CN108640628A

CN108640628A - 赭石沸石珍珠岩相变智能板

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Publication number: CN108640628A
Application number: CN201810484398.9A
Authority: CN
Inventors: 胡春宇; 胡宏宇; 胡世安; 赵克凡; 张志刚; 杨志军; 郑志军
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-05-19
Filing date: 2018-05-19
Publication date: 2018-10-12
Anticipated expiration: 2038-05-19
Also published as: CN108640628B

Abstract

本发明涉及一种建筑材料，具体是赭石沸石珍珠岩相变智能板：以正癸酸、十四醇为相变材料，膨胀珍珠岩为基体，采用毛细吸附法制备定型复合相变材料；以赤铁矿粉为主体材料，电气石粉、沸石粉为功能材料，碳纤维为增強体制成料浆；将料浆与复合相变材料混合，经模压成型；解决相变材料液相泄露的问题，整体等效导热系数减小、蓄热系数下降、热惰性系数增大，达到国家标准、具有稀释有害气体、降解氡、杀虫灭菌、隔声吸音、调温调湿、防水防火、防辐射、永久释放负离子、远红外线的智能化材料。该材料能切、能锯、直接使用，施工简方便、广泛用于建筑装饰屋面、墙体內外的保温隔热，也可用于石油、化工、电力、冶金等行业作热管道及设备的绝热保温。

Description

赭石沸石珍珠岩相变智能板

技术领域

本项发明涉及一种建筑材料赭石沸石珍珠岩相变智能板；具体是相变智能珍珠岩沸石纤维保温板，包括外墙板、内墙板、地板、吊顶板、屋面板、曲面板、弧面板。

背景技术

人们于20世纪80年代开始提出智能材料的概念。智能材料被定义为集感知、驱动和信息处理一体，形成类似生物材料那样具有智能属性的材料，其具备自感知、自诊断、自适应、自修复等功能。作为智能材料中的一种，相变储能材料简称PCM，在其发生相变的过程中，可以吸收环境的热(冷)量，并在需要时向环境放出热(冷)量，从而达到控制周围境温度的目的。利用相变材料来实现能量的贮存和利用，有助于开发节能环保型复合材料，是近年来建筑材料领域的前沿研究方向之一；低碳建筑、绿色功能材料是未来的发展方向，相变智能墙体材料具有节能保温的绿色环保功能，是当今国际绿色建材研究的新热点之一，应用前景广阔。

在我国随着经济的高速发展，城镇化建设水平的提高，大量新建居住建筑及商业建筑的兴起，建筑能耗总量也逐年上升，建筑能耗在能耗总量中的比例己从上世纪70年代的10%，提升到27.45%，而通常来说发达国家的建筑能耗一般占能耗总量的33%左右。以此推断，国家***科技司研究表明，未来我国建筑能耗的比例将提升至能耗总量的35%左右。同时，我国高能耗建筑的比例较大，新建建筑中能够达到节能标准的很少，而且单位建筑面积能耗比气候条件相近的发达国家还高2到5倍。比如，与北京采暖度日数相近的发达国家地区，其新建建筑每年采暖能耗从以前的300kW·h/m²左右降低至大约100kW·h/m²，未来还可能进一步降低至30-50kW·h/m²左右，建筑能耗的巨大消耗严重制约了我国经济社会的可持续、健康发展。令人担忧的是，我国还存在着建筑节能水平低下、建筑用能浪费严重的现象。对北方集中住宅供暖能耗的抽样调查表明，我国单位建筑面积实际年采暖能耗为22-48千克标准煤/m²，即使达到节能50%的要求，也比同一维度下德国2001年采暖能耗指标3.7-8.6千克标准煤/m²要大的多。能源问题不仅仅是能源本身的可持续利用，还关乎着国家经济发展、生态保护、可持续建设等一系列问题。对于我国目前不可再生能源的短缺、能源结构亟待优化、生态环境污染、能源利用率低下等现状，只有通过不断开发可再生新能源，优化能源结构，提高能源利用率，加快能源科学技术的发展，才能贯彻好可持续发展战略，保障国家能源安全，实现节能减排的目标，构建绿色、低碳的新型社会。

从建筑能耗的内容来看，建筑能耗主要有：建筑建造时材料及设备的生产及运输能耗、施工能耗以及建筑运行使用能耗。其中建筑运行使用能耗主要用于满足室内舒适度的温湿度控制，这约占建筑总能耗的80%，而建筑围护结构是建筑本体的主要构件，它是与外界环境接触的主体，建筑得失热量主要是通过它来进行交换，因此建筑围护结构的热传递特性对建筑节能有着重要影响。为了达到减少建筑能耗的目标，提高建筑能效利用率，我们可以：—、对建筑围护结构采取保温隔热，减少外界从围护结构传入室内的热量和室内从围护结构散失的热量，削弱室内温度的波动；二、利用新能源，采用太阳能与传统空调相结合的方式调节室内温湿度；三、选择新型建筑材料，通过使用热惰性材料或者在围护结构掺入一些储能材料储存一定的热量来延缓和削弱室内温度波动，解决能源供给和使用在空间、时间上失衡的问题。比如说可以在传统建筑材料、围护结构中加入适当的相变储能材料(Phase Change Materials，PCM)来制成一定规格的建筑构件(墙板、墙体、屋面等)，达到节能的目的。这类材料通常称之为相变储能建筑材料(Phase Change Building Materials，PCBM)。

相变储能材料的定义：热量一般可以以显热、潜热、化学反应三种方式储存，其中显热储存是最常见的一种方式，比较容易实现，但蓄热密度低；化学反应储能的热能密度较大，但反应过程复杂且控制较难或者条件苛刻；相对于前两者来说，潜热蓄能有着蓄能密度大，温度控制恒定，易于控制等优势，是目前研究和应用较多的一种蓄热方式。相变储能材料广义上是指能把在相的状态转化中吸收或释放的热量储存起来的材料。在相变过程中，温度保持不变，可以近似为一个等温过程。相变材料的相变过程以潜热储能为主，其体积变化小、储能密度大、过程易控制且可多次重复利用、可提高热效率、可协调热能在时间空间或强度上供需失衡或不均匀等优点使相变材料在太阳能等清洁能源的利用、电力调峰、余热回收、建筑中空调采暖的负荷平衡等领域得到广泛的应用，以此为基础的新技术被称之为相变储能技术。

