CN105218056A - 一种可调节室内环境温湿度的墙体材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调节室内环境温湿度的墙体材料及其制备方法。其由以下重量百分比的成分制备得到，42-52％建筑石膏；5-15％温度调节组分；2-8％湿度调节组分；32-42％水；0.1-0.4％减水剂；0.005-0.01％颜料；0.2-1.0％纤维。所述墙体材料优化了功能墙体材料的制作工艺，减小了室内环境温度和湿度波动，提高了墙体的耐久性，抗渗、抗裂能力及防火性能，降低了建筑能耗；采用温度调节组分和湿度调节组分，保证墙体材料同时具有室内环境温度调节和湿度调节功能；保证墙体材料的均质性，制品强度高，收缩小；墙体材料热物理性能优异，墙体无需再做保温层，减少施工环节。

Description

一种可调节室内环境温湿度的墙体材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑领域，尤其涉及一种可调节室内环境温湿度的墙体材料及其制备方法。

背景技术

目前，国家对建筑节能的要求日益提高，同时人们对居住环境舒适性的要求也愈来愈高，因此迫切需要一种兼具室内温度和湿度调节功能、又能有效降低建筑能耗的新材料。相变储能技术及吸湿材料的快速发展为这一材料的研制提供了可能。目前，相变储能材料在太阳能利用、余热利用、建筑节能等领域已经得到了应用。

传统墙体材料的温度调节能力极小，目前市面上已存在几种相变储能保温砂浆，与传统砂浆相比，其热物理性能得到很大提升，然而砂浆本身用量较少，其有效相变材料含量也不高，因此导致整体热容量较低，故常需在外墙处采取一定的保温措施。也有研究者提出对空心砌块采取相变材料填芯的措施，虽然该种做法避免了墙体材料强度的损失，但是由于制作工艺复杂，其应用也受到较大限制。此外，还有研究者提出以无机多孔材料复合相变材料制作复合相变墙体材料，通过采用不同的相变材料组合，实现了较广的相变温度范围，但其相变材料有泄漏风险，相变材料可能与基体材料产生相互作用，故其耐久性和稳定性方面存在不足。

普通石膏基材料吸收液态水能力极强，但对水蒸气的吸附能力极低，传统的建筑材料水蒸气吸附能力也极差。研究表明，空气湿度过低时，人体水分丧失快，各种传染病发病率增高，同时涂料、油漆等也易发生开裂、脆化等；而湿度过高时，又容易引发风湿性关节炎等疾病。人体感觉舒适的相对湿度范围在40％～70％RH之间。当前室内湿度的调节多依赖空调及加湿器等实现，这些都会增加能耗，并且其湿度控制范围也不尽合理。因此，需要一种制作方便、具有温度调节和湿度调节功能、耐久性优异的功能墙体材料为人们提供舒适又节能环保的建筑。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制作方便、具有温度调节和湿度调节功能、耐久性优异的功能墙体材料。

为实现上述目的，本发明提供一种可调节室内环境温湿度的墙体材料，其特征在于，由以下重量百分比的成分制备得到，

进一步，所述建筑石膏为遇水2小时抗折强度≥3.5MPa、抗压强度≥10MPa，凝结时间在6-8min内的建筑石膏。

进一步，所述温度调节组分为相变温度范围在18-28摄氏度之间、相变焓大于80kJ/kg^-1的相变材料制得的复合相变材料。

进一步，所述湿度调节组分为25℃、75％RH环境下吸湿量大于自身重量10％的硅胶、高分子吸水性树脂、沸石、高岭土、海泡石中的一种或一种以上组合。

进一步，所述减水剂为聚羧酸减水剂。

进一步，所述纤维为聚丙烯纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维中的一种或一种以上组合。

进一步，所述可调节室内环境温湿度的墙体材料的制备方法为，先将建筑石膏、温度调节组分、湿度调节组分和纤维在混料机中预搅拌混合均匀制得粉料，再向搅拌锅内注入水、减水剂、颜料搅拌为均质溶液，随后将粉料倒入均质溶液中，高速搅拌至混合均匀，制得均匀的料浆，然后向模具内注浆，静置四到六分钟后脱模；墙体材料经自然晾干或快速烘干脱去游离水后，涂刷有机硅防水剂即可。

