4，将步骤2配成的水玻璃溶液倒入步骤3得到的建筑储能材料基体材料的干粉料中，采用水泥胶砂搅拌机进行搅拌，得到建筑储能材料浆体材料；

步骤5，将步骤4得到的建筑储能材料浆体材料倒入试模成型，并放入到养护箱养护，得到结构-功能一体化的建筑储能材料。

本发明第二种技术方案的特点还在于，

步骤3和步骤4中搅拌的速度均为140±5r/min，搅拌时间为3min～4min。

步骤5中养护的温度为20±1℃，湿度不小于90％，养护时间不低于3天。

步骤3中定形相变材料的制备方法具体按照以下步骤实施：

步骤3.1，将装有氧化铝空心球和液体石蜡的容器放入真空反应釜中，扣紧真空反应釜，启动真空泵，对真空反应釜进行抽真空处理；

步骤3.2，待步骤3.1抽真空处理后，打开泄压阀，使真空反应釜内的压力恢复至常压，将吸附了石蜡的氧化铝空心球取出放入冰箱中冷藏，使氧化铝空心球内的液态石蜡完全固化，得到固化后的氧化铝空心球；

步骤3.3，将步骤3.2得到的固化后的氧化铝空心球取出，倒入苯丙乳液中，手动辅助搅拌，使固化后的氧化铝空心球与苯丙乳液充分混合，得到表面粘附苯丙乳液的氧化铝空心球；

步骤3.4，将步骤3.3得到的表面粘附苯丙乳液的氧化铝空心球取出，摊铺在铁质筛网上，在干燥环境中放置48小时以上，使氧化铝空心球表面粘附的苯丙乳液干燥固化成膜，即得到定形相变材料。

容器中石蜡与氧化铝空心球的质量比不小于1.5；所述氧化铝空心球的孔隙率不低于82％；所述苯丙乳液中的固体含量不低于40％；所述石蜡采用为低温相变石蜡，相变温度为20℃，潜热值不小于172J/g。

步骤3.1中抽真空处理的相对真空压力为不大于-0.1MPa，保持时间不低于30min。

步骤3.2中冰箱的温度不高于5℃，冷藏时间不低于2小时。

本发明的有益效果是，

(1)本发明一种环保型结构-功能一体化的建筑储能材料，早期强度发展快、强度增长稳定，力学强度优异，使其在结构工程中的应用成为可能；

(2)本发明一种环保型结构-功能一体化的建筑储能材料，具有强度稳定、调控容易的特点，通过控制矿渣、细骨料、水玻璃、定形相变材料及拌和水的质量比来获取不同强度的结构-功能一体化的建筑储能材料；

(3)本发明一种环保型结构-功能一体化的建筑储能材料，利用矿渣替代水泥等高耗能的胶凝材料制备结构-功能一体化的建筑储能材料，不仅减少了材料成本，还对固体废弃物处理和环境保护具有积极意义。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明提供了一种环保型结构-功能一体化的建筑储能材料，按质量百分比由以下原料组分组成：矿渣30.23％～36.93％、水玻璃3.27％～3.99％、细骨料30.23％～36.93％、定形相变材料7.38％～24.18％、拌和水12.09％～14.77％，上述组分质量百分比之和为100％，其中，水玻璃中的Na₂O和SiO₂的摩尔数比为1.2：1；定形相变材料按质量百分比由以下原料组分组成：石蜡38.39％-39.18％，氧化铝空心球46.07％-46.67％，苯丙乳液14.74％-14.94％，上述组分质量百分比之和为100％。

矿渣性能符合中国标准GB/T 18046-2008中S95型矿渣性能要求，通过碱性激发、凝结、硬化过程，为结构-功能一体化建筑储能材料提供结构支撑作用，特别是赋予结构-功能一体化建筑储能材料的早强性能及优异的力学性能。定型相变材料，可通过氧化铝空心球和石蜡获得优异的热性能，添加到胶凝基体材料(矿渣)可以使建筑储能材料具有较高的蓄热性能和换热效率。细骨料性能符合中国标准GB/T14684-2001中标准砂的性能要求。

本发明还提供了一种环保型结构-功能一体化的建筑储能材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，按质量百分比称取由以下原料组分：矿渣30.23％～36.93％、水玻璃3.27％～3.99％、细骨料30.23％～36.93％、定形相变材料7.38％～24.18％、拌和水12.09％～14.77％，上述组分质量百分比之和为100％；

步骤2，将水玻璃和拌合水混合配成水玻璃溶液；

步骤3，将矿渣、细骨料和定形相变材料倒入水泥胶砂搅拌机中以搅拌均匀，搅拌速度为140±5r/min，搅拌时间为3min～4min，得到建筑储能材料基体材料的干粉料；