相变储能材料的分类：

从材料的化学组成部分来看，相变材料可分为有机相变材料、无机相变材料。有机相变材料利用晶型的转变和高分子支链在不同的温度下的转变而吸、放热，典型的有醋酸类、石蜡、高分子化合物等，其优点是固体成型好，无过冷(或者过冷度较低)，不易发生相分离现象，热性能稳定，但导热系数较低，使用时也易发生泄漏，常需要添加膨胀石墨、碳纳米管、活性炭等碳添加物和金属添加物来增强导热以及设计换热器或者封装以防止泄露；无机相变材料有结晶水合盐类、熔融盐类、金属类等，其中最典型的是结晶水合盐类，它使用范围广、价格较便宜、导热系数比有机类高、单位体积储热密度大，但存在过冷和相分离现象，可通过加成核剂、加增稠剂等方法抑制其相分离及过冷现象。从相变温度范围划分，可分为常低温、中温和高温三大类。常低温(-50-90℃)主要应用于建筑设施和日常生活应用以及太阳能储存和热负载等领域，中温(90-400℃)主要应用于太阳能发电、移动蓄热技术等领域，高温（400℃以上)主要应用于小功率电站、光伏发电和工业余热回收等领域。从相变形式来看，相变材料又可以分为固-固、固-液、固-气、液-气相变。其中固-气、液-气相变尽管其相变潜热很大，但因为相变过程中产生大量气体，体积变化大，在工程中很少应用，固-固相变材料相变过程体积变化小，对容器的要求不高，但其品种少、价格高，应用也不多，而潜热较大、体积变化小、无毒无腐蚀的固-液相变材料应用最为广泛；石蜡的炼解热较大，相变潜热大约在160-270kJ/g之间，且石蜡的相变温度可调节，热稳定性良好，不存在过冷现象；脂肪酸中月桂酸、癸酸、肉豆蔻酸、棕榈酸及硬脂酸等应用较多，常常需要将几种脂肪酸复合以形成二元或多元的相变材料以拓宽其应用温度，脂肪酸的相变热性质与石蜡相当，在长期热循环中其相变潜热和温度变化较小，热循环稳定性好。

相变储能建筑材料概述：在建筑节能领域中，相变材料的应用不但可以降低围护结构的传热系数、导热系数，增强建筑的保温能力，还能节省采暖空调的能耗，减小墙体自重，使墙体变薄。通过相变材料与普通建筑材料的结合，制备轻质、较高热容的相变建筑材料，将能量以潜热的方式储存在材料中，能增加围护结构的热惰性，减缓室内温度波动，提高室内舒适度，可以与空调、通风供暖等***结合起来，充分利用峰谷电来运行空调或采暖***，缓解能源供需在时间上不匹配的矛盾，减小采暖空调设备的容量，减少采暖空调设备的使用和含碳能源的消耗。相变储能建筑材料制备方法，目前应用较多的相变材料为固-液相变材料，如脂肪酸、烷烃类及石蜡类等，但这种相变材料在储、放热过程中存在液态，具有流动性。为了使相变材料保持状态的稳定，***露到外界，人们常用一些载体材料来容纳和保护它。这类载体材料首先应有较高的熔点，能在相变材料的相变过程中保持固态不发生形变，且其物化性能稳定，其次应具有足够的表面与体积比，密封性好；然后还应与相变材料兼容性好，无化学反应发生，无毒无腐蚀；最后应经济性好且使用寿命较长。通过一定的方法使相变材料与载体材料结合起来，制备出复合相变储能材料。虽然这种复合材料仍然发生固-液相变，但因载体一直保持固态且能保证液态相变材料***露，因此可近似视为固-固相变，解决了液态流动性的缺陷。

将相变材料与建筑材料结合起来是解决相变储能在建筑中应用的关键，主要有以下几种方法：直接混合法：即将相变材料直接掺入建筑材料中。这种方法工控简单易行，可以控制相变材料的掺加量。但是相变材料在液态时易泄露，且时间长了后易与建筑材料发生相分离，影响相变储能建筑材料的耐久性和储热能力。浸泡法：即将多孔建筑材料直接浸泡在液相的相变材料中，如石膏板等。这种方法经济成本低且易于操作，缺点是相变时相变材料易渗出，制备周期较长且相变材料融入量较小。微胶囊法：微胶囊法是指利用成膜材料将固态或液态材料包封，借助物理或化学方法使其分散形成直径为l~300μm的球形微小颗粒，再包覆形成核/壳结构，一般多以此法将无机水合盐类或有机类等固-液相变材料制备成微胶囊复合相变材料，微胶囊法解决了相变时体积变化和泄露的问题，反应速度快，但工艺较复杂且成本较高。Zhang等通过真空注入法将芯材为脂肪酸的相变微胶囊注入到膨胀黏土中制成了相变泥浆，测得其蓄热能力几乎比普通泥浆高10倍左右。毛细吸附法：即以孔隙率较高、比表面积较大的多孔材料为载体，通过毛细作用将液态的相变材料吸附进多孔材料的微孔中，制备出新型的复合相变储能材料。在发生固-液相变时，由于微孔的毛细作用，液态相变材料很难从微孔中溢出，解决了液态相变材料泄露的问题。这种载体材料一般具有丰富的层状结构和多孔结构，比表面积大，吸附力强，在孔的形状、孔与孔的连接性、孔径分布等方面有着显着优势，成本低且易得，常见的多孔材料主要有膨胀石墨、膨胀珍珠岩、膨胀硅藻土、多孔混凝土、泡沫金属等。这种方法制备周期较短，相变材料融入量较多，但需要专门的加工场所。张正国等以石蜡为相变材料，膨胀石墨为载体材料，利用膨胀石墨的多孔吸附特点制备了石蜡/膨胀石墨复合相变材料，储(放)热性能测试结果表明：含80%石蜡的复合相变储热材料的储热时间比石蜡减少69.7%，放热时间减少80.2%。

国内外相变储能在建筑节能中的应用：

(1) 相变窗：单位面积建筑围护结构和外界环境热交换的热量中，门窗占最大的比重，所以减小门窗(特别是玻璃门窗)的传热量对稳定室内温度、减少能耗有重要意义。Smail等人设计了一种中间装有变相储能材料的双层玻璃窗，当温度下降到相变材料的凝固相变温度时，相变材料逐渐凝固并释放潜热，从而延缓室内温度下降。实验结果表明，中间填充相变材料的双层玻璃窗比填充空气的同种玻璃窗保温隔热效果更好。不过相变窗首先要考虑的是透明度的问题，尽管现在有的相变材料在液态时能达到较好的透明度，但与普通玻璃窗相比，清晰度仍然不够；

(2) 相变墙体：相变墙体主要由合适的相变材料和石膏等建材复合而成。这种墙体可以充分吸收白天太阳的辐射或者利用晚上低谷电来蓄热储能，从而降低建筑物的采暖或制冷负荷，减少室内温度波动，提高室内环境舒适度。Athienitis等设计了一个室外全尺寸测试房，内衬为含25%(WT)硬脂酸丁酯的石膏板，对石膏板测试房进行温度变化的非一维线性数值模拟，结果显示此PCM石膏板测试房可在白天降低室内最高温度4度。沈阳建筑大学的冯国会等人将建筑材料浸泡在液体相变材料中制备相变建筑材料，在东北气候环境下对相变房间进行测试，实验结果显示：相变房间有强大的潜热蓄热能力，可在电力低谷期储存热量，在电力高峰期释放储存的热量；相变墙体的热流密度和温度变化幅度明显小于普通墙体；

