一種短終凝期的導熱和儲熱混凝土材料及其制備方法和應用技術

本發明專利技術公開了一種短終凝期的導熱和儲熱混凝土材料及其制備方法和應用，屬于建筑材料技術領域。本發明專利技術的一種短終凝期的導熱和儲熱混凝土材料，各組分重量份數為：水泥18份～20份，淀粉1份～2份，砂40～50份，相變聚苯乙烯微膠囊6～8份，石墨5份～10份，天然卵石子15～25份；其中：水泥、相變聚苯乙烯微膠囊和淀粉用水混合均勻后，用真空冷凍干燥工藝進行干燥后使用。本發明專利技術充分利用初凝期的可塑性，將水泥活性部分激發后，然后進行真空冷凍干燥工藝，冰晶升華干燥后，形成灰白色蜂窩狀薄脆塊的結構，該結構為粉碎至任意粒度打下良好的基礎。而且，能夠應用于各種建筑使用。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于建筑材料
，具體地說，涉及一種短終凝期的導熱和儲熱混凝土材料及其制備方法和應用。
技術介紹
國家標準規定：硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥、復合硅酸鹽水泥等六類硅酸鹽水泥初凝時間不得早于45min，一般為1～3h；終凝時間除硅酸鹽水泥不遲于6.5h外，其余水泥終凝時間不得遲于10h，一般為5～8h凡初凝時間不符合規定者為廢品，終凝時間不符合規定者為不合格品。混凝土在確保達到終凝的情況下，一般情況下，凝固時間越短越好，可以縮短施工時間。水泥達到終凝后，水泥的各項強度就成型了，也不會增長了，因此，在保證混凝土硬度的前提下，縮短終凝期是技術人員重點考慮的研究方向。還有就是，大樓主框架施工完畢后，建筑工人需要向大樓噴水，這是因為當天氣干熱時，水蒸發很快，當水泥還未完全凝固前，水就蒸發沒了，水泥與水和空氣發生化學反應就停止，水泥無法完全凝固，其硬度就達不到設計要求。所以當其缺水時，要及時補水，確保水泥完全凝固。儲熱混凝土是在普通混凝土中添加一定含量的相變蓄熱組分材料制成的一種新型水泥基復合材料。普通混凝土比熱容都比較小，在混凝土中添加一定含量的無機鹽晶體和碳纖維等儲熱組分，可改善其蓄熱性能，但碳纖維價格較高，在混凝土中使用將使儲熱混凝土的成本較高。利用某些物質在相轉變過程中的吸熱和放熱現象，可以進行熱能貯存和溫度調節控制。具有熱能貯存和調節控制功能的這些物質稱為相轉變材料(PCM，phasechangematerials)，也稱相變材料。根據材料組成的不同，相變材料可以分為無機相變材料、有機相變材料和高分子相變材料；根據相變方式的不同，可分為固-液相變材料和固-固相變材料。不同相變材料各有其不同的特點，應用上也存在一定的局限性。中國專利申請號：201510656866.2，公開日：2015-12-15的專利文獻公開了是一種利用淀粉渣改性生土材料的方法，包括：(1)將生土、無機膠凝材料按比例稱量混合均勻；(2)將淀粉渣干燥、粉磨,按比例稱量后加水煮沸得到漿液；(3)按一定配比稱量外加劑，并將其與所述步驟(2)中制得的淀粉渣漿液混合均勻；(4)將所述步驟(3)制得的混合液加入所述步驟(1)的混合料中，強力攪拌均勻，將濕混后混合料送入真空練泥機中練泥后，擠出成型，其中水的質量為固體總質量的22～30％；(5)將所述步驟(4)中擠出成型的生土材料，自然干燥養護28天。該專利技術制備工藝簡單，屬于低成本的新型環保建筑材料，其使用的原料來源廣泛，大大減少了原材料與運輸的成本。該專利技術雖然使用到了淀粉渣，但只是出于降低成本的需要。中國專利公開號：102173664A，公開日：2011-9-7的專利文獻公開了一種石墨-石蠟復合相變儲能混凝土。