RU2562633C2 - Method of increasing heat capacity and heat-retaining capacity of concrete and mortar - Google Patents

Method of increasing heat capacity and heat-retaining capacity of concrete and mortar Download PDF

Info

Publication number
RU2562633C2
RU2562633C2 RU2013152001/03A RU2013152001A RU2562633C2 RU 2562633 C2 RU2562633 C2 RU 2562633C2 RU 2013152001/03 A RU2013152001/03 A RU 2013152001/03A RU 2013152001 A RU2013152001 A RU 2013152001A RU 2562633 C2 RU2562633 C2 RU 2562633C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heat
concrete
capacity
mortar
aggregate
Prior art date
Application number
RU2013152001/03A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013152001A (en
Inventor
Рашит Анварович Назиров
Александр Николаевич Волков
Евгений Вячеславович Пересыпкин
Original Assignee
Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" filed Critical Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет"
Priority to RU2013152001/03A priority Critical patent/RU2562633C2/en
Publication of RU2013152001A publication Critical patent/RU2013152001A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2562633C2 publication Critical patent/RU2562633C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Building Environments (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to production of building materials and can be used to increase specific heat capacity and heat-retaining capacity of concrete and mortar. The method of increasing heat capacity and heat-retaining capacity of concrete and mortar includes further adding to basic components at the step of preparing concrete or mortar a heat-retaining encapsulated aggregate, particularly a high-heat capacity aggregate in the form of capsules containing a heat-retaining substance in a durable chemically resistant shell while enabling temperature variation of the volume thereof. The heat-retaining substance used is refining effluent, wherein said aggregate is added in amount of 10-90 vol %.
EFFECT: high specific heat capacity and heat-retaining capacity of concrete and mortar to ensure high energy efficiency of construction facilities operating in a wide temperature range, including subzero temperatures, and recycling wastes.
1 dwg, 4 tbl, 2 ex

Description

Изобретение относится к области производства строительных материалов и может быть использовано для повышения удельной теплоемкости и теплоаккумулирующей способности бетонов и строительных растворов.The invention relates to the field of production of building materials and can be used to increase the specific heat and heat storage capacity of concrete and mortar.

Известен способ получения теплоемких материалов на основе талькомагнезита, включающий получение 30-60% водной суспензии талькомагнезита путем измельчения талькомагнезита, смешение его с водой, дополнительное введение в суспензию 5-15 мас.% окислов железа, 0,5-4 мас.% жидкого стекла, 0,05-7 мас.% цемента, обработку в роторном кавитационном аппарате при числе оборотов ротора 3000-12000 в минуту, температуре 15-70°C, числе циклов обработки 5-50, формование полученной массы под давлением и ее термическую обработку (Патент РФ №2259974, дата приоритета 24.03.2004, дата публикации 10.09.2005, автор Штагер В.П., RU).A known method of producing heat-sensitive materials based on talc-magnesite, including obtaining 30-60% aqueous suspension of talc-magnesite by grinding talc-magnesite, mixing it with water, additional introduction of 5-15 wt.% Iron oxides, 0.5-4 wt.% Liquid glass into the suspension , 0.05-7 wt.% Cement, treatment in a rotary cavitation apparatus at a rotor speed of 3000-12000 per minute, temperature 15-70 ° C, the number of treatment cycles 5-50, molding the resulting mass under pressure and its heat treatment ( RF patent №2259974, priority date 03.24.2004, date pu of replication of 10.09.2005, the author of VP Shtager, RU).

Недостатком известного аналога является сложный химический состав и технологический процесс производства материалов, незначительное повышение удельной теплоемкости, а также ограниченная область его применения, обусловленная ограничением сырьевой базы по составу и возможностью получения теплоемких материалов на основе талькомагнезита, что свидетельствует о том, что способ не является универсальным.A disadvantage of the known analogue is the complex chemical composition and manufacturing process of materials, a slight increase in specific heat, as well as the limited scope of its application, due to the limited raw material base in composition and the possibility of obtaining heat-sensitive materials based on talc magnesite, which indicates that the method is not universal .

Известны бетоны (ГОСТ 7473, ГОСТ 25192) или раствор (ГОСТ 28013), характеризующиеся удельной теплоемкостью 0,84 кДж/кг°C (по данным СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий»).Known concrete (GOST 7473, GOST 25192) or mortar (GOST 28013), characterized by a specific heat of 0.84 kJ / kg ° C (according to SP 50.13330.2012 "Thermal protection of buildings").