(3)相变屋面：在夏季气温炎热的南方，将相变材料加入到屋面中，白天屋面吸热并起到隔热作用，夜晚结合自然通风放热并储存冷量，降低围护结构内表面温度。张勇华设计了一种相变屋面砖，将其铺设成相变屋面后进行了隔热性能测试，并与未隔热屋面、聚苯板隔热屋面和绿化屋面对比分析。测试结果表明，相变屋面砖的使用显着増加了屋面的隔热性，其隔热能力与绿化屋面相当，高于聚苯板隔热屋面。Kosny等搭建了一个带有光伏模块的自然通风屋顶，其中相变材料作为散热器，冬天可以将白天吸收的太阳能在夜间释放，夏季可以减少阁楼的热负荷。经过全年测试，这个***能减少30%的热负荷和55%的冷负荷，且白天屋顶热量的峰值减少了90%；

⑷相变地板：相变地板主要用于冬季的采暖。有研究表明，为了满足人体的热舒适度，可将相变温度为29℃的相变材料与混凝土等建筑材料结合而制备出采暖地板。有关文献研制的是使用的定型PCM的地板辐射采暖***，该***利用低谷电加热蓄能，用于房间采暖。结果发现，定形PCM的上下表面温度绝大部分时间内都在相变温度(32±1℃)左右，这样就能保证较高的传热效率，室内的空气温度在21～25℃之间，湿度波动小且热舒适性较好。Hokoi等将相变材料应用在地板中，以太阳能为热源，建立了相变地板的房间传热物理模型，对影响房间热环境的因素进行了比较分析，研究相变地板的蓄放热过程，得出了相变材料的最佳用量。

新型相变储能建筑材料：

(1) 相变混凝土：它是由相变材料和混凝土直接混合而成的一种储能建筑材料，成本低廉，其储能过程可近似视为等温储能。相变混凝土可用于制备相变墙体，有利于减小室内温度波动与峰值，提高热舒适度，减少空调采暖能耗；在大体积混凝土中可应用一种相变温控混凝土，它能有效降低混凝土本身在水泥水化时的温升速率，延缓温度峰值出现的时间，解决其因水泥水化热来不及散失导致温度梯度过大而引起的早期开裂现象。Hawes考虑到无机相变材料对混凝土的腐蚀性，通过蒸压养护以及加火山灰等措施提高混凝土的耐SO₄ ^2-和Cl^-的腐蚀能力，并且结合改进后的相变材料，可使相变混凝土块的蓄热能力提高2倍。Lecompte制备了相变微胶囊体积分数为0-30%的相变混凝土并对其热物性和力学特性进行测试，结果表明：在物理学上，PCM颗粒表现为混凝土混合物中的孔腔；而在热力学上，PCM颗粒表现为分散的球型颗粒，而且相变微胶囊在混合物中的增加会增加混凝土的热惰性，减少其热穿透深度；

(2)相变砂浆：将相变材料直接掺加到砂浆或者灰泥中即可制备出具有储能能力的相变砂浆。Franquet制备了含相变微胶囊的相变砂浆，通过实验测试和计算模拟相验证的方法，确定其热扩散系数为150Wm^-2K^-1，导热系数为0.55Wm^-1K^-1。Shadniat通过把相变材料掺入地质聚合物砂浆，观察其SEM和DSC结果并对其抗压强度做了测试，结果表明PCM的掺入略微降低了砂浆的密度和抗压强度，但由于其储热性能的增强，在建筑节能领域中仍有较广阔的应用前景。德国巴斯夫公司对石蜡进行“微粒封装”，再与水泥混合制得相变砂浆，用这种砂浆抹于内墙，其储热能力可以达到普通砖木结构的10倍；

(3)相变石膏板：相变石膏板是通过浸入或直接制备的方法将相变材料与普通石膏板结合而成的相变建筑材料，普遍用来做外墙的内壁材料。Feldmant等采用两种不同的方法制备相变石膏板：一种是将普通石膏板浸入液态的相变材料中以便充分吸收；另一种是在石膏板制作过程中将相变材料与石膏粉混合制备，而后的DSC分析得出后者制作的相变石膏板其相变材料的分布更加均匀。胡小芳等用陶粒吸附液相石蜡并浸入Ca²⁺溶液中包封，再与石膏粉按一定比例混合均匀制成石膏板，结果表明相变材料的加入可明显提高石膏板的储能密度并且延长其储热的时间；

(4)相变保温隔热材料：相变保温隔热材料是将相变材料掺入保温隔热材料中制备而成，常用于节能建筑的***护结构中，是近年来建筑节能领域最受关注的领域之一。向轻质保温隔热材料掺入相变材料不仅会提高其储热能力，还能改善保温隔热材料的热稳定性，提高其热惰性，同时并不会对材料的强度、黏结能力、耐久性等性能有较大的影响。Ceron将相变材料制成了瓷砖，与未加相变材料的瓷砖进行比较测试，测试结果表明：使用相变材料的瓷砖其地板表面的温度变化幅度为4℃，而未加相变材料的地板表面的温度变化幅度为10℃，相变瓷砖能明显降低地板表面温度。

相变储能建筑材料的热物性研究：

Eddhahak-Ouni等相变材料含量为1%、3%、5%水泥板的导热系数进行测试，发现：不同相变材料含量的水泥板的导热系数基本保持不变，但均会随着温度缓慢地増长，普通水泥板测试的平均导热系数约为1.99Wm^-1K^-1，标准偏差约为6%；而且加速冷热循环后的导热系数维持稳定值。李悦等人分别用防护热板法和瞬态平面热源法测试了相变石膏板的导热系数，发现随着相变材料含量的增加，导热系数降低，在测试初始温度在相变区间时，由于相变材料处于液态，对流作用加强，导热系数最大。杨玉山等把制备好的活性炭储能骨料掺入混凝土中取代其中的卵石和河砂，制备了相变混凝土，结果表明：活性炭储能骨料的加入提高了混凝土的储热能力，经DSC测试，制备出来的相变混凝土的比热容较普通混凝土有着显著提高，他们在混凝土制备过程中加入12%石墨以提高相变混凝土的导热系数，使相变混凝土的导热系数达到了1.55W/(m·k)。张东等人首先配制了相变储能骨料，再将相变储能骨料与水泥、砂等建材混合制备了相变储能混凝土；研究多孔基体材料孔结构的几何特性对液相相变材料在多孔材料中的吸收和储存的影响，结果表明高孔隙率、孔结构内部连通较好和在边界区域具有输运通道的多孔基体材料能够吸收和储存较多的液相相变材料。但对于制备好的相变混凝土的热物理性能没有作进一步的研究。周孑民等对常功率平面热源法原理进行分析，结合相关文献通过数值计算获得高斯误差补函数的一次积分的较精确值，并对导热系数测试值进行误差分析。金文桂介绍了单热电偶和双热电偶两种常功率平面热源法测试方法的原理，并指出单热电偶的测试虽然较之于双热电偶更简便，但其测量误差的分析还有待进一步的探索。于帆正是基于单热电偶常功率平面热源法的测试原理，建立了相应的实验装置并进行实际测量，得到了材料的导热系数、热扩散率和体积热容等热物性参数。