其中，定形相变材料的制备方法具体按照以下步骤实施：

步骤3.1，将装有氧化铝空心球和液体石蜡的容器放入真空反应釜中，扣紧真空反应釜，启动真空泵，对真空反应釜进行抽真空处理，相对真空压力不大于-0.1MPa，保持时间不低于30min；

步骤3.2，待步骤3.1抽真空处理后，打开泄压阀，使真空反应釜内的压力恢复至常压，将吸附了石蜡的氧化铝空心球取出放入不高于5℃的冰箱中冷藏不低于2小时，使氧化铝空心球内的液态石蜡完全固化，得到固化后的氧化铝空心球；

步骤3.3，将步骤3.2得到的固化后的氧化铝空心球取出，倒入苯丙乳液中，手动辅助搅拌，使固化后的氧化铝空心球与苯丙乳液充分混合，得到表面粘附苯丙乳液的氧化铝空心球；

步骤3.4，将步骤3.3得到的表面粘附苯丙乳液的氧化铝空心球取出，摊铺在铁质筛网上，在干燥环境中放置48小时以上，使氧化铝空心球表面粘附的苯丙乳液干燥固化成膜，即得到定形相变材料。

其中，容器中石蜡与氧化铝空心球的质量比不小于1.5；氧化铝空心球的孔隙率不低于82％；苯丙乳液中的固体含量不低于40％；石蜡采用为低温相变石蜡，相变温度为20℃，潜热值不小于172J/g；

步骤4，将步骤2配成的水玻璃溶液倒入步骤3得到的建筑储能材料基体材料的干粉料中，采用水泥胶砂搅拌机进行搅拌，搅拌速度为140±5r/min，搅拌时间为3min～4min，得到建筑储能材料浆体材料；

步骤5，将步骤4得到的建筑储能材料浆体材料倒入试模成型，并放入到养护箱养护，养护的温度为20±1℃，湿度不小于90％，养护时间不低于3天，得到结构-功能一体化的建筑储能材料。

实施例1

本发明还提供了一种环保型结构-功能一体化的建筑储能材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，按质量百分比称取由以下原料组分：矿渣36.93％、水玻璃3.99％、细骨料(砂)36.93％、定形相变材料7.38％％、拌和水14.77％；

步骤2，将水玻璃和拌合水混合配成水玻璃溶液；

步骤3，将矿渣、细骨料和定形相变材料倒入水泥胶砂搅拌机中以搅拌均匀，搅拌速度为140±5r/min，搅拌时间为3min，得到建筑储能材料基体材料的干粉料；

其中，定形相变材料的制备方法具体按照以下步骤实施：

步骤3.1，将装有氧化铝空心球和液体石蜡的容器放入真空反应釜中，扣紧真空反应釜，启动真空泵，对真空反应釜进行抽真空处理，相对真空压力不大于-0.1MPa，保持时间不低于30min；

步骤3.2，待步骤3.1抽真空处理后，打开泄压阀，使真空反应釜内的压力恢复至常压，将吸附了石蜡的氧化铝空心球取出放入不高于5℃的冰箱中冷藏不低于2小时，使氧化铝空心球内的液态石蜡完全固化，得到固化后的氧化铝空心球；

步骤3.3，将步骤3.2得到的固化后的氧化铝空心球取出，倒入苯丙乳液中，手动辅助搅拌，使固化后的氧化铝空心球与苯丙乳液充分混合，得到表面粘附苯丙乳液的氧化铝空心球；

其中，按质量百分比由以下原料组分组成：石蜡38.39％，氧化铝空心球46.67％，苯丙乳液14.94％；

步骤3.4，将步骤3.3得到的表面粘附苯丙乳液的氧化铝空心球取出，摊铺在铁质筛网上，在干燥环境中放置48小时以上，使氧化铝空心球表面粘附的苯丙乳液干燥固化成膜，即得到定形相变材料。

步骤4，将步骤2配成的水玻璃溶液倒入步骤3得到的建筑储能材料基体材料的干粉料中，采用水泥胶砂搅拌机进行搅拌，搅拌速度为140±5r/min，搅拌时间为3min，得到建筑储能材料浆体材料；

步骤5，将步骤4得到的建筑储能材料浆体材料倒入试模成型，并放入到养护箱养护，养护的温度为20±1℃，湿度不小于90％，养护时间分别为3天、7天和28天，得到不同强度的结构-功能一体化建筑储能材料。

实施例2

本发明还提供了一种环保型结构-功能一体化的建筑储能材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，按质量百分比称取由以下原料组分：矿渣34.39％、水玻璃3.72％、细骨料34.39％、定形相变材料13.75％、拌和水13.75％；