Однако для оценки и повышения энергоэффективности строительных объектов важно учитывать такие теплотехнические характеристики, как теплоемкость, так и теплоаккумулирующую способность строительных материалов. В частности, применение материалов с высокой теплоемкостью и высокой теплоаккумулирующей способностью позволяет замедлить изменение температуры конструкции в течение периода времени с изменением температуры окружающей среды. Таким образом, представляется возможным уменьшить амплитуду колебания температуры конструкции с обеспечением сдвига фаз пиковых значений температуры в течение, например, ночного и дневного времени суток. Данный эффект с экономической целесообразностью может быть использован в наружных и внутренних ограждающих конструкциях при наличии автоматизированной системы отопления, а также в полах с подогревом и конструкциях промышленных холодильников с учетом того, что себестоимость электроэнергии в периоды времени с минимальной нагрузкой сети (как правило, ночные) более низкая.However, in order to evaluate and improve the energy efficiency of construction sites, it is important to take into account such thermal characteristics as the heat capacity and the heat storage capacity of building materials. In particular, the use of materials with high heat capacity and high heat storage ability allows you to slow down the change in temperature of the structure over a period of time with a change in ambient temperature. Thus, it seems possible to reduce the amplitude of the temperature fluctuation of the structure with phase shift of the peak temperature during, for example, night and day time. This effect, with economic feasibility, can be used in external and internal walling in the presence of an automated heating system, as well as in underfloor heating and structures of industrial refrigerators, taking into account the fact that the cost of electricity during periods of time with a minimum network load (usually night) lower.

В качестве прототипа принят способ повышения теплоаккумулирующей способности строительных элементов из бетона, характеризующийся введением в состав при изготовлении строительных элементов инкапсулированного материала, обладающего скрытой теплотой (энтальпией - ΔH, [Дж/г]) фазового перехода, в частности парафиновой смеси или воска, причем инкапсулированный материал добавляют в качестве заполнителя в форме микрокапсул с оболочкой из полимера (Патент РФ №2391319, дата приоритета 21.04.2006, дата публикации 10.06.2010, авторы ВИТТХОН Михель и др., DE, прототип).As a prototype, a method has been adopted to increase the heat storage capacity of concrete building elements, characterized by the introduction of an encapsulated material having latent heat (enthalpy ΔH, [J / g]) of a phase transition, in particular a paraffin mixture or wax, into which it is encapsulated the material is added as a filler in the form of microcapsules with a shell of a polymer (RF Patent No. 2391319, priority date 04/21/2006, publication date 06/10/2010, authors WITTHON Michel et al., DE, pr prototype of).

Недостатком прототипа является ограниченная область применения теплоаккумулирующих материалов, полученных известным по прототипу способом, в связи с тем, что наличие в материале парафиновых микрокапсул обеспечивает теплоаккумулирующий эффект до 200 Дж/г за счет плавления парафина в диапазоне температур от 22°C до 28°C, что обуславливает целесообразное их использование в регионах с теплым климатом.The disadvantage of the prototype is the limited scope of heat storage materials obtained by the known method according to the prototype, due to the fact that the presence of paraffin microcapsules in the material provides a heat storage effect of up to 200 J / g due to the melting of paraffin in the temperature range from 22 ° C to 28 ° C, which determines their appropriate use in regions with a warm climate.

Задачей изобретения является получение теплоемких и теплоаккумулирующих бетонов и строительных растворов для повышения энергоэффективности строительных объектов, эксплуатируемых в широком диапазоне температур, включая отрицательные значения.The objective of the invention is to obtain heat-consuming and heat-accumulating concrete and mortar to improve the energy efficiency of construction sites operated in a wide temperature range, including negative values.

Для решения поставленной задачи в способе повышения теплоемкости и теплоаккумулирующей способности бетонов и строительных растворов путем дополнительного введения к основным компонентам на стадии приготовления бетонной или растворной смеси теплоаккумулирующего капсулированного заполнителя, в частности теплоемкого заполнителя в форме капсул, содержащих теплоаккумулирующее вещество в прочной химически стойкой оболочке с возможностью температурного изменения его объема, согласно изобретению в нем используют капсулированный заполнитель со стоками аффинажного производства, имеющими большую удельную теплоемкость, чем у обычного бетона, причем капсулированный заполнитель вводят в количестве от 10% до 90% объема.To solve the problem in a method of increasing the heat capacity and heat storage capacity of concrete and mortar by adding to the main components at the stage of preparation of a concrete or mortar mixture a heat-storage encapsulated aggregate, in particular a heat-sensitive aggregate in the form of capsules containing a heat-accumulating substance in a durable chemically resistant shell with the possibility temperature changes in its volume, according to the invention, it uses encapsulated filling Nitel to the drains of the refining industry, having a high specific heat capacity than that of conventional concrete, the aggregate is administered encapsulated in an amount of from 10% to 90% by volume.