相变储能建筑材料用于建筑中的模拟研究：

Athicnitis等人将脂肪烃类的相变材料应用于墙板中制成相变墙板，应用于房间内部。数值模拟表明在被动式相变太阳房，白天的室温比普通太阳房要低4℃，而夜间相变墙体的表面温度比普通墙体高3.2℃，夜间放热可延续7小时以上，大大改善了热舒适性。Takeshi Kondo等人用聚乙烯小球封装相变材料(95%的十八烷和5%的十六烷)并添加到石膏板中制备相变墙板，研究这种相变墙板的传热效果以及在高峰用电阶段的节能效果，研究表明此种墙板搭建的太阳房的室内温度比普通太阳房的室内温度变化更平缓，更能满足人类对舒适度的要求，同时也能减少高峰用电阶段的耗电量；Kakmsck 等对相变屋顶的房间进行了数值模拟，研究发现与普通房间相比，相变屋顶内表面温度能降低3.5℃，室内空气温度降低2.5℃，减缓室内温度波动，有效减少采暖(空调)能耗。林坤平等研究了结合夜间通风的相变墙的设计方法，通过数值方法模拟和评价了相变墙在我国不同气候地区的使用效果，说明了相变墙在我国不同地区使用的优点和局限性，发现在优化相变温度、适当使用保温措施以及采用较大夜间通风次数的情况下，使用相变墙结合夜间通风的技术能有效消除房间过热的现象，提高房间的热舒适度。闫全英等分别建立了普通房间和相变房间的数学模型，通过ANSYS软件对典型气象年室外气象参数波动情况下房间内的内壁温度和热流的变化规律进行模拟分析，研究表明相变墙的内表面温度较普通墙来说波动较小，可减少空调采暖设计负荷，减小空调采暖设备的初投资；对相变房间与普通房间的夏季空调负荷与冬季采暖负荷进行比较分析，发现相变围护结构有着一定的节能作用。

发明内容

要解决的技术问题。

基于最新相变储能建筑材料的不足之处。本发明针对相变储能建筑材料技术问题，提出一种适应赭石沸石珍珠岩相变智能板，其特征由两部分制成：一、定型复合相变材料的制备；以正癸酸(CA)为相变材料，膨胀珍珠岩(EP)这一多孔结构的建筑材料作为基体，采用毛细吸附法(真空吸附法)制备定型复合相变材料(CA/EP)，其导热系数及储热性能稳定；解决相变材料液相泄露的问题，达到封装和定型的效果；复合相变材料的相变温度接近纯相变材料，相变潜热近似等于纯相变材料；二、赭石沸石珍珠岩相变智能板的制备，以沸石粉为主体材料，水泥、石膏为辅料，利用碳纤维为增强体制成料浆；通过直接掺混法，将料浆与前已制备好的定型复合相变材料CA/EP以—定的比例混合，经模具成型后得到赭石沸石珍珠岩相变智能板，与现有的制备技术相比整体等效导热系数减小、蓄热系数下降、热惰性系数增大，削减高峰负荷并且转移负荷。具有高比强度、高比模量、高韧性、度低密、耐腐蚀、稀释室内有害气体、降解氡、杀虫、灭菌、隔声、吸音、防水、防火，永久释放负离子，远红外线、导电性好、对温度和应力敏感，具有自感知内部应力及一系列电磁屏蔽性能的智能化材料。该材料能切、能锯、直接使用，施工简方便、成本低，性能好可回收再利用，减少污染、减少碳排放，是绿色生态环保材料。

为解决上述问题，本发明采取技术方案是。

一种定型复合相变材料，材料组分A；正癸酸35％～65％、十四醇1％～4％、膨胀珍珠岩30％～60％、酒精。

所述正癸酸为熔点31.4℃、含量98%其一种。

所述十四醇为熔点38℃、含量98%其一种。

所述酒精学名为乙醇，分子式C₂H₆O。

所述膨胀珍珠岩为60—100目其一种。

一种定型复合相变材料的制备方法：包括以下步骤。

⑴方配：材料组分A；正癸酸35％～65％、十四醇1％～4％、膨胀珍珠岩30％～60％、酒精。

⑵首先取一定量的膨胀珍珠岩(EP)，置于70℃真空干燥箱内干燥2h。

⑶将一定量的膨胀珍珠岩倒入不锈钢柱中，在70℃恒温水浴中抽真空30min。

⑷然后将对应比例的液态正癸酸、十四醇溶于酒精，混合均匀后缓慢滴入不锈钢柱中，直至液面淹没膨胀珍珠岩；最后在真空环境中恒温水浴加热并吸附2h，待无酒精冷凝出来后为止。

⑸置于70℃干燥箱内3h，随后于常温中冷却即可得定型复合相变材料CA/EP，最后将定型复合相变材料CA/EP存入料灌。

上述定型复合相变材料组分协同作用，其作用机理如下。

结合孔径分析和体积吸水率的测定，表明膨胀珍珠岩能够很好地充当多化吸附的基体材料。以正癸酸（CA）为相变材料，以膨胀珍珠岩（EP）为多孔基体材料，从真空吸附法制备了CA/EP定型复合相变材料，并确定其最大吸附量为55％。由SEM、FT－IR分析可知CA被EP表面的表面张力和内部蜂窝结构的毛细作用吸附，因此CA即使发生相变，也很难以泄露，且两者相互之间没有发生化学反应；DSC分析表明CA/EP的熔化相变温度和凝固相变温度分别为30.98℃、28.07℃，熔化和凝固相变潜热分别为72.64 J/g和71.13 J/g，相变温度几乎与纯CA一致，相变潜热约为相变含量与纯脂肪酸潜热值的乘积；TG和冷却加速循环实验证明了CA/EP在耐高温、使用寿命上有着良好的热稳定性和热可靠性；CA/EP导热系数为0.34W/m·K。

最大吸附量的确定：

膨胀珍珠岩的蜂窝状多孔结构能凭借毛细作用与表面张力吸附小分子有机物，但这种吸附存在一个上限值，超过后熔融状态下的脂肪酸便会泄漏出来，从而使复合相变材料的储热能力降低。因此，制备成品定型复合相变材料应确定其吸附量的最大值。首先，配置CA：EP质量比为55：45、60：40、70：30的三种CA/EP定型复合相变材料，分别记为M1，M2，M3。分别称取1g置于滤纸中心区域内，然后移至70℃的恒温箱中加热2h。假如两种物质之间的吸附没有饱和，在膨胀珍珠岩的微孔吸附作用下，液态的CA并不会泄漏；若超过饱和度，液态的CA会泄漏并浸湿滤纸。加热30min后M2出现少许浸湿痕迹，而M3差不多浸湿了整张滤纸；加热2h后M2浸湿痕迹从中心区域扩散。而整个加热过程，M1保持原样，未见湿痕。因此CA/EP最佳的吸附比例应为55：45，最大吸附量为55wt％。

