一种相变材料及其制备方法和应用

本发明涉及混凝土，具体涉及一种相变材料及其制备方法和其在自密实相变储能混凝土中的应用。

背景技术：

1、混凝土作为基本工程材料，以制备一种特种混凝土达到节能的目的，其研发方向主要为：掺入其他材料赋予混凝土储存热能的特殊性质，制得相变储能混凝土。为了扩充混凝土的应用条件，使功能混凝土由单一功能向多重功能混凝土发展，在相变储能混凝土基础上研发了自密实相变储能混凝土，自密实相变储能混凝土是具有储热、调节室温、控制水化热、自密实等诸多特性的多重功能混凝土，由此提高墙体的保温性，如现有技术cn2022104444044所制备的保温隔热用相变储能混凝土墙体。

2、现有技术cn1080173538a公开了一种相变自保温的陶粒泡沫混凝土。该发明先以多孔陶粒为载体，通过真空吸附法负载石蜡和棕榈酸制备改性陶粒，其中陶粒为80-100目的颗粒，再以改性陶粒和水泥为主要原料，玻璃纤维作为增塑剂，经原料预混，机械发泡，制得相变自保温的陶粒泡沫混凝土。虽然制得的陶粒泡沫混凝土起到了保温作用，但并没有有效的减缓室内的温度波动，混凝土的导热系数明显减小，相变循环过程无法快速进行。该专利以多孔陶粒为载体，通过真空吸附法封装相变材料，达到初步封装的效果，但相变石蜡吸附率和泄露率仍有待提高。

3、现有技术cn 116854432 a公开一种高强度防冻大孔再生混凝土及其制备方法与应用。所述大孔混凝土的原料包括如下组分：水泥30-50重量份、粉煤灰2-4.5重量份、再生混凝土粗骨料130-165重量份、防冻剂10-16重量份、玻璃微粒21-25重量份、炭黑或铁黑13-18重量份、塑料纤维丝2-3 .5重量份、拌和水11-17重量份。其中：所述防冻剂是由固态的相变储能材料内核及包覆在其外表的沥青层形成的颗粒，且该沥青层中掺杂有金属导热剂、橡胶粉和水泥粉，所述相变储能材料为石蜡和/或硫代硫酸钠。该发明的上述高强度防冻大孔再生混凝土有效提升了以再生混凝土骨料制备的大孔混凝土的强度和抗冻能力，提高了这类固废大孔混凝土的服役寿命。但该发明中加入的是实心玻璃微珠，为了增加大混凝土的表层透光率，玻璃微珠的加入不能提高相变性能。且该发明的相变储能材料作为内核用沥青将其包裹，包裹过程复杂且过程有毒性气体排出，危险较大。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种储热性能较好的相变材料及其制备方法和其在自密实相变储能混凝土中的应用。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

3、一种相变材料，按重量份计，其原料包括：相变石蜡155-165份和空心玻璃微珠45-50份。

4、在其中的一个优选的实施例中，所述空心玻璃微珠的化学组成按重量份计包括：sio2 50-90份，al2o3 10-50份，k2o 5-10份，cao 1-10份和b2o3 0-12份。

5、在其中的一个优选的实施例中，所述相变石蜡的相变温度为28℃。

6、在其中的一个优选的实施例中，所述相变石蜡的导热系数为0.1-0.3w/m· k，相变潜热为200-240j/g，密度（固/液）为0.77-0.88/cm3，比热容为1.5-2.5kj/kg· k。

7、在其中的一个优选的实施例中，所述空心玻璃微珠的真密度为0.2-0.4g/cm3，堆积密度为0.12-0.24g/cm3，导热系数为0.02-0.06w/m·k，含水率低于0.3％。

8、在其中的一个优选的实施例中，所述空心玻璃微珠的粒径为0.12-2.28mm。

9、以相变石蜡吸附率来判断太小空心玻璃微珠的内部空间，空心玻璃微珠的粒径太小无法吸附足够多相变石蜡，粒径过大会导致吸附的相变石蜡溢出，且导致混凝土不均匀，性能变差。

10、在其中的一个优选的实施例中，所述空心玻璃微珠的抗压强度为3-120mpa。

11、空心玻璃微珠的抗压强度越大，制备成的相变骨料替换相变材料导致的混凝土的强度损失更小，但是考虑到相变材料的吸附率，所以抗压强度为30-120mpa的情况下效果较好。

