CN106085366B - 相变材料、轻质相变蜂窝混凝土板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于建筑材料技术领域，特别涉及一种轻质相变蜂窝混凝土板及其制备方法。所述混凝土板的制备原料如下：水泥、粉煤灰、相变材料、发泡剂、减水剂、速凝剂、纤维和水。本发明轻质相变蜂窝混凝土板自身强度高，自重轻，闭孔率好。

Description

相变材料、轻质相变蜂窝混凝土板及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，特别涉及一种相变材料、轻质相变蜂窝混凝土板及其制备方法。
背景技术
近些年来，建筑火灾频繁发生，对保温材料的防火性能提出了更高的要求。无机保温材料因具有防火性能好、耐老化、变形系数小且与墙体接近、与墙体粘结强度高等优点，引起人们的广泛关注。研发导热系数小于0.05W/m.k且造价较低的蜂窝混凝土板来代替聚苯板和挤塑板，从而解决现有保温板易老化、稳定性差、耐久性差、与墙体粘结强度低等缺点成为无机保温材料研究的一个方向。
近几年，无机保温材料也取得不少研究成果，集中体现在轻质混凝土方面。中国专利申请200710055329.8中提供了一种蜂窝混凝土，可以解决目前的砖或混凝土等建筑材料不能满足建筑中轻质、节能、环保需要的问题。但该发明也存在一定的问题：一是用到的蜂窝剂组成复杂，不利于蜂窝混凝土材料的质量控制；二是生产工艺不合理，只能用于生产砌块或墙体，很难生产出密度小于200kg/m3的板材；三是其导热系数较大，通过对其实施例进行测定，导热系数均大于0.08W/(m.K)。申请号为200910305328.3的申请中，用到大量的玻化微珠，存在重量大、易破碎、吸水率高的缺点。总的来说，目前轻质蜂窝混凝土板其优点是：导热系数较低，保温效果好，不燃烧，与墙体粘结力强，无毒害放射物质、环保，与建筑物使用寿命同期，而且施工简便、快捷。技术性能优于泡沫玻璃、泡沫陶瓷、酚醛泡沫板、聚苯颗粒、聚苯板、挤塑板等墙体保温材料。其缺点是强度低(脆)，吸水率高，自重较大，无法与聚苯板、挤塑板等墙体保温材料相比，同时闭孔率差，部分存在表面裂纹、粉化情况。
实际上，太阳辐射强度及作用时间对墙体温度场影响明显，尤其是保温层以外的部分，北墙、东墙接收太阳辐射较少，南墙、西墙相对较多。以北京为例，在夏季，各朝向墙体表面温度西墙约为60℃，南墙约为50℃，东墙约为50℃，北墙约为45℃，墙体表面昼夜温差达34℃，因墙体内外侧变形不同很容易导致保温层外表面产生开裂或脱落。
另一方面，相变储能建筑材料应用于建材的研究始于1982年，由美国能源部太阳能公司发起。随后，相变材料PCM在混凝土试块、石膏墙板等建筑材料中的研究和应用一直方兴未艾。2008年，国外又研制成功一种新型建筑材料固液共晶相变材料，在墙板或轻型混凝土预制板中浇注这种相变材料，可以保持室内温度适宜。另欧美有多家公司利用相变材料PCM生产销售室外通讯接线设备和电力变压设备的专用小屋，可在冬夏天均保持在适宜的工作温度。相变材料与建筑材料的复合工艺目前主要有以下几种方法：将PCM密封在合适的容器内；将PCM密封后置入建筑材料中；通过浸泡将PCM渗入多孔的建材基体(如石膏墙板、水泥混凝土试块等)；将PCM直接与建筑材料混合。就目前来说，现存的问题主要在相变储能建筑材料耐久性和经济性两个方面。耐久性问题主要有相变材料在循环过程中热物理性质的退化、相变材料易从基体泄漏、相变材料对基体材料的作用问题。经济性的问题是相变材料的加入增加了施工工序和工程预算，以致丧失了与传统材料的竞争能力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型的相变材料、利用该相变材料制作的轻质相变蜂窝混凝土板及其制备方法，解决蜂窝混凝土自身强度低(脆)，吸水率高，自重较高，闭孔率差，粉化的现状。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种相变材料，所述相变材料为核壳结构的颗粒，从外向内分别为52.5Mpa水泥、40-50℃熔点石蜡、60-65℃熔点石蜡三种材料组成的颗粒，颗粒半径为0.5-2mm，其中水泥厚度为0.05-0.1mm，40-50℃熔点石蜡厚度为0.1-1mm，60-65℃熔点石蜡厚度为0.35-1mm。