В практическом применении максимальное объемное содержание теплоемкого заполнителя в бетоне (растворе) зависит от гранулометрического состава заполнителя и требуемых теплофизических свойств бетона (раствора) и может быть меньше 90%. Объемное содержание заполнителя меньше 10% не оказывает значительного влияния на повышение удельной теплоемкости и теплоаккумулирующей способности в бетонах и строительных растворах.In practical applications, the maximum volumetric content of the heat-intensive aggregate in concrete (mortar) depends on the particle size distribution of the aggregate and the required thermophysical properties of concrete (mortar) and may be less than 90%. A volumetric content of aggregate of less than 10% does not significantly affect the increase in specific heat and heat storage capacity in concrete and mortar.

Кроме того, в качестве теплоаккумулирующего вещества в капсулированном заполнителе может быть использована вода или солевые растворы, также повышающие теплоемкость и теплоаккумулирующую способность бетонов и строительных растворов. К тому же, целесообразно использование капсулированного заполнителя с солевыми растворами, теплоемкость и агрегатное состояние которых не изменяется при отрицательных температурах, в отличие от других жидких материалов.In addition, water or saline solutions, which also increase the heat capacity and heat storage capacity of concrete and mortar, can be used as a heat-storage substance in an encapsulated aggregate. In addition, it is advisable to use encapsulated aggregate with saline solutions, the heat capacity and state of aggregation of which does not change at low temperatures, in contrast to other liquid materials.

Введение в состав бетонной или растворной смеси капсулированного заполнителя с любым указанным жидким высокотеплоемким веществом на стадии приготовления смесей приводит к повышению удельной теплоемкости и теплоаккумулирующей способности бетонов и строительных растворов.The introduction into the composition of a concrete or mortar mixture of an encapsulated aggregate with any specified liquid highly heat-sensitive substance at the stage of preparation of the mixtures leads to an increase in the specific heat capacity and heat storage capacity of concrete and mortar.

На практике теплоемкость инкапсулированного заполнителя цементных бетонов можно изменять в значительных пределах и при этом использовать материалы с изменяющимся фазовым состоянием, весьма перспективных с позиции энергосбережения и энергоэффективности. Эффективность применения таких материалов оценивается величиной скрытой энергии, выделяемой или поглощаемой в процессе кристаллизации, плавления, испарения и конденсации.In practice, the heat capacity of the encapsulated aggregate of cement concrete can be changed to a considerable extent and at the same time use materials with a changing phase state, which are very promising from the standpoint of energy conservation and energy efficiency. The effectiveness of the use of such materials is estimated by the amount of latent energy released or absorbed during crystallization, melting, evaporation and condensation.

Составы бетонов обычно рассчитывают по абсолютным объемам. Расчетную величину плотности бетона ρ, содержащего менее плотный, но имеющий значительно большую теплоемкость заполнитель (инкапсулированная вода и ее солевые растворы), можно определить как сумму плотностей растворной части и заполнителя, умноженных на соответствующие доли их содержания в 1 м3 бетона:Concrete compositions are usually calculated by absolute volumes. The estimated value of the density of concrete ρ containing less dense, but having a much higher heat capacity aggregate (encapsulated water and its salt solutions) can be determined as the sum of the densities of the mortar and aggregate multiplied by the corresponding fractions of their content in 1 m 3 of concrete:

Figure 00000001
Figure 00000001

где ρm - плотность затвердевшей растворной части бетона, в которой распределен заполнитель; ρL - плотность теплоемкого заполнителя; φm - объемная доля растворной части в бетоне.where ρ m is the density of the hardened mortar part of the concrete in which the aggregate is distributed; ρ L is the density of the heat-intensive aggregate; φ m is the volume fraction of the mortar in concrete.

Таким образом, зная расчетную плотность бетона ρ, теплоемкости растворной части cm и заполнителя cL, общую теплоемкость системы C можно рассчитать по формуле:Thus, knowing the calculated concrete density ρ, heat capacity of the mortar part c m and aggregate c L , the total heat capacity of the system C can be calculated by the formula

Figure 00000002
Figure 00000002

В данном случае плотностью и теплоемкостью капсулы пренебрегаем.In this case, the density and heat capacity of the capsule are neglected.

Примеры реализации способов получения теплоемких и теплоаккумулирующих бетонов и строительных растворов основаны на том, что на стадии приготовления бетонной или растворной смеси вводится заполнитель из высокотеплоемкого вещества, заключенного в капсулы с прочной и химически стойкой оболочкой, например из полимера.Examples of the implementation of methods for producing heat-consuming and heat-accumulating concrete and mortar are based on the fact that at the stage of preparing a concrete or mortar mixture, a filler is introduced from a highly heat-sensitive substance enclosed in capsules with a strong and chemically resistant shell, for example, from polymer.