热特性微相分析：

扫描电镜（SEM）是指通过极细的电子束在样品表面进行扫描，将产生的二次电子用特定的探测器收集并形成电信号传输到显像管，在荧光屏上显示其表面的立体构像。SEM分析膨胀珍珠岩（EP）及定型复合相变材料CA/EP的微观结构特征，在扫描前先对样品进行喷金处理30min，增强样品的导电性，获得清晰良好的图像。在图像中可以看出膨胀珍珠岩高孔隙率、高比表面积的特点。它表面有类似半球形地圆弧裂缝，且内部孔与孔之间存在连通，孔腔空间很大，这是由于其生产过程中内部水分突然爆出所致；图像中展现出了膨胀珍珠岩内部的蜂窝状结构，而毛细作用能在该种结构中很好地吸附有机物，EP凭借裂开表面的表面张力和内部蜂窝结构的毛细作用吸附CA，防止相变过程中液相CA的泄露。

热特性兼容性分析：

红外分析是指将一束不同波长的红外射线直接照射到物质的分子上，其中某些特定波长的红外射线会被分子吸收，形成这一分子的红外吸收光谱。而每种分子都有由其组成和结构决定的特有的红外吸收光谱，依照此原理可对物质分子进行结构分析和鉴定。样品采用的是KBr压片，测试频率400cm^-1～4000cm^-1。在图像中出现了特征吸收峰，它分别是由－CH₂基的不对称振动和对称振动引起的；在1750㎝^-1上的特征吸收峰是由羰基C=O的伸缩振动引起的；－CH₂基的弯曲振动导致了1468㎝^-1处出现了特征吸收峰，－OH基的平面内、外的弯曲振动分别导致1300㎝^-1、936cm^-1处出现了特征吸收峰；而722㎝^-1处的特征吸收峰是由－OH基平面内的摇摆振动引起的。而在EP的红外光谱图中，1631㎝^-1处的特征吸收峰是因为H－O－H的弯曲振动引起的；Si－O－Si的伸缩振动导致了1059㎝^-1处的宽频特征吸收峰。然而在光谱图上，CA/EP的一些特征吸收峰与CA的相比存在一点偏移，这可能是因为脂肪酸羰基C=O上的氧原子和EP上羟基－OH的氨原子之间发生的反应。通过对比CA/EP的红外光谱图与CA、EP的红外光谱图，可以发现CA/EP的特征吸收峰与CA、EP两者基本一致，且没有明显的吸收峰出现或消失，这表明CA被多孔结构的ＥＰ吸收是一种物理作用，并没有发生化学反应，两者化学兼容性良好。

差式扫描量热分析：

差式扫描量热分析（DSC）测试：氮气气氛，升温速率5℃/min，温度测试范围为10－50℃，温度精度：0.1℃，热焓精度：0.4％。从CA和CA/EP的DSC曲线图上可看出CA的烙化相变温度和凝固相变温度分别为30.65℃、27.66℃，CA/EP的熔化相变温度和凝固相变温度分别为30.98℃、28.07℃，而这个区间的温度接近于夏季室外平均温度，所以此相变材料适用于建筑领域的相变储能。对两者进行比较，能发现熔化相变温度和凝固相变温度变化都不大，说明膨胀珍珠岩的加入并不影响相变材料的相变温度。不过，可以发现定型相变材料CA/EP的熔化相变温度比CA的要高，这是因为CA的熔化凝固相变过程是在EP的多孔结构内部进行的，当发生相变时，体积发生了变化，而由于EP的孔隙的限制作用使得CA相变时的压力升高，所相变温度也相应地增大了。同时 CA的熔化和凝固相变潜热分别为147.9 J／g和149.9J／g，CA/EP的熔化和凝固相变潜热分别为72.64 J／g和71.13 J／g。考虑到定型相变材料CA/EP中CA：EP的比例为55：45，CA/EP的相变潜热测试值比理论值稍低，这与Chen和Zhang的实验结果一致。这可能是因为相变材料高度分散于多孔材料的孔结构中，两者之间相互作用面积增大，作用力也得到増强，致使少许的相变材料并不能顺利地结晶，因此潜热值会有所减少。不过，CA/EP的潜热值相对于石蜡（30wt％）/硅藻土、正癸酸－硬脂酸（25wt％）/石膏等类似的应用于建筑领域的复合相变材料来说要高出不少，所以说本发明中制备的CA/EP在建筑节能领域有着巨大的应用潜能。

热重分析：

热稳定性是指物质在经过高温加热时仍然能保持质量稳定且不分解。CA和CA/EP的热稳定性是通过热重分析仪来检测。CA从90℃开始分解、蒸发，至213℃时蒸发完全；而加入了膨胀珍珠岩的定型复合相变材料CA/EP从100℃分解，至253℃剩余质量46.7％，与CA/EP复合材料中EP的比例大致相当。而复合相变材料的起始分解温度比纯相变材料的要高，这是由于相变材料与膨胀珍珠岩两者之间的毛细作用和表面张力能阻碍相变材料在高温熔化时的泄露与蒸发。CA和CA/EP的分解温度都在90℃以上，也就意味着CA/EP在常温下的建筑领域中有着良好的热稳定性。

热可靠性分析：

热可靠性是保障相变材料能循环使用的重要因素，它表明在经过多次蓄放热后仍然能保持热性能的稳定性。本发明采用金属浴（CHB－T2－E，BIOER ThermoQ，中国）对定型复合相变材料CA/EP进行500次、1000次加速冷热循环，冷、热源温度设置为10℃、50℃，达到设置温度后恒温2min。循环500次、1000次后，CA/EP的熔化相变温度变化＋0.01℃、－0.12℃，潜热变化－0.95J/g、－2.24J/g；凝固相变温度变化＋1.09 J/g、＋1.54J/g，潜热变化－0.02J/g、＋0.26J/g。从上述结果可以看出经过多次循环后，定型复合相变材料CA/EP的熔化、凝固相变温度和相变潜热几乎没有变化，因此CA/EP具有优良的热可靠性。

导热系数：

从《GB50176－1993民用建筑热工设计规范》可知EP的导热系数为0.058W/m·K。本发明采用导热系数分析仪对CA、CA/EP的导热系数进行测量，测量结果为0.21 W/m·K和0.34 W/m·K。可知定型复合相变材料的导热系数比纯相变材料的导热系数有所提高，增幅为61.9％。这是因为定型复合相变材料的多孔基体的骨架起到了加强热传导的作用，而且孔隙之间存在热辐射，强化了传热，因此导热系数增大。