本发明还提供所述可调节室内环境温湿度的墙体材料的制备方法，其特征在于，先将建筑石膏、温度调节组分、湿度调节组分和纤维在混料机中预搅拌混合均匀制得粉料，再向搅拌锅内注入水、减水剂、颜料搅拌为均质溶液，随后将粉料倒入均质溶液中，高速搅拌几十秒后，向模具内注浆，静置数分钟后脱模；墙体材料经自然晾干或快速烘干脱去游离水后，涂刷有机硅防水剂即可。

本发明所述建筑石膏为主材，其用量为42-52重量％，用量过低时所得墙体材料强度较低，用量过高时所得墙体材料功能组分(包括温度调节和湿度调节组分)含量不足，相应的温度或湿度调节能力降低；

所述温度调节组分用于调节温度，其用量为5-15重量％，用量过低时所得墙体材料热物理性能较差，用量过高则对墙体材料强度不利；所述湿度调节组分(其用量为2-8重量％)用于调节湿度，用量过低时墙体材料吸湿量较低，湿度调节能力较低，而用量过高则会导致墙体材料强度损失；所述水(其用量为32-42重量％)用于提供建筑石膏化学反应用水及提供浆料流动性以保证墙体材料成型质量，用水量过低会影响浆料流动性，用水量过高则会导致墙体材料强度不足；所述减水剂是减水组分，其用量为0.1-0.4重量％；颜料用于调节外观颜色，其用量为0.005-0.01重量％；其中的纤维用于提高强度，其用量为0.2-1.0重量％，纤维用量过高易导致墙体材料成型操作困难。

本发明所述建筑石膏，性能要求为遇水2小时抗折强度≥3.5MPa、抗压强度≥10MPa。

本发明采用定形相变材料作为温度调节组分，如微胶囊或表面封装的无机多孔吸附相变材料，要求相变材料相变温度在18-28℃之间；微胶囊如以石蜡为芯材、聚合物为壁材的微胶囊复合相变材料；表面封装的多孔吸附相变材料如采用陶粒吸附石蜡，然后采用海藻酸钠反应包封，制成的颗粒型复合相变材料。

本发明所述湿度调节组分为硅胶(具有微孔结构的橡胶状凝胶)、高分子吸水性树脂、多孔无机材料(沸石、高岭土、海泡石)中的一种或多种组合。

待墙体材料完成干燥过程后，在其表面涂刷防水剂，使其防水性能大大提高。

本发明的有益效果：

1.优化了功能墙体材料的制作工艺；(1)采用复合相变材料与建筑石膏粉预拌均匀混合的工艺，解决了相变材料填芯砌块制作工艺复杂的问题；(2)与相变砂浆相比，本发明技术方案相变材料含量大大提高，明显改善了墙体的热物理性能。

2.减小了室内环境温度波动；(1)在建筑石膏中添加复合相变材料制作墙体材料，由于相变材料含量高，墙体的热惰性和热容量得到极大提升，因此削弱了室外温度和热流波动对室内环境的影响；(2)所采用的相变材料相变温度处于人体舒适温度范围内，故墙体能随着室内环境温度升高或降低而吸热或放热，从而有效控制了室内环境温度波动。

3.减小了室内环境湿度波动；(1)传统墙体材料和普通石膏砌块对水蒸气的吸附能力极小，加入了湿度调节组分，墙体的吸湿和放湿性能显著改善；(2)石膏材料本身具有微孔结构，从而进一步提高水蒸气分子的吸附量，使室内的环境湿度控制在较小的波动范围内。

4.提高了墙体的耐久性；(1)采用定形相变材料，如微胶囊或表面封装的无机多孔吸附相变材料，有效解决了相变材料的泄漏问题，避免了相变材料与基体材料之间的相互作用；(2)采用表面防水处理工艺，阻止了液态水向墙体内部的迁移过程，进一步提高墙体耐久性。