12、空心玻璃微珠的密度、粒径及抗压强度之间存在着一定的关联关系。微珠的壁厚对参数有一定影响。总体来说，粒径越大，球体的体积变大，微珠的密度越小，抗压强度越低；反之，粒径越小，则微珠的密度越大，抗压强度越高。所以，通常情况下，低密度产品的粒径更大，强度更低；高密度产品的粒径更小，强度更高。粒度分布也对抗压强度有一定影响，通常情况，粒度分布窄的产品，具有更高的抗压强度，也使复合材料具有更好的性能。

13、在其中的一个优选的实施例中，所述相变材料的相变温度为23-27℃。

14、本发明还要求保护所述相变材料的制备方法，包括如下步骤：将空心玻璃微珠烘干后，置于密闭环境中进行抽真空，后加入石蜡溶液至完全浸没空心玻璃微珠，置于密闭环境中静置20-40min后，进行多次加压-超声处理；所述加压-超声处理为：对静置后的材料加压5-15min后取出材料进行超声震荡5-15min。

15、在其中的一个优选的实施例中，所述石蜡溶液为相变石蜡与分散剂的质量比为1:0.02-0.05的混合溶液。

16、在其中的一个优选的实施例中，所述分散剂为聚乙烯醇。

17、聚乙烯醇一方面可以作为分散剂，一方面具有消泡作用。

18、在其中的一个优选的实施例中，所述聚乙烯醇的分子量为2000-15000。

19、在其中的一个优选的实施例中，所述石蜡溶液的温度为40-50℃。

20、在其中的一个优选的实施例中，所述加压的压力为0.2-0.5mpa。

21、加压的压力过小，相变石蜡难以完全进入内部空间，相变石蜡的吸附率过低；压力过大，会造成部分玻璃微珠破碎。

22、在其中的一个优选的实施例中，所述超声震荡的频率为20-70 khz。

23、在其中的一个优选的实施例中，多次加压-超声处理即对静置后的材料进行2-3次加压-超声处理。

24、在其中的一个优选的实施例中，在烘干前对所述空心玻璃微珠进行筛选，所述筛选包括以下步骤：

25、将空心玻璃微珠置于水中浸泡20-28h，期间每隔2h搅拌；后取中上层漂浮的玻璃微珠烘干，再将烘干的玻璃微珠置于密闭环境中抽真空后，加入水，继续置于密闭环境中抽真空5-10min后，继续加水搅拌后静置10-12h，再取出下层空心玻璃微珠，烘干，即得到作为载体的空心玻璃微珠。

26、空心玻璃微珠筛选是通过密度选出未破碎完整的玻璃微珠，第一步在水中浸泡，完整玻璃微珠内部有空气密度小于水会处于水的上层，而破碎的玻璃微珠会比水密度大，处于下层；第二步真空后加水，上层的玻璃微珠无孔隙，水没有进入内部，内部为空气，密度小于水；有孔隙的玻璃微珠内部进入水，其密度大于上层玻璃微珠。因此，通过此方法排出破碎或者玻璃微珠上没有孔隙的玻璃微珠。

27、基于同一发明构思，本发明还要求保护所述相变材料在制备自密实相变储能混凝土中的应用。

28、基于同一发明构思，本发明还要求保护一种混凝土，所述混凝土包括上述相变材料。

29、在其中的一个优选的实施例中，所述混凝土按重量份计包括：水200-280份，水泥500-600份，粗骨料1000-1200份，细骨料500-600份，上述相变材料6-107份，铜粉20-25分，减水剂5-15份，消泡剂8-12份。

30、在其中的一个优选的实施例中，所述粗骨料为粒径为6-9mm的河砂。

31、在其中的一个优选的实施例中，所述细骨料为石英砂。

32、在其中的一个优选的实施例中，所述细骨料的粒径不大于0.075mm。

33、在其中的一个优选的实施例中，所述减水剂为聚羧酸高效减水剂。

34、在其中的一个优选的实施例中，消泡剂为聚醚类消泡剂。

35、基于同一发明构思，本发明还要求保护所述混凝土的制备方法，包括以下步骤：

36、s1、将粗骨料、石英砂、相变材料和铜粉分别浸在水中1-3h后，取出，擦干，得到预处理的原料；

37、s2、将水分成两份，一份加入分散剂和减水剂，得到溶液1；另一份加入消泡剂，得到溶液2；

38、s3、将预处理的石英砂、预处理的铜粉、预处理的相变材料和水泥混合后加入溶液1搅拌，随后加入预处理的粗骨料，并缓慢加入溶液2，再次搅拌5-10min；得到所述混凝土。