Полученные результаты сведены в следующие таблицы: таблица 1 - теплофизические свойства бетонов с матрицей из тяжелого бетона и инкапсулированной водой; таблица 2 - теплофизические свойства бетонов с матрицей из легкого бетона и инкапсулированной водой; таблица 3 - теплофизические свойства бетонов с инкапсулированным солевым раствором плотностью 1,28 кг/м3; таблица 4 - теплофизические свойства бетонов с инкапсулированным солевым раствором плотностью 1,38 кг/м3.The results are summarized in the following tables: table 1 - thermophysical properties of concrete with a matrix of heavy concrete and encapsulated water; table 2 - thermophysical properties of concrete with a matrix of lightweight concrete and encapsulated water; table 3 - thermophysical properties of concrete with encapsulated saline with a density of 1.28 kg / m 3 ; table 4 - thermophysical properties of concrete with encapsulated saline with a density of 1.38 kg / m 3 .

Пример 1. В качестве известного высокотеплоемкого вещества использована вода (удельная теплоемкость 4,2 кДж/кг°C и теплоаккумулирующая способность (ΔH - энтальпия фазового перехода) до 333 Дж/г при н.у.) или ее солевые растворы.Example 1. As a well-known highly heat-sensitive substance, water was used (specific heat of 4.2 kJ / kg ° C and heat storage capacity (ΔH is the phase transition enthalpy) up to 333 J / g at n.o.) or its salt solutions.

Согласно приведенному выражению (2) и таблице 1, отражающей зависимость теплофизических свойств бетона от объемного содержания заполнителя, следует, что наличие капсулированного высокотеплоемкого заполнителя с водой в объеме от 10 до 90% в 1 м3 бетона с матрицей из тяжелого бетона позволяет повысить теплоемкость системы в 4,7 раза, а теплоаккумулирующий эффект, характеризующийся величиной энтальпии фазового перехода, до 300 Дж/г за счет кристаллизации воды или плавления льда при температуре около 0°C.According to the above expression (2) and table 1, which reflects the dependence of the thermophysical properties of concrete on the volumetric content of the aggregate, it follows that the presence of encapsulated highly heat-resistant aggregate with water in a volume of 10 to 90% in 1 m 3 of concrete with a matrix of heavy concrete can increase the heat capacity of the system 4.7 times, and the heat-accumulating effect, characterized by the magnitude of the phase transition enthalpy, is up to 300 J / g due to crystallization of water or melting of ice at a temperature of about 0 ° C.

Таблица 1.Table 1. Теплофизические свойства бетонов с матрицей из тяжелого бетона и инкапсулированной водойThermophysical properties of concrete with a matrix of heavy concrete and encapsulated water № п/пNo. p / p Объемная доля заполнителяVolume fraction of aggregate Плотность бетона, кг/м3 The density of concrete, kg / m 3 Теплоемкость системыSystem heat capacity Энтальпия фазового перехода, Дж/гEnthalpy of phase transition, J / g Удельная теплоемкость, Дж/кг·°C×10-3 Specific heat, J / kg · ° C × 10 -3 Объемная теплоемкость, Дж/м3·°C×10-6 Volumetric heat capacity, J / m 3 · ° C × 10 -6 1one 0,90.9 11381138 3,4763,476 3,9563,956 300300 22 0,80.8 12781278 2,9262,926 3,7413,741 266266 33 0,70.7 14191419 2,4852,485 3,5253,525 233233 4four 0,60.6 15591559 2,1232,123 3,3093,309 200200 55 0,50.5 16991699 1,8211,821 3,0943,094 167167 66 0,40.4 18391839 1,5651,565 2,8782,878 133133 77 0,30.3 19791979 1,3451,345 2,6632,663 100one hundred 88 0,20.2 21202120 1,1551,155 2,4472,447 6767 99 0,10.1 22602260 0,9870.987 2,2322,232 3333

Таблица 2.Table 2. Теплофизические свойства бетонов с матрицей из легкого бетона и инкапсулированной водойThermophysical properties of concrete with lightweight concrete matrix and encapsulated water № п/пNo. p / p Объемная доля заполнителяVolume fraction of aggregate Плотность бетона, кг/м3 The density of concrete, kg / m 3 Теплоемкость системы System heat capacity Энтальпия фазового перехода, Дж/гEnthalpy of phase transition, J / g Удельная теплоемкость, Дж/кг·°C×10-3 Specific heat, J / kg · ° C × 10 -3 Объемная теплоемкость, Дж/м3·°C×10-6 Volumetric heat capacity, J / m 3 · ° C × 10 -6 1one 0,90.9 958958 3,9713,971 3,8053,805 300300 22 0,80.8 918918 3,7443,744 3,4383,438 266266 33 0,70.7 879879 3,4963,496 3,0713,071 233233 4four 0,60.6 839839 3,2243,224 2,7052,705 200200 55 0,50.5 799799 2,9262,926 2,3382,338 167167 66 0,40.4 759759 2,5962,596 1,9711,971 133133 77 0,30.3 719719 2,2302,230 1,6041,604 100one hundred 88 0,20.2 680680 1,8211,821 1,2381,238 6767 99 0,10.1 640640 1,3611,361 0,8710.871 3333