5.提高墙体抗渗、抗裂能力；(1)加入大量相变材料，墙体热惰性提高，避免了外墙在太阳辐射下由于温度不均导致裂缝产生的现象；(2)石膏的收缩极小，能有效防止墙体开裂、渗漏问题的产生；(3)采用防水技术，阻止液态水由墙体外部向墙体内部的迁移，大大提高墙体抗渗能力。

6.提高墙体的防火性能；(1)墙体遇火时，相变材料会吸收热量，减缓温度上升过程，从而减小火势蔓延，提供逃生及营救时间；(2)随着温度升高，墙体主要成分二水硫酸钙吸收热量发生脱水反应，释放出的水蒸气在墙体表面积聚，起到阻燃的作用。

7.降低了建筑能耗；由于墙体能够自发进行室内温度和湿度环境的调节，减少了建筑采暖或使用空调制冷的需求，从而降低建筑能耗，达到节能环保的目的。

8.采用温度调节组分和湿度调节组分，保证墙体材料同时具有室内环境温度调节和湿度调节功能；

9.采用粉料预先均匀搅拌技术，保证墙体材料的均质性，制品强度高，收缩小；墙体材料热物理性能优异，墙体无需再做保温层，减少施工环节。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

以下实施例中：

建筑石膏为遇水2小时抗折强度≥3.5MPa、抗压强度≥10MPa，凝结时间在6-8min内的建筑石膏；

减水剂为聚羧酸减水剂。

实施例1：可调节室内环境温湿度的墙体材料的制备

表1：各实施例所用材料用量表(重量份)

	实施例1	实施例2	实施例3
				建筑石膏	42	52	44.592
温度调节组分	15	12.595	5
				湿度调节组分	5	2	8
水	37	32	42
				减水剂	0.1	0.4	0.2
颜料	0.01	0.005	0.008
				纤维	0.89	1	0.2

其中：温度调节组分选取石蜡相变微胶囊；

湿度调节组分选取25℃、75％RH环境下吸湿量大于自身重量10％的海泡石；

纤维为聚丙烯纤维。

制备方法：

先将建筑石膏、温度调节组分、湿度调节组分和纤维在混料机中预搅拌混合均匀制得粉料，再向搅拌锅内注入水、减水剂、颜料搅拌为均质溶液，随后将粉料倒入溶液中，高速搅拌几十秒后，向模具内注浆，静置数分钟后脱模；墙体材料经自然晾干或快速烘干脱去游离水后，涂刷有机硅防水剂，随后入库存放。

实施例2：可调节室内环境温湿度的墙体材料的制备

所用材料用量见表1。

其中：温度调节组分选取多孔陶粒吸附石蜡制成的颗粒型复合相变材料；

湿度调节组分选取25℃、75％RH环境下吸湿量大于自身重量10％的硅胶；

纤维为玻璃纤维。

制备方法：同实施例1。

实施例3：可调节室内环境温湿度的墙体材料的制备

所用材料用量见表1。

其中：温度调节组分选取石蜡相变微胶囊；

湿度调节组分选取25℃、75％RH环境下吸湿量大于自身重量10％的高岭土；

纤维为玄武岩纤维。

制备方法：同实施例1。

实施例4：效果验证

将实施例1-3所得通体型高强防潮石膏砌块进行检测。

1)升温时间

在墙体材料上切割出40×40×160mm的试块，在试件两横截面中心轴处80mm深度位置处对称布置两个热电偶。将试块完全干燥后，首先放入15摄氏度的恒温环境中，待试块温度达到15摄氏度后，将试块放入30摄氏度模拟恒温环境(如恒温干燥箱)中，同时用计算机采集试块中心温度(取两热电偶温度平均值)，由试块的吸热特性曲线计算试块由15摄氏度上升至30摄氏度所需时间，用升温时间表征试块的温度调节能力。

2)饱和吸湿率

在墙体材料上切割出3个40×40×160mm的试块，放在烘箱内以45摄氏度烘干两天，称重记为m₀，随后将试块放在25摄氏度、97％RH环境下吸湿至恒重，称重记为m₁，用下式计算饱和吸湿率，结果取3个试块的算术平均值，精确至0.1％；