39、消泡剂需要先分散在水中，制备成溶液2，再加入体系，否则分散不均匀。

40、所述混凝土的使用方法为：将搅拌均匀的所述混凝土灌注入模具中，然后将带模具转移到具有适当湿度以及适当温度的固化箱中进行养护。在混凝土浆体凝固成型后进行脱模修模，脱模后再将试样放入养护箱中养护，养护完成后得到相变储能的玻璃微珠自密实混凝土试块。

41、基于同一发明构思，本发明还要求保护一种混凝土墙体，包括所述混凝土。

42、一种混凝土墙体，包括依次堆叠的外侧相变墙板层、泡沫混凝土保温层、内侧相变墙板层和抹灰砂浆层，所述外侧相变墙板层和内侧相变墙板层均由所述混凝土制得。

43、本发明提供了一种储热性能，导热性能和力学性能均显著提高，且综合性能优异的多功能混凝土。该混凝土以改性后的玻璃微珠作为相变材料，提供储热性能，申请人通过深入研究、实验，开发出综合性能最好的相变骨料，取代石英砂作为相变材料。空心玻璃微珠具有密度小、导热系数低、介电常数小、抗压强度高、熔点高、吸水率低、流动性好、耐腐蚀性好等物理特点，采用空心玻璃微珠作为基材制备的相变复合材料等体积替换相变材料不仅提高其和易性、降低其导热性能、提高其相变潜热，也有助于改善混凝土的力学性能，虽然由于材质的抗压强度低会轻微降低混凝土的抗压强度，但仍符合混凝土设计规范。本发明采用铜粉作为外添加剂来提高混凝土的导热性能、力学性能，在制备时对铜粉，粗相变材料进行预湿法处理。再添入减水剂、消泡剂，以此来提高混凝土的工作性能。

44、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

45、（1）本发明分筛反复处理得到的玻璃微珠，具有轻质高强的物理性质，其抗压强度为3-120mpa，孔隙率可以达到90%，其抗压强度随粒径的减小而增大。0.12-2.28mm的玻璃微珠抗压强度可达到120mpa。经反复筛选所得到的玻璃微珠孔隙率高，可以吸附更多的相变石蜡，其孔隙率可达到90%以上。相对比多孔陶粒，其抗压强度最高仅可达到30mpa，且孔隙率最高仅可达到70%，玻璃微珠具有更优越的综合性能。

46、（2）本发明以玻璃微珠为载体，负载相变石蜡，在负压浸泡后，再采用加压吸附和超声震荡技术相互结合的方法。负压处理后，玻璃微珠内部气体排出，使相变石蜡更好的吸附玻璃微珠内壁，并不会产生气泡，之后采用加压的方式迫使相变石蜡更快更多的进入玻璃微珠内部，再通过超声震荡技术震出残留气泡，可以加大相变石蜡的吸附率。相较于直接浸泡法，其相变石蜡吸附率提高了50%-60%，相较于单一的真空吸附法提高了12%-16%，改进后的技术较原有技术，相变石蜡吸附率有显著提高。

47、（3）本发明以相变骨料等体积替换相变材料充当原料，一方面其负载的相变石蜡在高温时可以吸收外界温度，在低温时可以向环境释放热量，具有减少室内温度波动、提高室内环境的舒适度、提高能源利用率等优点。另一方面，相变骨料，其独特的球形外观可以起到类似于粉煤灰的滚珠轴承效应，可以减小骨料间的摩擦，提高混凝土的流动性和强度。

48、（4）本发明以铜粉作为掺合料，首先可以提高混凝土的整体导热系数，使相变石蜡可以与周围环境快速产生热交换。其次，掺入适量的铜粉，可以使混凝土更加密实，提高混凝土的强度和工作性能。

49、（5）本发明调整混凝土的配方，提高砂率，达到34％，并加入减水剂、消泡剂作为外加剂。制得相变储能的自密实混凝土，其具备施工简单，灌注简易的特点。