CN114890725A - 一种相变控温珊瑚砂饰面砖及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种相变控温珊瑚砂饰面砖及其制备方法，属于建筑保温材料技术领域。本发明利用南海地区丰富的天然无机多孔珊瑚砂作为载体，吸附固‑液相变材料，制备固‑液相变材料‑多孔珊瑚砂复合物，然后以封装材料包裹固‑液相变材料‑多孔珊瑚砂复合物，凝固干燥后制备得到具有坚硬外壳的复合物型相变储能材料，所述封装材料包覆固‑液相变材料‑多孔珊瑚砂复合物型相变储能材料作为粗骨料制备相变混凝土，装到相应的模具中养护后脱模即可直接使用该饰面砖。所述相变控温珊瑚砂饰面砖实现了固‑液相变材料与混凝土的隔离，保持了固‑液相变材料的储放热性能，在建筑资源缺乏、环境条件恶劣的南海地区具有推广价值与应用前景。
Description
技术领域
本发明属于建筑保温材料技术领域，具体涉及一种相变控温珊瑚砂饰面砖及其制备方法。
背景技术
珊瑚砂的化学成分主要为碳酸钙。珊瑚礁碳酸钙岩土组分的颗粒尺寸变化较大，颜色常常呈淡黄色至白色，无塑性。钙质砂的颗粒密度一般在2.70~2.85g/cm3之间，大于石英砂的平均颗粒密度2.65g/cm3。珊瑚砂空隙比较高，常高于0.7。许多研究人员针对珊瑚砂混凝土的力学性能开展了研究，研究证明虽然珊瑚砂力学强度较低，但在合理的配比下，制得的珊瑚砂混凝土28天的抗压强度可达到20.7MPa，养护初期珊瑚砂混凝土的强度发展快于普通混凝土。因此利用珊瑚砂为骨料制作珊瑚砂混凝土即成为一条可行的思路。
随着建筑行业能耗在全球能耗中所占比重越来越大，为了减少制冷、供暖、通风等能耗，选取具有适宜相变温度、较大相变焓以及合适应用场景的相变材料应用到建筑中，在理论上提供了降低建筑能耗的方案。固-液相变材料直接应用到建筑材料中会发生泄漏并引发污染、腐蚀等并发问题，可采取多孔材料吸附的方法将固-液相变材料浸入到某一多孔材料骨架的孔隙中制备成形状较为稳定的复合相变材料，相变材料与多孔材料在润湿机理、毛细现象与吸附作用三方面综合作用下紧密结合在一起；然后将复合相变材料封装，形成一层坚硬的外壳以阻止相变材料的泄漏，再与建筑材料混合使用以增加使用性和稳定性。
本发明设计利用珊瑚砂的多孔结构吸附固-液相变材料后作为骨料制备相变混凝土然后制成相变饰面砖。
发明内容
发明目的：本发明提供了一种相变控温珊瑚砂饰面砖，便于我国在高温高湿的南海地区因地制宜就地取材进行工程建设，并通过相变材料的吸放热特性对建筑温度进行调节。
技术方案：为了达到上述发明目的，本发明提供如下技术方案：
本发明提供一种适用于南海岛礁地区的珊瑚砂相变饰面砖，以多孔珊瑚砂为基体，所述基体的孔隙中储存固-液相变材料。先将珊瑚砂过筛，挑选粒径在2.36～9.5mm的珊瑚砂备用。通过真空浸渍法使珊瑚砂吸附固-液相变材料。使用封装材料进行包覆以防止固-液相变材料在使用发生泄漏，引起污染腐蚀，将封装后的复合材料作为粗骨料进行混凝土的制备，制备完成后装在200mm*200mm*20mm的模具中，刮刀将表面刮平整，放入标准养护室内养护，1周后脱模，即可直接贴附于建筑物的墙面上。
进一步地，制备方法包括以下步骤：
步骤1，通过抽真空抽出真空吸附装置和多孔珊瑚砂孔隙内的空气，在真空环境下将多孔珊瑚砂浸泡在固-液相变材料中，持续浸泡至多孔珊瑚砂表面不再有气泡出现，打开盖子用滤网将复合物取出，用滤网过滤掉多余的液态相变材料，用滤纸擦干净外表面附着的相变材料，干燥后即可。
进一步地，所述真空环境的压力为接近0MPa，固-液相变材料相变温度为30～50℃。
进一步地，在浸泡时，还包括加热的步骤。
进一步地，加热温度为60～100℃。
该加热温度条件可以使固-液相变材料迅速由固态转为液态，也可以防止因系统温度低于固-液相变材料相变温度时造成的急剧冷却，堵塞制备系统和多孔珊瑚砂的孔隙，影响内部孔隙对相变材料的吸收。
步骤2，将封装材料首先转化为液态浆体，不同封装材料转化为液态的条件和方法不同，可根据实际情况加水混合、加热、乳化或做其它特殊处理转化为液态；