Согласно приведенному выражению (2) и таблице 2, отражающей зависимость теплофизических свойств бетона от объемного содержания заполнителя, следует, что наличие капсулированного высокотеплоемкого заполнителя с водой в объеме от 10 до 90% в 1 м3 бетона с матрицей из легкого бетона позволяет повысить теплоемкость системы в 4,5 раза, а теплоаккумулирующий эффект, характеризующийся величиной энтальпии фазового перехода, до 300 Дж/г за счет кристаллизации воды или плавления льда при температуре около 0°C.According to the above expression (2) and Table 2, which reflects the dependence of the thermophysical properties of concrete on the volumetric content of aggregate, it follows that the presence of encapsulated highly heat-resistant aggregate with water in a volume of 10 to 90% in 1 m 3 of concrete with a matrix of lightweight concrete allows to increase the heat capacity of the system 4.5 times, and the heat-accumulating effect, characterized by the magnitude of the phase transition enthalpy, is up to 300 J / g due to crystallization of water or melting of ice at a temperature of about 0 ° C.

Пример 2. В качестве высокотеплоемкого заполнителя использованы отходы промышленности, в частности водные солевые растворы, полученные в результате утилизации стоков аффинажного производства завода ОАО «Красцветмет» в г. Красноярске:Example 2. As a high-heat aggregate used industrial wastes, in particular aqueous saline solutions, obtained as a result of disposal of effluents from the refining production of the plant of OJSC “Krastsvetmet” in the city of Krasnoyarsk:

1 - солевой раствор плотностью 1,28 кг/м3, pH составляет 8,2, имеющий удельную теплоемкость не менее 3 кДж/кг·°C, не кристаллизуется при охлаждении (не замерзает) до минус 30°C, с химическим составом: S O 4

Figure 00000003
- 360 мг/л, Cl- - 147000 мг/л, N O 3
Figure 00000004
- 111000 мг/л, Ca+ - 31600 мг/л, Fe - 0,78 мг/л, Cu - 0,141 мг/л, Ni - 0,0078 мг/л, Zn - 1,14 мг/л, Pb - 8,6 мг/л.1 - saline solution with a density of 1.28 kg / m 3 , pH is 8.2, having a specific heat of at least 3 kJ / kg · ° C, does not crystallize upon cooling (does not freeze) to minus 30 ° C, with the chemical composition: S O four -
Figure 00000003
- 360 mg / l, Cl - - 147000 mg / l, N O 3 -
Figure 00000004
- 111000 mg / L, Ca + - 31600 mg / L, Fe - 0.78 mg / L, Cu - 0.141 mg / L, Ni - 0.0078 mg / L, Zn - 1.14 mg / L, Pb - 8.6 mg / l.

Таблица 3.Table 3. Теплофизические свойства бетонов с инкапсулированным солевым раствором на основе стоков аффинажного производства плотностью 1,28 кг/м3 Thermophysical properties of concrete with encapsulated saline based on refining effluents with a density of 1.28 kg / m 3 № п/пNo. p / p Объемная доля заполнителяVolume fraction of aggregate Плотность бетона, кг/м3 The density of concrete, kg / m 3 Теплоемкость системыSystem heat capacity Удельная теплоемкость, Дж/кг·°C×10-3 Specific heat, J / kg · ° C × 10 -3 Объемная теплоемкость, Дж/м3·°C×10-6 Volumetric heat capacity, J / m 3 · ° C × 10 -6 1one 0,90.9 13921392 26282628 36583658 22 0,80.8 15041504 23112311 34753475 33 0,70.7 16161616 20382038 32933293 4four 0,60.6 17281728 18001800 31103110 55 0,50.5 18401840 15911591 29282928 66 0,40.4 19521952 14071407 27462746 77 0,30.3 20642064 12421242 25632563 88 0,20.2 21762176 10941094 23812381 99 0,10.1 22882288 961961 21982198

Согласно приведенному выражению (2) и таблице 3, отражающей зависимость теплофизических свойств бетона от объемного содержания заполнителя, следует, что наличие капсулированного высокотеплоемкого заполнителя из представленных солевых растворов в объеме от 10 до 90% в 1 м3 бетона с матрицей из тяжелого бетона позволяет повысить теплоемкость системы в 4,35 раза.According to the above expression (2) and table 3, which reflects the dependence of the thermophysical properties of concrete on the volumetric content of the aggregate, it follows that the presence of encapsulated highly heat-resistant aggregate from the presented salt solutions in a volume of 10 to 90% in 1 m 3 of concrete with a matrix of heavy concrete can increase the heat capacity of the system is 4.35 times.