石蜡熔点可以有一定范围变化，具体数值是根据夏季墙体表面的温度确定，上述温度更适合河南地区。
所述的相变材料的制备方法优选如下进行：首先选取高熔点的石蜡制作成石蜡颗粒，再把高熔点的石蜡颗粒放入融化的低熔点石蜡液体内，制备出复合石蜡颗粒，并在复合石蜡颗粒表面粘附上干燥的52.5Mpa水泥颗粒。
利用上述相变材料制备轻质相变蜂窝混凝土板，所述混凝土板由下列重量份的原料制成：
快硬硫铝酸盐水泥：2-80份；
普通硅酸盐水泥：0-80份；
粉煤灰：2-40份；
相变材料：10-30份；
发泡剂：4-11份；
减水剂：0.1-1份；
速凝剂：1-3.5份；
纤维：0.2-1份；
水：42-55份。
所述快硬硫铝酸盐水泥应为标号42.5Mpa以上；所述普通硅酸盐水泥应为标号32.5Mpa以上；所述的粉煤灰满足0.08毫米方孔筛筛余量小于10％，含碳量低于10％，可以选电厂研磨后的干煤灰，以增加资源回收利用率，减少污染。其中，对粉煤灰粒径的控制是为了实现在碱性环境条件下，粉煤灰的活性更容易激发，使其化学反应更顺畅的进行，不仅可以提高产品的质量还可以降低产品的成本。
所述的减水剂为聚羧酸减水剂；所述的发泡剂为质量浓度不低于25％的双氧水；所述的速凝剂为粉状硅酸钠；所述的纤维为长度3-8mm的聚丙烯纤维。
本发明的轻质相变蜂窝混凝土板，在满足建筑节能的性能指标的基础上，成本更为经济。
本发明进一步提供了一种优选的所述轻质相变蜂窝混凝土板的制备方法，将水泥、粉煤灰、相变材料、速凝剂、纤维混合均匀，之后加入水和减水剂混合均匀，加入发泡剂混合均匀，发泡2-5h形成蜂窝混凝土块体，分割获得蜂窝混凝土板。
其中，加入水和减水剂后搅拌1-5min。
加入发泡剂后搅拌0.5-2min。
所述水可选用普通饮用水，温度控制在20-65℃。
从原料上来讲，由于双氧水和水泥之间反应很快，会释放大量热量，经过30-40分钟内部温度高达90℃，此条件下水泥气泡中的水分很快蒸发，导致水泥泡开裂穿孔，使产品干缩开裂。本发明中为了解决现有技术存在的问题，添加复合相变材料，因石蜡颗粒表面很光滑，所形成蜂窝状泡孔体是封闭型的，同时随着蜂窝块体内部温度的不断升高，外侧的石蜡将会融化，也将阻止水分的蒸发，有利于水泥的水化反应，随着蜂窝块体内温度降低到正常温度，融化的石蜡将会在泡孔体内重新凝固为固态，并对泡孔壁上缝隙进行填充，从而水泥蜂窝状泡孔体达到憎水效果和良好的保温效果。即采用本发明的相变材料后，不仅可以吸收能量，而且对蜂窝状泡孔体产生的裂缝可进行自行修复，从而保证了轻质相变蜂窝混凝土板良好的保温效果。此外，还可以提高轻质相变蜂窝混凝土板的力学性能。
本发明所述的轻质相变蜂窝混凝土板具有以下优点：早期抗折抗压强度高，后期强度不倒缩；含有石蜡可以调节板材的温度和材料抗裂性能，不龟裂；制作过程简便，其导热系数可控制在0.03-0.055W/(m.K)，抗压强度可在0.1-0.8MPa间变化，体积密度可控制在100-200kg/m3，形成蜂窝泡体的直径为1-5mm，且为相互不连通的封闭的气泡群，具有极佳的耐火及隔热性能。