步骤2，将水玻璃和拌合水混合配成水玻璃溶液；

步骤3，将矿渣、细骨料和定形相变材料倒入水泥胶砂搅拌机中以搅拌均匀，搅拌速度为140±5r/min，搅拌时间为3.5min，得到建筑储能材料基体材料的干粉料；

其中，定形相变材料的制备方法具体按照以下步骤实施：

步骤3.1，将装有氧化铝空心球和液体石蜡的容器放入真空反应釜中，扣紧真空反应釜，启动真空泵，对真空反应釜进行抽真空处理，相对真空压力不大于-0.1MPa，保持时间不低于30min；

步骤3.2，待步骤3.1抽真空处理后，打开泄压阀，使真空反应釜内的压力恢复至常压，将吸附了石蜡的氧化铝空心球取出放入不高于5℃的冰箱中冷藏不低于2小时，使氧化铝空心球内的液态石蜡完全固化，得到固化后的氧化铝空心球；

步骤3.3，将步骤3.2得到的固化后的氧化铝空心球取出，倒入苯丙乳液中，手动辅助搅拌，使固化后的氧化铝空心球与苯丙乳液充分混合，得到表面粘附苯丙乳液的氧化铝空心球；

其中，按质量百分比由以下原料组分组成：石蜡39.18％，氧化铝空心球46.07％，苯丙乳液14.74％；

步骤3.4，将步骤3.3得到的表面粘附苯丙乳液的氧化铝空心球取出，摊铺在铁质筛网上，在干燥环境中放置48小时以上，使氧化铝空心球表面粘附的苯丙乳液干燥固化成膜，即得到定形相变材料。

步骤4，将步骤2配成的水玻璃溶液倒入步骤3得到的建筑储能材料基体材料的干粉料中，采用水泥胶砂搅拌机进行搅拌，搅拌速度为140±5r/min，搅拌时间为3.5min，得到建筑储能材料浆体材料；

步骤5，将步骤4得到的建筑储能材料浆体材料倒入试模成型，并放入到养护箱养护，养护的温度为20±1℃，湿度不小于90％，养护时间分别为3天、7天和28天，得到不同强度的结构-功能一体化建筑储能材料。

实施例3

本发明还提供了一种环保型结构-功能一体化的建筑储能材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，按质量百分比称取由以下原料组分：矿渣30.23％％、水玻璃3.27％、细骨料30.23％，定形相变材料24.18％、拌和水12.09％；

步骤2，将水玻璃和拌合水混合配成水玻璃溶液；

步骤3，将矿渣、细骨料和定形相变材料倒入水泥胶砂搅拌机中以搅拌均匀，搅拌速度为140±5r/min，搅拌时间为4min，得到建筑储能材料基体材料的干粉料；

其中，定形相变材料的制备方法具体按照以下步骤实施：

步骤3.1，将装有氧化铝空心球和液体石蜡的容器放入真空反应釜中，扣紧真空反应釜，启动真空泵，对真空反应釜进行抽真空处理，相对真空压力不大于-0.1MPa，保持时间不低于30min；

步骤3.2，待步骤3.1抽真空处理后，打开泄压阀，使真空反应釜内的压力恢复至常压，将吸附了石蜡的氧化铝空心球取出放入不高于5℃的冰箱中冷藏不低于2小时，使氧化铝空心球内的液态石蜡完全固化，得到固化后的氧化铝空心球；

步骤3.3，将步骤3.2得到的固化后的氧化铝空心球取出，倒入苯丙乳液中，手动辅助搅拌，使固化后的氧化铝空心球与苯丙乳液充分混合，得到表面粘附苯丙乳液的氧化铝空心球；

其中，按质量百分比由以下原料组分组成：石蜡38.75％，氧化铝空心球46.40％，苯丙乳液14.85％；

步骤3.4，将步骤3.3得到的表面粘附苯丙乳液的氧化铝空心球取出，摊铺在铁质筛网上，在干燥环境中放置48小时以上，使氧化铝空心球表面粘附的苯丙乳液干燥固化成膜，即得到定形相变材料。

步骤4，将步骤2配成的水玻璃溶液倒入步骤3得到的建筑储能材料基体材料的干粉料中，采用水泥胶砂搅拌机进行搅拌，搅拌速度为140±5r/min，搅拌时间为4min，得到建筑储能材料浆体材料；

步骤5，将步骤4得到的建筑储能材料浆体材料倒入试模成型，并放入到养护箱养护，养护的温度为20±1℃，湿度不小于90％，养护时间分别为3天、7天和28天，得到不同强度的结构-功能一体化建筑储能材料。