2 - солевой раствор плотностью 1,38 кг/м3, pH составляет 5,2, имеющий удельную теплоемкость не менее 3 кДж/кг·°C, не кристаллизуется при охлаждении (не замерзает) до минус 60°C, с химическим составом: N H 4 +

Figure 00000005
- 3000 мг/л, S O 4
Figure 00000006
- 45 мг/л, Cl- - 210000 мг/л, N O 3
Figure 00000007
- 260000 мг/л, Ca+ - 126000 мг/л, Fe - 0,88 мг/л, Cu - 3,5 мг/л, Ni - 0,52 мг/л, Zn - 5,8 мг/л, Pb - 0,63 мг/л.2 - saline solution with a density of 1.38 kg / m 3 , pH is 5.2, having a specific heat of at least 3 kJ / kg · ° C, does not crystallize upon cooling (does not freeze) to minus 60 ° C, with the chemical composition: N H four +
Figure 00000005
- 3000 mg / l S O four -
Figure 00000006
- 45 mg / l, Cl - - 210,000 mg / l, N O 3 -
Figure 00000007
- 260,000 mg / L, Ca + - 126,000 mg / L, Fe - 0.88 mg / L, Cu - 3.5 mg / L, Ni - 0.52 mg / L, Zn - 5.8 mg / L, Pb - 0.63 mg / L.

Таблица 4.Table 4. Теплофизические свойства бетонов с инкапсулированным солевым раствором на основе стоков аффинажного производства плотностью 1,38 кг/м3 Thermophysical properties of concrete with encapsulated saline based on refining effluents with a density of 1.38 kg / m 3 № п/пNo. p / p Объемная доля заполнителяVolume fraction of aggregate Плотность бетона, кг/м3 The density of concrete, kg / m 3 Теплоемкость системыSystem heat capacity Удельная теплоемкость, Дж/кг·°C×10-3 Specific heat, J / kg · ° C × 10 -3 Объемная теплоемкость, Дж/м3·°C×10-6 Volumetric heat capacity, J / m 3 · ° C × 10 -6 1one 0,90.9 14821482 26502650 39283928 22 0,80.8 15841584 23452345 37153715 33 0,70.7 16861686 20782078 35033503 4four 0,60.6 17881788 18401840 32903290 55 0,50.5 18901890 16291629 30783078 66 0,40.4 19921992 14391439 28662866 77 0,30.3 20942094 12671267 26532653 88 0,20.2 21962196 11111111 24412441 99 0,10.1 22982298 970970 22282228

Согласно приведенному выражению (2) и таблице 4, отражающей зависимость теплофизических свойств бетона от объемного содержания заполнителя, следует, что наличие капсулированного высокотеплоемкого заполнителя из представленных солевых растворов в объеме от 10 до 90% в 1 м3 бетона с матрицей из тяжелого бетона позволяет повысить теплоемкость системы в 4,67 раза.According to the above expression (2) and table 4, which reflects the dependence of the thermophysical properties of concrete on the volumetric content of the aggregate, it follows that the presence of encapsulated highly heat-resistant aggregate from the presented salt solutions in a volume of 10 to 90% in 1 m 3 of concrete with a matrix of heavy concrete can increase the heat capacity of the system is 4.67 times.