步骤3，将制得的固-液相变材料-多孔珊瑚砂复合物与液态封装材料混合，涂抹均匀，然后进行干燥处理，直至封装材料形成一层稳定坚硬的外壳。其中，封装材料的质量占总质量的30%~40%。
步骤4，将所述封装材料-固-液相变材料-多孔珊瑚砂复合物1037份、水泥469份、海水230份、河砂663份，混合均匀，得到相变混凝土。
步骤5，将相变混凝土装在200mm*200mm*20mm的模具中，刮刀将表面刮平整，放入标准养护室内养护，1周后脱模，即可直接贴附于建筑物的墙面上。
进一步地，模具可以是其它形状和尺寸，以适用于各种应用场景。
进一步地，标准养护室的温度应在20±2℃，相对湿度大于95%。
优选的，固-液相变材料应具有合适的相变温度，包括有机固-液相变材料和无机固-液相变材料。有机固-液相变材料包括但不限于不同碳链长度的石蜡类相变材料；脂肪酸中的癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸等；多元醇中的一系列平均分子量不同的聚乙二醇、新戊二醇、丁四醇、季戊四醇和木糖醇等以及一些其他的有机物如正十六烷、正十八烷、正二十烷等或者根据施罗德公式算的比例制得的多种有机物熔融共混形成的具有特定熔点的有机混合物；无机固-液相变材料包括但不限于结晶水合盐中的Na2SO4·10H2O、MgCl2⋅6H2O、Na2HPO4⋅12H2O、CH3COONa⋅3H2O和CaCl2⋅6H2O等。
优选的，所述封装材料包括但不限于环氧树脂凝胶、水泥净浆、乳化沥青、石蜡。
有益效果：本发明以因地制宜、就地取材为原则，将南海岛礁地区的珊瑚砂与固-液相变材料结合使用。海洋岛礁的环境限制导致施工机械及建筑原材料运输困难，工程建设时必须尽可能就地取材以降低成本，利用珊瑚砂为骨料、采用海水拌养的方法制作珊瑚砂混凝土再制成相变饰面砖即成为一条可行的思路。同时发挥固-液相变材料在相变时能够吸收和释放热量保持温度相对恒定的特性，使建筑物的温度保持在相对恒定的范围内，缓解岛礁上高温问题。通过模型测温试验，贴附珊瑚砂相变饰面砖的房屋模型相比贴附普通混凝土砖的房屋模型，更具调温效果，减少室内温度波动，更有利于在南海地区高温环境下的建筑控温。
附图说明
图1是本发明制备固-液相变材料-多孔载体复合物的真空吸附装置；
图2是本发明制备的封装材料-固-液相变材料-多孔载体复合物的模型；
图3是本发明制备的相变控温珊瑚砂饰面砖的模型；
图4是本发明制备的相变控温珊瑚砂饰面砖和普通砖实测的温度曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本发明的范围。实施例中未注明具体条件的实验方法及未说明配方的试剂均为按照本领域常规条件。
实施例1
步骤1，称取固-液相变材料石蜡和多孔珊瑚砂各100g于如图1所示的真空吸附装置中，珊瑚砂的粒径为2.36～9.5mm，用真空泵抽至真空吸附装置为真空环境，在60℃的加热环境下将其混合均匀，充分反应至真空抽滤瓶中无气泡冒出。打开盖子用滤网将复合相变材料，滤网过滤，冷却至室温，用滤纸擦干净外表面附着的石蜡相变材料，干燥后即可得到石蜡-珊瑚砂复合物；
步骤2，将水和水泥以0.45:1的比例混合，搅拌均匀形成水泥浆封装材料备用；
步骤3，取100g石蜡-珊瑚砂复合物和足量的水泥浆，将水泥浆均匀涂抹于石蜡-珊瑚砂复合物的表面，用漏网过滤掉表层多余的水泥浆，滤纸上摊铺开直至封装材料水泥浆硬化，复合物表面会形成一层硬化的硬壳封装层，加热一小时检验水泥浆封装后的复合物的渗漏性，与封装前相比渗漏明显减少，减少比例接近90%。
步骤4，按重量份数称取水泥：469份；海水230份；河砂：663份；水泥浆外壳-石蜡-珊瑚砂复合物1037份制成相变混凝土。
步骤5，将相变混凝土装在200mm*200mm*20mm的模具中，刮刀将表面刮平整，放入标准养护室内养护，1周后脱模，即可直接贴附于建筑物的墙面上。