一种赭石沸石珍珠岩相变智能板：材料组分B：赤铁矿粉20％～50％、沸石粉10％～30％、电气石粉8％～30％、水泥8％～30％、海泡石粉8%～25％、石膏粉2％～6％，碳纤维0.2％～0.9％、外加剂的加入量是占水泥用量（质量）0.01％～0.07％。水的加入量是占沸石粉、水泥、石膏粉总质量的10％～35％选取水。

所述赤铁矿粉200目以上。

所述沸石粉，细度在600目以上。

所述水泥为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰质硅酸盐水泥或复合硅酸盐水泥其中的至少一种。

所述海泡石粉为纤维状的含水硅酸镁：要求SiO₂含量54％～60%，MgO含量21％～25%，细度在500目以上。

所述石膏粉为硬石膏、二水石膏或半水石膏其中的至少一种，细度在100目以上。

所述电气石粉为其一种，细度在600目以上。

所述碳纤维为短切碳纤维，抗拉强度范围在0.5～0.8GPa。

所述外加剂为三乙醇胺。

一种赭石沸石珍珠岩相变智能板制备方法：包括以下步骤。

⑴配方：经过试验确定赭石沸石珍珠岩相变智能板组分B，赤铁矿粉20％～50％、沸石粉10％～30％、电气石粉8％～30％、水泥8％～30％、海泡石粉8%～25％、石膏粉2％～6％，碳纤维0.2％～0.9％、外加剂的加入量是占水泥用量（质量）0.01％～0。07％。水的加入量是占沸石粉、水泥和石膏粉总质量的10％～35％选取水。

⑵制浆工段：将计量后碳纤维加入水，浸泡2～4h备用；沸石粉、水泥、海泡石粉、石膏粉用螺旋输送机送入粉料计量秤计量后再下料；最终掺加改善功能的材料三乙醇胺；粉状物料、外加剂、水和碳纤维在逆流式拌和机内充沛拌合制成均匀浓度的料浆，送至储浆池。

⑶通过称重计量***将定型复合相变材料CA/EP与料浆质量比为15∶85的材料送入搅拌机混合均匀，将混合料装入模具中，在 SVC-4500VA 液压机上以 10mm /min 的速度模压成型，成型最大压力为6 kPa。

⑷成型的板材码垛摆放，在室温下干燥养护7天后，在送入230℃的烘箱中保温 2h，获得成品板材。

⑸检测、包装、入库。

上述赭石沸石珍珠岩相变智能板组分协同作用，其作用机理如下。

成型制度对板材性能的影响：

赭石沸石珍珠岩相变智能板的初期强度是从基板成型过程中获得的，即在高压下，原材料颗粒间紧密接触，依靠分子间吸引力产生了自然的粘结性，使得板的密实度高。颗粒物、在分子的作用下，表面形成了一层薄薄的水化膜，两个带有水化膜的物料存在叠加的公共水膜。在公共水膜的作用下，一部分化学键开始断裂、电离，形成胶体颗粒体系。胶体颗粒大多数表面带有负电荷，可以吸附阳离子。而不同价、不同离子半径的阳离子可以与料中生成的Ca(OH)₂的Ca²⁺等当量吸附交换。由于这些胶体颗粒表面的离子吸附与交换作用，改变了颗粒表面的带电状态，使颗粒形成了一个个小的聚集体，从而在后期反应中产生强度。强度产生体系中，有着液相与固相、固相与固相以及气相与固相之间的反应。比如在加入水泥、胶凝材料后发生的水化反应，就是液相与固相之间的反应；又如料中的Ca(OH)₂被空气中的CO₂碳化生成CaCO₃的反应，就是气相与固相间的反应。这些反应都是从两相的界面开始，不断的深入，使板的强度不断增强。综上所述，物料的充分混匀和板坯的高压成型，为制品后期强度奠定了坚实的基础，而颗粒表面的离子交换和团粒化作用、原料各相间的界面作用，在板强度形成的过程中互相配合，互相补充交错进行，是一个连续的过程。

水化反应的基本过程如下。

首先，水泥中的主要熟料硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙及铁铝酸钙与水发生反应，生成水化硅酸钙、水化硫铝酸钙以及水化铁酸钙和氢氧化钙。其化学反应方程式如下：

硅酸三钙水化反应：C₃S+nH→C-S-H+(3-x)CH

硅酸二钙水化反应：C₂S+nH→C-S-H+(2-x)CH

铝酸三钙水化反应：2C₃A+27H→C4H₁₉+C₂A H₈

在硅酸盐水泥中，C₃A实际上是Ca(OH)₂和石膏存在的环境中水化的，C₃A在Ca(OH)₂饱和溶液中表述：C₃A+CH+12H→C₄AH₁₃

在石膏、氧化钙同时存在的条件下，C₃A虽然开始很快水化成C₄AH_l3，但接着它与石膏反应生成三硫型水化硫铝酸钙(AFt)，其反应式：

C₄AH_l3+3CSH₂+14H→AFt+CH

当水泥浆体中石膏消耗完毕，尚有未完全水化的C₃A时，C₃A的水化产物C₄AH_l3又能与上述反应生成的钙矾石继续反应生成单硫型水化硫铝酸钙(Afm)，表达式：

AFt+2C₄AH_l3→3AFm+2CH+20H

其次，在湿热养护条件下，骨料中无活性的SiO₂与水化反应产生的Ca(OH)₂溶液生成了纤维状晶体的多种水化产物。这些结晶度很好的水化硅酸钙胶凝物质，将其它材料以及未反应的骨料黏结起来，形成了高强度的基板层。其主要反应如下：

CaO+H₂O→Ca(OH)₁₂+15.5kcal

Ca(OH)₂+SiO₂+(n-1)H₂O→CaO·SiO₂·NH₂O

其中，水化硅酸钙(CSH)和水化铝酸钙(CAH)两种水化产物将铁矿尾矿颗粒胶结在一起，并与(AFt)组成赭石沸石珍珠岩相变智能板，基板层骨架结构，承受载荷，从而形成一定强度。微观分析结果表明，免烧板制品中有新物相钙矾石、CSH、和Am生成。免烧板制品表面比较密实，气孔少，晶体均匀生长，大小一致，且有大量的水化产物为长棒状、针状的晶体向孔隙内生长并互相交织填充在空洞。局部棒状、针状晶体和纤维状的晶体聚集在一起形成网络状态的凝胶，这主要由于C₃A水化成C₄AH₁₃，然后与石膏在水热、气氛中加速反应，最后生成针、棒状的三硫型水化硫铝酸钙(钙矾石)结构。钙矾石产生越多越快，则制品密实度越大，强度也高。