Результаты исследования теплоаккумулирующей способности цементных бетонов (растворов) представлены на рисунке в виде графических зависимостей (1-5), отражающих накопление тепловой энергии при нагреве водой и бетонами различных составов, включая бетоны с объемным содержанием теплоемкого заполнителя с водой, составляющим 80%. Приведенные графики относятся к воде (удельная теплоемкость 4,2 кДж/кг°C) (1), теплоемкому тяжелому бетону (удельная теплоемкость 2,93 кДж/кг°C) (2), теплоемкому легкому бетону (удельная теплоемкость 3,74 кДж/кг°C) (3), обычному тяжелому бетону (удельная теплоемкость 0,84 кДж/кг°C) (4) и обычному легкому бетону (удельная теплоемкость 0,84 кДж/кг°C) (5). На графиках (1-5) видно, что удельное количество тепла, накопленное при нагреве разработанными составами, меньше, чем у воды, однако, значительно больше, чем у рядовых составов тяжелых и легких бетонов. Большее накопление тепловой энергии теплоемкими материалами по сравнению с обычными позволит нивелировать экстремальные значения изменения температур (на поверхности и во всем объеме) бетонов, аккумулировать тепловую энергию и, тем самым, экономить электрическую и тепловую энергию при эксплуатации строительных объектов.The results of the study of the heat storage capacity of cement concretes (mortars) are presented in the figure in the form of graphical dependencies (1-5), reflecting the accumulation of thermal energy when heated by water and concrete of various compositions, including concrete with a volumetric content of heat-sensitive aggregate with water of 80%. The graphs given refer to water (specific heat 4.2 kJ / kg ° C) (1), heat-intensive heavy concrete (specific heat 2.93 kJ / kg ° C) (2), heat-sensitive light concrete (specific heat 3.74 kJ / kg ° C) (3), ordinary heavy concrete (specific heat 0.84 kJ / kg ° C) (4) and ordinary light concrete (specific heat 0.84 kJ / kg ° C) (5). On the graphs (1-5) it is seen that the specific amount of heat accumulated during heating by the developed compositions is less than that of water, however, it is much more than that of ordinary compositions of heavy and light concrete. A greater accumulation of thermal energy by heat-intensive materials compared to conventional materials will allow us to level the extreme values of temperature changes (on the surface and in the whole volume) of concrete, accumulate thermal energy and, thus, save electrical and thermal energy during the operation of construction sites.

Для реализации способа предпочтительно использовать капсулированный заполнитель сферической формы с размерами от 0,3 мм до 5 мм, который можно получить на известных установках, например по патенту РФ №2420350. При этом размер заполнителя выбирается в соответствии с требуемыми теплофизическими свойствами бетонов или растворов и зависит от его объемного содержания в смесях.To implement the method, it is preferable to use a spherical encapsulated aggregate with sizes from 0.3 mm to 5 mm, which can be obtained in known installations, for example, according to RF patent No. 2420350. The size of the aggregate is selected in accordance with the required thermophysical properties of concrete or mortar and depends on its volumetric content in the mixtures.

Предлагаемый способ повышения теплоемкости и теплоаккумулирующей способности является универсальным и может быть использован для бетонов и растворов различных составов.The proposed method for increasing the heat capacity and heat storage capacity is universal and can be used for concrete and mortar of various compositions.

Claims (1)

Способ повышения теплоемкости и теплоаккумулирующей способности бетонов и строительных растворов путем дополнительного введения к основным компонентам на стадии приготовления бетонной или растворной смеси теплоаккумулирующего капсулированного заполнителя, в частности теплоемкого заполнителя в форме капсул, содержащих теплоаккумулирующее вещество в прочной химически стойкой оболочке с возможностью температурного изменения его объема, отличающийся тем, что в нем используют капсулированный заполнитель со стоками аффинажного производства, имеющими большую удельную теплоемкость, чем у обычного бетона, причем капсулированный заполнитель вводят в количестве от 10% до 90% объема. A method of increasing the heat capacity and heat storage capacity of concrete and mortar by adding to the main components at the stage of preparation of a concrete or mortar mixture a heat-storage encapsulated aggregate, in particular a heat-sensitive aggregate in the form of capsules containing a heat-accumulating substance in a durable chemically resistant shell with the possibility of temperature variation of its volume, characterized in that it uses an encapsulated aggregate with effluent refining drains plants having a greater specific heat capacity than conventional concrete, and encapsulated aggregate is introduced in an amount of from 10% to 90% of the volume.
RU2013152001/03A 2013-11-21 2013-11-21 Method of increasing heat capacity and heat-retaining capacity of concrete and mortar RU2562633C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013152001/03A RU2562633C2 (en) 2013-11-21 2013-11-21 Method of increasing heat capacity and heat-retaining capacity of concrete and mortar

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013152001/03A RU2562633C2 (en) 2013-11-21 2013-11-21 Method of increasing heat capacity and heat-retaining capacity of concrete and mortar

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013152001A RU2013152001A (en) 2015-05-27
RU2562633C2 true RU2562633C2 (en) 2015-09-10

Family

ID=53284936

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013152001/03A RU2562633C2 (en) 2013-11-21 2013-11-21 Method of increasing heat capacity and heat-retaining capacity of concrete and mortar

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2562633C2 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4096944A (en) * 1977-06-24 1978-06-27 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Interior Cartridge for grouting an anchor element in a hole of a support structure
RU84864U1 (en) * 2009-03-26 2009-07-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ивановский государственный архитектурно-строительный университет" WALL OF THE HYDROTECHNICAL STRUCTURE
RU2378207C2 (en) * 2007-06-25 2010-01-10 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" Complex additive for preparation of concrete (versions)
RU2391319C2 (en) * 2005-08-13 2010-06-10 Х+Х Интернэшнл А/С Method of increasing heat storage capacity of construction elements made from calcium silicate, as well as construction element made from calcium silicate
RU2420350C2 (en) * 2009-02-09 2011-06-10 Общество С Ограниченной Ответственностью "Делси" Microcapsules with water or water solution (versions) and method of their production (versions)
RU2467118C2 (en) * 2010-08-04 2012-11-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ивановский государственный архитектурно-строительный университет" Wall of hydraulic structure