該專利技術為一種石墨-石蠟復合相變儲能混凝土，它以水泥，水，砂，碎石，減水劑為基體，還含有石蠟相變材料和增強導熱作用的石墨以及增加機械強度的纖維增強材料。制備時首先將石蠟與石墨混合加熱石蠟全部融化，并不斷攪動使石蠟與石墨混合均勻成粘稠狀；將砂、碎石投入攪拌機后，投入纖維、水泥進行干拌，隨后加入水和減水劑快速攪拌均勻；然后將上述融化后的石墨-石蠟粘稠狀混合物投入上述混凝土拌合物中混合均勻即可。該專利技術由于在石蠟中添加了石墨作為導熱添加劑，提高了相變儲能混凝土的導熱系數，從而提高了儲能材料熱量儲存和釋放效率。但由于混凝土中的石蠟是一種有機物的混合物，與混凝土中的其它物質不能很好的融合，因此，該專利技術的石墨-石蠟復合相變儲能混凝土在使用一段時間后，石蠟會慢慢滲出而造成該混凝土的熱量的儲存和釋放效率逐漸降低。
技術實現思路
要解決的技術問題針對現有技術中混凝土終凝期長、影響施工周期以及儲熱混凝土熱量的儲存和釋放效率逐漸降低的問題，本專利技術提供了一種短終凝期的導熱和儲熱混凝土材料及其制備方法和應用。它可以實現縮短混凝土終凝期，并可以讓其在短時間內完全凝固而不影響硬化質量，應用于外墻時，還有保溫的效果，而且還具備導熱和儲熱功能。技術方案本專利技術的技術原理是，水泥和水以后，發生一系列物理與化學變化，隨著水泥水化反應的進行，水泥漿體逐漸失去流動性、可塑性，進而凝固稱具有一定強度的硬化體，這一過程成為水泥的凝結，前期為初凝期，后期為終凝期，而整個凝固的過程，往往伴隨著的是放熱的過程，專利技術人充分利用初凝期的可塑性，將其與淀粉混合并和水攪拌后，將水泥活性部分激發后，會產生熱量，部分淀粉會有糊化成膠狀膨脹的效果，迅速進行真空冷凍干燥，在升華吸熱的前提下，料溫迅速降低，保持其活性和產生大量冰晶充實在凍體狀態的初凝體中，這些冰晶甚至能夠對水泥和淀粉的粉體顆粒表面進行破壞，甚至能夠刺破顆粒表面，然后進行真空冷凍干燥工藝，而真空冷凍干燥的作用是保持該活性，冰晶升華干燥后，在原位產生大量的細小空隙，形成灰白色蜂窩狀薄脆塊的結構，該結構由于水分含量小且膨松，為粉碎至任意粒度的微粉料打下良好的基礎。本專利技術選擇相變聚苯乙烯微膠囊作為儲熱主要成分的技術原理為：微膠囊技術是一種用成膜材料把固體或液體包覆形成微小粒子的技術，得到的微小粒子稱微膠囊，一般粒子大小在1～300μm范圍內。包在微膠囊內部的物質稱為囊心(也稱為芯材、內核)，囊心物質為PCM的稱為微膠囊相變材料(MPCM)。微膠囊相變材料是將微膠囊技術引入相變材料，增大了傳熱面積，防止了相變物質與周圍環境的反應，控制了相轉變時PCM的體積變化，提高了相變材料的使用效率。目前可作為微膠囊內核物質的固-液相變材料有結晶水合鹽、共晶水合鹽、直鏈烷烴、石蠟類、脂肪酸類和聚乙二醇等。微膠囊外部為成膜材料形成的包覆膜，稱為壁材(也稱為外膜、囊壁)，壁材通常為合成高分子材料，可選用的壁材有聚乙烯、聚苯乙烯、聚脲、聚酰胺、環氧樹脂、脲醛樹脂、三聚氰胺-甲醛樹脂等。此外，有些微膠囊相變材料中還含有成核劑等其它助劑，用來改善相變材料的性能。利用上述原理，專利技術人經過多次的試驗制得適用于混凝土的相變聚苯乙烯微膠囊，這種相變聚苯乙烯微膠囊是一種具有化學性質穩定、相變潛熱大、無過冷及相分離現象的相變儲熱材料，將這種相變聚苯乙烯微膠囊摻入導熱混凝土中具體良好的維持溫度恒定和儲存余熱的功能。將相變聚苯乙烯微膠囊和淀粉、水泥和水一起混合后進行凍干，相變聚苯乙烯微膠囊中的水分進行徹底的升華后，膠囊產生的脫水通道被淀粉或水泥補位，在膠囊的表面形成保護層，加強了相變聚苯乙烯微膠囊的吸熱和放熱的持久性。