加入沸石粉的基理：沸石粉是一种火山灰材料，其活性成分硅铝氧化钙与水泥的水化产物 Ca(OH)₂进行二次水化反应，生成含水硅酸钙凝胶与含水铝酸钙凝胶。从生成物生成过程分析可看出，早期水泥水化产物 Ca(OH)₂含量相对很少，且随着龄期增长其含量也相对增加，同时，含水硅酸钙与含水铝酸钙凝胶生成量也相对提高了，加之，沸石粉中的可溶性硅铝还与石灰生成 4CaO·Al₂O₃·13H₂0 ，不仅可以提高混凝土的密实性与抗压强度，而且混凝土的抗渗性与抗碳化性能等耐久性指标也得到提高。沸石粉是一种多孔结构，在水泥混凝土中起着贮水库作用，自然状态下，其吸附大量的水分与空气，在混凝土拌和物、沸石粉的亲水作用下，水分立即进入沸石粉内部，原来的气体被排放到混凝土拌和物中。混凝土拌和物的结构黏度提高了，粗骨料的裹浆量提高了，混凝土的含水量减少了，和易性得到了全面改善，在混凝土硬化过程中，沸石粉内部吸附的水分又逐步排放出来，沸石粉微粒与水泥凝胶之间通过物化作用更紧密地连接成一个整体，改善了水泥浆与骨料之间的界面结构，提高了混凝土的粘结强度。

加荷速度对板材密度的影响：加荷速度对制品的尺寸稳定性有显著影响，加荷速度越慢，制品的尺寸稳定性越好。膨胀珍珠岩为多孔结构，在受力时会发生弹性变形，因此在压制制品成型后会发生弹性后效，即模压成型后弹性应力的释放，压块将发生弹性膨胀，体积增大，这不仅影响制品的尺寸，还会对制品的质量产生不利影响。为避免其发生，加荷速度应保持在较低水平。若保压时间过短，压力没有传递到应有的深度外力就已消失，则会使试样的密度偏小。在模压成型过程中，备料与模具内壁在摩擦力的作用下会使应力损失，使备料内部受力不均匀，从而导致制品的密度不均匀。一般采用双面模压的方法并持荷一段时间以减小弹性后效。前期研究表明：试样高径比比值愈大，则坯体压强差也愈大，坯体密度在上方最大，下方及中心部位密度较小。这主要是由于：当压力通过压头传到坯料时，靠近压头的坏料层中比较粗的颗粒将该层的细颗粒和超细颗粒分开，使它们不仅在竖向而且在横向上彼此接近。然后压头进一步推进，压力通过靠近压头的密实层向里层传递，并逐渐减少。部分压力还由压头传到模壁上，因此坯体在不同的高度和截面上具有不同的密度。

加荷大小对板材密度的影响：板材的密度随着荷载的增加而增大。施压后，颗粒开始滑动，成紧密状态堆积，密度逐渐提高。从而使板材具有一定的强度。其原因：①具有粗糙表面的颗粒的混合料被压实时，颗粒相互交织在一起，一些颗粒的凸出部分嵌入另一些颗粒的凹陷部分，形成机械强度，即咬合力，把颗粒胶结在一起；②胶黏剂在颗粒表面之间形成一层很薄的薄膜，对颗粒有胶结作用。板材成型过程中的加荷越大，制品的密度越大。板材密度随荷载的变化为非线性关系，经线性回归分析，板材的密度与荷载呈指数增长，即

ρ=0. 07e^{2. 62Q} 。 (1)

式中：ρ为试样的密度，g /cm³；Q为荷载，MPa。

模压成型时混合料受力过程共分为三个阶段：①混合料尚未受到压力(P = 0)，处于松散的堆积状态。各个颗粒的排列是不规则的，互相堆叠，颗粒间呈“架桥”现象，而形成较大空隙。在此阶段，柱塞开始加压，颗粒随着柱塞移动，颗粒间的空隙被较小颗粒所填充，颗粒间的接触很快就趋于紧密，架桥现象消失，空隙减少。在这阶段，压力稍有增加，压块的密度就增加很快。

②当柱塞继续加压，压块逐渐紧密，糊料内呈现一定的阻力。在这一阶段中，压块密度与所施压力成比例地增大。但由于颗粒间的摩擦阻力也随压力和接触表面的增大而上升，当密度达到一定值时，虽然压力继续增加，密度的增加却逐渐变慢。

③压力进一步增加，压块密度不再增加，但在这一阶段可以使压块各部分的密度渐趋均匀。成型制度主要影响制品的密度，密度直接影响导热系数。材料的导热系数和密度的关。

材料的密度与导热系数的关系：在低温状态下，空隙中的气体可以近似认为静止不动，此时热交换的方式仅为导热，没有热交换。根据材料的组成与结构，气体的导热系数小于固体，因此在低温状态下，随着材料孔隙率的增加或表观密度的降低，其导热系数变小。对于多孔材料，若固体材料导热系数为 λs，气体部分导热系数为 λg ，孔隙率为 P，则总导热系数一般介于 λmin 和 λmax 之间。其中，

λmax= λs － (λs－ λg )P， (2)

。 (3)

由式(3)可知：材料的导热系数并不是随着表观密度的减小而无限降低的。当表观密度小于某个临界值时，由于孔隙率过高，空隙中的空气开始发生对流，同时由于气体对热辐射的阻抗能力很低，高孔隙率也会使热辐射传热增加，从而使导热系数增大。

干燥制度对板材性能的影响：干燥和升温制度对制品的强度会产生较大的影响，在一定范围内，板材的强度随干燥温度的升高而增大，当温度达到 210 ～ 230 ℃时，强度达到最高(0.4MPa)。这是由于随着温度的升高，无机粘结剂的固化强度增大，使试样强度提高。当温度超过 250℃ 时，板材的强度反而随温度的升高而下降，这可能是由于有机粘结剂发生碳化，虽然无机粘结剂的粘结强度提高，但是碳化层的温度相对较低，这使胶结面的强度降低，因此板材的强度降低。板材制备的较为合理的干燥温度为 210 ～230 ℃。保温温度过高、升温速度较快时，板材会发生较大的膨胀，有可能造成板材结构的破坏。造成膨胀可能是由于磷酸盐未固化时，处于网状结构的磷酸二氧化铝粘结强度低，如升温速度过快，由于水分蒸发、温度应力、未完全膨胀的珍珠岩原岩的膨胀等原因，致使制品体积膨胀发生变形。