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4096944A (en) * 1977-06-24 1978-06-27 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Interior Cartridge for grouting an anchor element in a hole of a support structure
RU2391319C2 (en) * 2005-08-13 2010-06-10 Х+Х Интернэшнл А/С Method of increasing heat storage capacity of construction elements made from calcium silicate, as well as construction element made from calcium silicate
RU2378207C2 (en) * 2007-06-25 2010-01-10 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" Complex additive for preparation of concrete (versions)
RU2420350C2 (en) * 2009-02-09 2011-06-10 Общество С Ограниченной Ответственностью "Делси" Microcapsules with water or water solution (versions) and method of their production (versions)
RU84864U1 (en) * 2009-03-26 2009-07-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ивановский государственный архитектурно-строительный университет" WALL OF THE HYDROTECHNICAL STRUCTURE
RU2467118C2 (en) * 2010-08-04 2012-11-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ивановский государственный архитектурно-строительный университет" Wall of hydraulic structure

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Факторы, влияющие на замерзание морской воды, 25.02.2012, [найдено 17-12-2014]. Найдено в Интернете: URL:http://www.watermap.ru/articles/faktory-vlijajuwie-na-zamerzanie-morskoj-vody. Температура замерзания воды, 25.02.2012, [найдено 17-12-2014]. Найдено в Интернете:URL: http://www.watermap.ru/articles/temperatura-zamerzanija-vody. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013152001A (en) 2015-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Cao et al. Microencapsulated phase change materials for enhancing the thermal performance of Portland cement concrete and geopolymer concrete for passive building applications
Hekimoğlu et al. Silica fume/capric acid-stearic acid PCM included-cementitious composite for thermal controlling of buildings: Thermal energy storage and mechanical properties
Yu et al. A clean strategy of concrete curing in cold climate: Solar thermal energy storage based on phase change material
Rao et al. PCM-mortar based construction materials for energy efficient buildings: A review on research trends
Frigione et al. Phase change materials for energy efficiency in buildings and their use in mortars
Wang et al. Preparation and properties of fatty acids based thermal energy storage aggregate concrete
He et al. A novel polynary fatty acid/sludge ceramsite composite phase change materials and its applications in building energy conservation
Zhang et al. A novel phase-change cement composite for thermal energy storage: Fabrication, thermal and mechanical properties
Cui et al. Development of structural-functional integrated energy storage concrete with innovative macro-encapsulated PCM by hollow steel ball
Fang et al. Study on preparation of montmorillonite-based composite phase change materials and their applications in thermal storage building materials
Yousefi et al. Development of novel form-stable phase change material (PCM) composite using recycled expanded glass for thermal energy storage in cementitious composite
Xu et al. Paraffin/diatomite composite phase change material incorporated cement-based composite for thermal energy storage
Kastiukas et al. Development and optimisation of phase change material-impregnated lightweight aggregates for geopolymer composites made from aluminosilicate rich mud and milled glass powder
Li et al. Development of thermal energy storage composites and prevention of PCM leakage
John et al. Concrete as a thermal energy storage medium for thermocline solar energy storage systems
Afolabi et al. Red-mud geopolymer composite encapsulated phase change material for thermal comfort in built-sector
Mohseni et al. Thermal performance and corrosion resistance of structural-functional concrete made with inorganic PCM
Sarı et al. Capric-stearic acid mixture impregnated carbonized waste sugar beet pulp as leak-resistive composite phase change material with effective thermal conductivity and thermal energy storage performance
Miliozzi et al. Experimental investigation of a cementitious heat storage medium incorporating a solar salt/diatomite composite phase change material
Sukontasukkul et al. Use of phase change material to improve thermal properties of lightweight geopolymer panel
Gencel et al. A novel energy-effective and carbon-emission reducing mortars with bottom ash and phase change material: Physico-mechanical and thermal energy storage characteristics
Gencel et al. Properties of eco-friendly foam concrete containing PCM impregnated rice husk ash for thermal management of buildings
Ismail et al. Microencapsulated phase change materials for enhanced thermal energy storage performance in construction materials: A critical review
Fang et al. Development of artificial geopolymer aggregates with thermal energy storage capacity
Rashid et al. A review of recent improvements, developments, effects, and challenges on using phase-change materials in concrete for thermal energy storage and release

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20161122

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20171102

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20181122