所述轻质相变蜂窝混凝土板制作及施工十分便利，既可以工厂制作，又可以现场制作。施工时，能刨、锯、钉等，作为防火隔离带，可按照聚苯乙烯板的施工方法进行施工，最大限度地节省施工周期；作为墙板可与任何结构体系配套使用，降低建筑物的重量，相同面积或体积的本发明产品材料的重量仅为砖墙的八分之一，大幅度减轻荷载，减少了混凝土基础及钢结构架的承载力，降低了其它材料的消耗。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
本发明轻质相变蜂窝混凝土板自身强度高，吸水率小于6％，自重轻，闭孔率在92％以上；解决了传统墙体保温材料潜热值较低、抗压强度低、容易受气候变化影响产生伸缩裂缝、从而造成材料抗老化性能差，粘结力丧失而脱落，导致整个建筑保温体系失效、甚至造成安全隐患的问题。
具体实施方式
以下以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此：
实施例1-6的制备轻质相变蜂窝混凝土板的原料重量组成以及性能参数详见表1：
表1
Figure BDA0001017978840000061
上述实施例得到的轻质相变蜂窝混凝土板的蜂窝泡体直径为1-8mm。
实施例中所述的减水剂为聚羧酸减水剂；所述的发泡剂为质量浓度27.5％的双氧水；所述的速凝剂为粉状硅酸钠；所述的纤维为长度3-8mm的聚丙烯纤维。
所述防火耐温蜂窝混凝土板的制备方法包括以下步骤：
(1)制备相变材料，首先选取60-65度高熔点的石蜡制作成石蜡颗粒，再把高熔点的石蜡颗粒放入融化的40-50度低熔点石蜡液体内，制备出复合石蜡颗粒，并在复合石蜡颗粒表面粘附上干燥的52.5Mpa水泥颗粒，以保证相变材料和其他材料搅拌的均匀性，颗粒半径为0.5-2mm。
(2)按比例称取水泥、粉煤灰、相变材料、速凝剂、纤维混合均匀；
(3)按比例称取水和减水剂，加到2)混合均匀的材料内搅拌3.5min获得均匀的浆体；
(4)按比例称取发泡剂，加到3)均匀的浆体内，搅拌0.8min；
(5)把4)搅拌均匀的材料浇注于模具内开始发泡，3h后形成蜂窝混凝土块体；
(6)按要求将蜂窝混凝土块体分割成蜂窝混凝土板。

Claims (7)

1.轻质相变蜂窝混凝土板，其特征在于，由下列重量份的原料制成：
快硬硫铝酸盐水泥：2-80 份；
普通硅酸盐水泥：0-80份；
粉煤灰：2-40份；
相变材料：10-30份；
发泡剂： 4-11份；
减水剂：0.1-1份；
速凝剂：1-3.5份；
纤维：0.2-1份；
水：42-55份；
所述相变材料为核壳结构的颗粒，从外向内分别为52.5Mpa水泥、40-50℃熔点石蜡、60-65℃熔点石蜡三种材料组成的颗粒，颗粒半径为0.5-2mm，其中水泥厚度为0.05-0.1mm，40-50℃熔点石蜡厚度为0.1-1mm，60-65℃熔点石蜡厚度为0.35-1mm。
2.如权利要求1所述的轻质相变蜂窝混凝土板，其特征在于，所述的减水剂为聚羧酸减水剂；所述的发泡剂为质量浓度不低于25%的双氧水；所述的速凝剂为粉状硅酸钠；所述的纤维为长度3-8mm的聚丙烯纤维。
3.如权利要求1所述的轻质相变蜂窝混凝土板，其特征在于，所述快硬硫铝酸盐水泥应为标号42.5Mpa以上；所述普通硅酸盐水泥应为标号32.5Mpa以上；所述的粉煤灰满足0.08毫米方孔筛筛余量小于10%，含碳量低于10%。
4.权利要求1-3任一所述轻质相变蜂窝混凝土板的制备方法，其特征在于，将水泥、粉煤灰、相变材料、速凝剂、纤维混合均匀，之后加入水和减水剂混合均匀，加入发泡剂混合均匀，发泡2-5h形成蜂窝混凝土块体，分割获得蜂窝混凝土板。
5.如权利要求4所述的轻质相变蜂窝混凝土板的制备方法，其特征在于，加入水和减水剂后搅拌1-5min。
6.如权利要求4所述的轻质相变蜂窝混凝土板的制备方法，其特征在于，加入发泡剂后搅拌0.5-2min。
7.如权利要求4所述的轻质相变蜂窝混凝土板的制备方法，其特征在于，水加入时温度为20-65℃。
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