对实施例1～实施例3得到的结构-功能一体化的建筑储能材料进行抗压强度、抗折强度、相变潜热的性能进行测试，具体结果如表1所示：

表1结构-功能一体化建筑储能材料的性能

由表1可知，结构-功能一体化的建筑储能材料3天的抗压强度可以达到28天抗压强度的77.91％～87.05％，其优异的力学性能使其在结构工程中的应用成为可能。

通过上述方式，本发明一种环保型结构-功能一体化的建筑储能材料具有早期强度发展快、强度增长稳定、强度稳定、调控容易的特点，不同强度等级的结构-功能一体化的建筑储能材料，可通过调控矿渣、水玻璃、细骨料、定形相变材料及拌和水的含量比例得以实现，且制备方法简单设备要求低。

Claims (10)

1.一种环保型结构-功能一体化的建筑储能材料，其特征在于，按质量百分比由以下原料组分组成：矿渣30.23％～36.93％、水玻璃3.27％～3.99％、细骨料30.23％～36.93％、定形相变材料7.38％～24.18％、拌和水12.09％～14.77％，上述组分质量百分比之和为100％。

2.根据权利要求1所述的一种环保型结构-功能一体化的建筑储能材料，其特征在于，所述水玻璃中的Na₂O和SiO₂的摩尔数比为1.2：1。

3.根据权利要求1所述的一种环保型结构-功能一体化建筑储能材料，其特征在于，所述定形相变材料按质量百分比由以下原料组分组成：石蜡38.39％-39.18％，氧化铝空心球46.07％-46.67％，苯丙乳液14.74％-14.94％。上述组分质量百分比之和为100％。

4.一种环保型结构-功能一体化的建筑储能材料的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1，按质量百分比称取由以下原料组分：矿渣30.23％～36.93％、水玻璃3.27％～3.99％、细骨料30.23％～36.93％、定形相变材料7.38％～24.18％、拌和水12.09％～14.77％，上述组分质量百分比之和为100％；

步骤2，将水玻璃和拌合水混合配成水玻璃溶液；

步骤3，将矿渣、细骨料和定形相变材料倒入水泥胶砂搅拌机中搅拌均匀，得到建筑储能材料基体材料的干粉料；

步骤4，将步骤2配成的水玻璃溶液倒入步骤3得到的建筑储能材料基体材料的干粉料中，采用水泥胶砂搅拌机进行搅拌，得到建筑储能材料浆体材料；

步骤5，将步骤4得到的建筑储能材料浆体材料倒入试模成型，并放入到养护箱养护，得到结构-功能一体化的建筑储能材料。

5.根据权利要求4所述的一种环保型结构-功能一体化的建筑储能材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3和步骤4中搅拌的速度均为140±5r/min，搅拌时间为3min～4min。

6.根据权利要求4所述的一种环保型结构-功能一体化的建筑储能材料的制备方法，其特征在于，所述步骤5中养护的温度为20±1℃，湿度不小于90％，养护时间不低于3天。

7.根据权利要求4所述的一种环保型结构-功能一体化的建筑储能材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3中定形相变材料的制备方法具体按照以下步骤实施：

步骤3.1，将装有氧化铝空心球和液体石蜡的容器放入真空反应釜中，扣紧真空反应釜，启动真空泵，对真空反应釜进行抽真空处理；

步骤3.2，待步骤3.1抽真空处理后，打开泄压阀，使真空反应釜内的压力恢复至常压，将吸附了石蜡的氧化铝空心球取出放入冰箱中冷藏，使氧化铝空心球内的液态石蜡完全固化，得到固化后的氧化铝空心球；

步骤3.3，将步骤3.2得到的固化后的氧化铝空心球取出，倒入苯丙乳液中，手动辅助搅拌，使固化后的氧化铝空心球与苯丙乳液充分混合，得到表面粘附苯丙乳液的氧化铝空心球；

步骤3.4，将步骤3.3得到的表面粘附苯丙乳液的氧化铝空心球取出，摊铺在铁质筛网上，在干燥环境中放置48小时以上，使氧化铝空心球表面粘附的苯丙乳液干燥固化成膜，即得到定形相变材料。

8.根据权利要求7所述的一种环保型结构-功能一体化的建筑储能材料的制备方法，其特征在于，所述容器中石蜡与氧化铝空心球的质量比不小于1.5；所述氧化铝空心球的孔隙率不低于82％；所述苯丙乳液中的固体含量不低于40％；所述石蜡采用为低温相变石蜡，相变温度为20℃，潜热值大于172J/g。

9.根据权利要求7所述的一种环保型结构-功能一体化的建筑储能材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3.1中抽真空处理的相对真空压力为不大于-0.1MPa，保持时间不低于30min。

10.根据权利要求7所述的一种环保型结构-功能一体化的建筑储能材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3.2中冰箱的温度不高于5℃，冷藏时间不低于2小时。