為達到上述目的，本專利技術提供的技術方案為：一種短終凝期的導熱和儲熱混凝土材料，包括水泥、淀粉、砂、天然卵石子、相變聚苯乙烯微膠囊和石墨，各組分重量份數為：水泥18份～20份，淀粉1份～2份，砂40～50份，相變聚苯乙烯微膠囊6份～8份，石墨5份～10份，天然卵石子15～25份；其中：水泥、相變聚苯乙烯微膠囊和淀粉用水混合均勻后，用真空冷凍干燥工藝進行干燥后使用。一種短終凝期的導熱和儲熱混凝土材料的制備方法，步驟為：A、混合后攪拌：將水泥、相變聚苯乙烯微膠囊和淀粉混合均勻后，加水攪拌均勻成初凝體；B、攤薄：將初凝體迅速攤薄至模具中；C、凍干：轉入真空冷凍干燥倉內凍干后呈灰白色蜂窩狀薄脆塊；D、粉碎：將薄脆塊進行粉碎呈微粉料；E、真空包裝；F、應用：具體應用過程中，拆包本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種短終凝期的導熱和儲熱混凝土材料，包括水泥、淀粉、砂、天然卵石子、相變聚苯乙烯微膠囊和石墨，其特征在于：各組分重量份數為：水泥18份～20份，淀粉1份～2份，砂40～50份，相變聚苯乙烯微膠囊6份～8份，石墨5份～10份，天然卵石子15～25份；其中：水泥、相變聚苯乙烯微膠囊和淀粉用水混合均勻后，用真空冷凍干燥工藝進行干燥后使用。

【技術特征摘要】
1.一種短終凝期的導熱和儲熱混凝土材料，包括水泥、淀粉、砂、天然卵石子、相變聚苯乙烯微膠囊和石墨，其特征在于：各組分重量份數為：水泥18份～20份，淀粉1份～2份，砂40～50份，相變聚苯乙烯微膠囊6份～8份，石墨5份～10份，天然卵石子15～25份；其中：水泥、相變聚苯乙烯微膠囊和淀粉用水混合均勻后，用真空冷凍干燥工藝進行干燥后使用。2.一種根據權利要求1所述的短終凝期的導熱和儲熱混凝土材料的制備方法，其特征在于：步驟為：A、混合后攪拌：將水泥、相變聚苯乙烯微膠囊和淀粉混合均勻后，加水攪拌均勻成初凝體；B、攤薄：將初凝體迅速攤薄至模具中；C、凍干：轉入真空冷凍干燥倉內凍干后呈灰白色蜂窩狀薄脆塊；D、粉碎：將薄脆塊進行粉碎呈微粉料；E、真空包裝；F、應用：具體應用過程中，拆包裝后混合砂、天然卵石子、石墨、水使用。3.根據權利要求2所述的一種短終凝期的導熱和儲熱混凝土材料的制備方法，其特征在于：所述步驟B模具的厚度為2～5cm；所述的相變聚苯乙烯微膠囊是以聚苯乙烯為聚合物殼材、石蠟為相變材料，通過以下步驟制作而成：1)制備油相和水相：將相變材料與聚合物殼材融化后混合均勻作為油相，其中：相變材料的占油相的質量百分比在25～60％，所述的聚合物殼材占油相的質量百分比在40～75％；所述的相變材料采用石蠟，所述的聚合物殼材采用聚苯乙烯；將乳化劑分散在水中作為水相，其中乳化劑的占水相的質量百分比為2～5％；2)用勻漿機剪切：將步驟1)制得的油相和水相轉入勻漿機剪切，使油相均勻分散在水相中形成O/W乳液，剪切速度為3000～6000Rmp；3)將步驟2)制得的O/W乳液轉移到水熱反應釜中，在120～200℃溫度下反應12～24小時后，自然冷卻，即得到相變聚苯乙烯微膠囊。4.根據權利要求2所述的一種短終凝期的導熱和儲熱混凝土材料的制備方法，其特征在于：所述真空冷凍干燥倉內的真空冷凍干燥的曲線為：a、升華速凍期：干燥倉抽真空至180Pa以內，保持2～2.5h；b、升溫期：15～20分鐘內板溫升溫至100～...

【專利技術屬性】
技術研發人員：紀秀風，候衍榮，
申請(專利權)人：馬鞍山華之智信息科技有限公司，
類型：發明
國別省市：安徽;34