$W=\frac{m_1-m_0}{m_0}\×100\%$

式中：

W──样品饱和吸湿率，单位为百分数(％)；

m₀──烘干至恒重的样品质量，单位为克(g)；

m₁──吸湿至恒重的样品质量，单位为克(g)；

3)2小时吸水率

用尚未进行力学试验的三个样品进行吸水率测试试验。将试块置于温度为(40±4)℃烘箱内至恒重(间隔24小时称量，两次称重质量差小于0.2％即为恒重)，称重记为m₂。将样品平行支撑放置在水槽中，要求样品底面不与水槽底部接触，水面高出样品上表面50±5mm，水温维持在20±3℃。样品浸泡120分钟后，将样品从水中取出，擦除表面明水，晾置5分钟，称重记为m₃。用下式计算吸水率，结果取三个样品2小时吸水率的算术平均值，精确至0.1％；

式中：

──样品2小时吸水率，单位为百分数(％)；

m₂──处理至恒重的样品质量，单位为千克(kg)；

m₃──吸水2小时的样品质量，单位为千克(kg)；

按照以上方法测得实施例1-3的结果如下表所示。

4)抗压强度

在砌块上切割出40mm×40mm×40mm试件，尺寸要求精确至0.1mm；参照GB/T17671《水泥胶砂强度检验方法》中4.2.7、4.2.8、9.3和10.2.2条进行试件抗压强度测试和计算。

按照以上方法测得实施例1-3的结果如表2所示。

表2：各实施例性能测试结果表

项目	实施例1	实施例2	实施例3	普通石膏砌块
					升温时间(min)	120	100	60	20
饱和吸湿率(％)	7	3	10	0.2
					2h吸水率(％)	10	5	15	50
抗压强度(MPa)	9.10	9.80	9.50	10.10

从表2可以看出，实施例1-3所得试样与普通石膏砌块相比，其温度调节能力及湿度调节能力均大大提高，且其吸水率明显降低，只有抗压强度指标略有降低，但仍能较好的满足使用要求。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种可调节室内环境温湿度的墙体材料，其特征在于，由以下重量百分比的成分制备得到，

2.权利要求1所述可调节室内环境温湿度的墙体材料，其特征在于，所述建筑石膏为遇水2小时抗折强度≥3.5MPa、抗压强度≥10MPa，凝结时间在6-8min内的建筑石膏。

3.权利要求1所述可调节室内环境温湿度的墙体材料，其特征在于，所述温度调节组分为相变温度范围在18-28摄氏度之间、相变焓大于80kJ/kg^-1的相变材料制得的复合相变材料。

4.权利要求1所述可调节室内环境温湿度的墙体材料，其特征在于，所述湿度调节组分为25℃、75％RH环境下吸湿量大于自身重量10％的硅胶、高分子吸水性树脂、沸石、高岭土、海泡石中的一种或一种以上组合。

5.权利要求1所述可调节室内环境温湿度的墙体材料，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸减水剂。

6.权利要求1所述可调节室内环境温湿度的墙体材料，其特征在于，所述纤维为聚丙烯纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维中的一种或一种以上组合。

7.权利要求1-6任一所述可调节室内环境温湿度的墙体材料，其特征在于，制备方法为，先将建筑石膏、温度调节组分、湿度调节组分和纤维在混料机中预搅拌混合均匀制得粉料，再向搅拌锅内注入水、减水剂、颜料搅拌为均质溶液，随后将粉料倒入均质溶液中，高速搅拌至混合均匀，制得均匀的料浆，然后向模具内注浆，静置四到六分钟后脱模；墙体材料经自然晾干或快速烘干脱去游离水后，涂刷有机硅防水剂即可。

8.一种权利要求1-6任一所述可调节室内环境温湿度的墙体材料的制备方法，其特征在于，先将建筑石膏、温度调节组分、湿度调节组分和纤维在混料机中预搅拌混合均匀制得粉料，再向搅拌锅内注入水、减水剂、颜料搅拌为均质溶液，随后将粉料倒入均质溶液中，高速搅拌几十秒后，向模具内注浆，静置数分钟后脱模；墙体材料经自然晾干或快速烘干脱去游离水后，涂刷有机硅防水剂即可。