经DSC测定，相变混凝土的相变区间为30～35℃，相变焓为232.82J/g，循环200次后相变焓仅衰减1.0%。依据《墙体材料应用统一技术规范》GB/T 50574-2010、《砌体基本力学性能试验方法标准》GB/T 50129-2011和《混凝土物理力学性能试验方法标准》GB/T50081-2019等规范的强度要求和测试方法，所述相变混凝土28天立方体抗压强度在30MPa以上，所述相变混凝土制成相变控温珊瑚砂饰面砖后，经测定强度也满足最低强度等级MU15，可直接用于建筑物的承重墙和自承重墙。
将相变砖贴附于尺寸为400mm*400mm*400mm模型房屋的内外表面，测量在太阳热辐射和外界环境热对流下，模型房屋室内温度72小时的变化情况，温度曲线如图4所示。
对比例1
步骤1，按重量份数称取水泥：469份；海水230份；河砂：663份；粗骨料：1037份制成普通混凝土。
步骤2，将普通混凝土装在特制的200mm*200mm*20mm的模具中，刮刀将表面刮平整，放入标准养护室内养护，1周后脱模。
依据《墙体材料应用统一技术规范》GB/T 50574-2010、《砌体基本力学性能试验方法标准》GB/T 50129-2011和《混凝土物理力学性能试验方法标准》GB/T 50081-2019等规范的强度要求和测试方法，所述普通混凝土28d立方体抗压强度在30MPa以上，所述普通混凝土制成相变控温珊瑚砂饰面砖后，经测定强度也满足最低强度等级MU15，可直接用于建筑物的承重墙和自承重墙。
将普通砖贴附于尺寸为400mm*400mm*400mm模型房屋的内外表面，测量在太阳热辐射和外界环境热对流下，模型房屋室内温度72小时的变化情况，温度曲线如图4所示，与实施例1中的温度曲线和外界环境温度曲线进行对比。
以上对本发明进行了示例性的描述，并非对本发明的范围进行限定，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种相变控温珊瑚砂饰面砖，其特征在于：原料以重量份计包括：水泥469份，水230份，河砂663份，复合相变储能材料1037份；
所述复合相变储能材料采用以下步骤制备得到：
步骤1，将多孔珊瑚砂和固-液相变材料置于真空装置中，在真空环境下将多孔珊瑚砂浸泡在固-液相变材料中，持续浸泡至多孔珊瑚砂表面不再有气泡出现，取出复合物，去除多余的相变材料，将复合物干燥；
步骤2，将封装材料转化为液态浆体备用；
步骤3，将步骤1制得的复合物与液态封装材料混合，涂抹均匀，然后进行干燥处理，直至封装材料形成一层外壳，即得到所述复合相变储能材料。
2.根据权利要求1所述的相变控温珊瑚砂饰面砖，其特征在于：所述多孔珊瑚砂的粒径为2.36～9.5mm。
3.根据权利要求1所述的相变控温珊瑚砂饰面砖，其特征在于：所述固-液相变材料为有机固-液相变材料和/或无机固-液相变材料。
4.根据权利要求3所述的相变控温珊瑚砂饰面砖，其特征在于：所述有机固-液相变材料选自石蜡类相变材料、脂肪酸、多元醇、正十六烷、正十八烷、正二十烷；所述无机固-液相变材料选自Na2SO4·10H2O、MgCl2⋅6H2O、Na2HPO4⋅12H2O、CH3COONa⋅3H2O或CaCl2⋅6H2O。
5.根据权利要求1所述的相变控温珊瑚砂饰面砖，其特征在于：所述封装材料选自环氧树脂凝胶、水泥净浆、乳化沥青或石蜡。
6.根据权利要求1所述的相变控温珊瑚砂饰面砖，其特征在于：步骤1中，是在真空环境下加热使固-液相变材料充分浸入多孔珊瑚砂的孔隙内。
7.根据权利要求6所述的相变控温珊瑚砂饰面砖，其特征在于：真空环境的压力为0MPa，加热的温度为60℃以上。
8.权利要求1所述的相变控温珊瑚砂饰面砖的制备方法，其特征在于：将复合相变储能材料、水泥、水、河砂混合均匀，得到相变混凝土，然后将相变混凝土装在模具中，刮刀将表面刮平整，放入标准养护室内养护，1周后脱模，即得到相变控温珊瑚砂饰面砖。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述标准养护室的温度在20±2℃，相对湿度大于95%。
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