碳纤维的加入起提高物理机械性能作用，电化学性能，由高电阻率非导电材料，变成半导体材料、导电性能材料或铁氧体导磁材料；并且产生智能化特征。

⑴提高力学性能；水泥是脆性材料，但只要加人3vol%的碳纤维就可以完全改变它的脆断特性，其模量可增加2倍，强度提高5倍。如果定向加人，则加入12.3vol%的中强碳纤维便可使水泥的强度从5MPa提高到185MPa，抗弯强度也可达到130MPa。赵稼样认为：用碳纤维增强水泥可以使抗拉强度和抗弯强度提高5～10倍，韧性与延伸率提高20～30倍，结构质量减轻1/2。郭全贵等利用单丝拔出试验测定了CFRC复合材料的界面结合力，认为高强度和高模量碳纤维的加入能有效阻止裂纹的扩展，在复合材料受载时，基体通过界面将载荷传递给碳纤维，从而使碳纤维成为载荷的主要承载者；由于纤维的拔出或断裂吸收了大量的能量，复合材料的抗拉强度、抗弯性能、韧性等力学性能均得到显著改善。邓宗才等研究了CFRC在反复荷载下的应力－应变曲线，认为CFRC具有良好的弹塑性性能，得到了能反映材料特性的曲线方程。

⑵ 改变电阻率；普通水泥基复合材料在干燥条件下的电阻率一般在104～107Ω·m范围内，它既不属于绝缘体，也不属于良导体，而是一种事实上的高电阻率非导电材料。在水泥基体中掺入很少的碳纤维就能显著降电阻率，且随碳纤维掺量的增加，电阻率大幅度下降。降到一定程度后，再增加碳纤维，对于已经呈良好导电性能的试体，作用就不大了。按照渗流理论，当水泥基体中碳纤维掺量达到一定数值后，相互接触的碳纤维构成了无限渗流集团，全部团簇形成渗流网络，试件电导率迅速增加。CFRC试件电阻率的变化对应于复合材料内部微裂纹的发生、扩展和破坏3个阶段。美国Farhad Reza等测定了不同频率下CFRC电阻率的变化，确证了CFRC是一种机敏材料，具有自诊断能力。CFRC复合材料的这种性质，使其可作为一种本征智能型材料，用于混凝土大坝、大桥等工程的自诊断检测。研究表明：只要CFRC中含有0.2vol%的碳纤维，就能改善其力学性能和电学性能。美国纽约州立大学DDL.Chung小组研究了加入5mm长、0.5wt%或1.0wt%(体积比0.15vol%或0.30vol%)的碳纤维到水泥基体中，施加应力后直流电电阻率的变化，利用此性能可将CFRC制成传感器埋到公路底部用于交通控制和监测。

⑶ 增加压敏性；1989年美国的DDL.Chung研究小组首先发现，在水泥基体中掺入短切碳纤维，可使其具有自感知内部应力、应变和损伤程度的功能。随着压应力的变化，CFRC电阻率发生变化的现象称作压敏性，CFRC的主要特性就是压敏性和温敏性。当CFRC试件两端有温差时，会在此两端产生电压差，其冷端为负极，热端为正极，这便是所谓的热电效应。另一方面，当对CFRC施加电场时，会在混凝土中产生热效应，引起所谓的电热效应，这两种效应都是由碳纤维混凝土中空穴性电导运动所致。通过电阻率的变化可以测定CFRC中安全、损伤和失效3个工作阶段。由于CFRC既具有热电效应，又具有电热效应，因此把它“植入”混凝土结构时，可对混凝土结构进行温度分布自诊断，根据诊断结果实现混凝土结构的温度自适应。国外已将碳纤维温敏混凝土用于机场道路及桥梁路面的自适应融雪和融冰，利用CFRC通电后产生的热量能有效地清除路面冰雪；唐祖全等对CFRC的电热效应进行了大量研究，并对其融雪化冰功能进行了尝试。当CFRC与电源连通后，导电混凝土产生热量，使路面温度升高，当温度升到0℃以上后，路面上的冰雪就会自动融化成水而流走，从而保障了道路畅通和行车安全。毛起炤等研究了5mm和10mm长的碳纤维以不同量加入到水泥基试件中的电阻变化率与压应力之间的关系，发现CFRC压敏性与纤维掺量关系密切，对于5mm长的纤维，掺量为0.4wt%时压敏性最好，掺量增加或减少都会使压敏性变差：对于10mm长的纤维，掺量为0.2wt%时效果最好，随着纤维掺量的增加，压敏性越来越小。碳纤维的长度和掺量对CFRC压敏性的影响与复合材料的导电机制有关，此机制可以用隧道模型解释。张巍等分别运用两电极法和四电极法测定了CFRC试件的导电性，析了导电机理，符合隧道效应理论。

⑷ 电磁屏蔽性能：当电磁波由空间射向这些材料时，在其表面产生反射、吸收与透射。电磁屏蔽就是利用金属导电体或者导磁体，对电磁波的反射效应与吸收效应来达到抑制电磁辐射的目的。电磁屏蔽实质上是利用电磁感应现象来达到屏蔽作用的。在外界交变电磁场下，通过电磁感应，屏蔽壳体内产生感应电流，而这电流在屏蔽空间又产生了相反方向的电磁场，从而抵消了外界电磁场，达到屏蔽效果。电磁屏蔽，实际上为了限制从屏蔽材料的一空间向另一空间传递电磁能量。其基本原理是：采用低电阻的导体材料，并利用电磁波在屏蔽导体表面的反射和在导体内部的吸收以及传输过程的损耗而产生屏蔽作用。当材料的屏蔽效能SE达到30～60dB的中等屏蔽值时才认为有效；

本发明的基板层有铁氧体吸波材料特性：属于磁介质型吸波材料，具有较高的磁损耗正切角，依靠磁滞损耗、自然共振、涡流损耗及畴壁共振和后效损耗等磁极化机制衰减、吸收电磁波。铁氧体吸波材料具有电吸收和磁吸收两种功能，是性能极佳的吸波材料，由其制造吸波材料具有吸收强、频带宽及成本低等特点。

海泡石粉的加入主要是增加含硅量利于水化生成物反应，使制品质轻、收缩率低、可塑性好。潮湿时吸收水分、干燥时释放水分产生调湿功能。

加入电气石粉：使功能层产生多孔性、释放和吸附性，在无数的小孔中释放出氧，散发出人体所必需的钾、钠、钙、镁、磷常量元素和锌、铁、硒、铜、锶、碘、氟、偏硅酸等十八种微量元素；对色素和细菌有吸附能力，能够产生永久性微弱电流0.06毫安，与通过人体神经的电流类似，放射远红外线4～14微米的成长光，提高负离子的释放。

外加剂三乙醇胺掺入材料中改变了水泥的水化生成物，且对水泥的水化速度和强度都有加速作用，它能加快、“钙钒石”的生成、提高制品的早强度、而有一定的后期增强作用。

与现有技术相比，本发明具有积极有益效果。

本发明赭石沸石珍珠岩相变智能板：以正癸酸、十四醇(CA)为相变材料，可以随地域不同调整相变温度的范围，膨胀珍珠岩(EP)这一多孔结构的建筑材料作为基体，采用毛细吸附法(真空吸附法)制备定型复合相变材料(CA/EP)，其导热系数及储热性能稳定；解决相变材料液相泄露的问题，达到封装和定型的效果；复合相变材料的相变温度接近纯相变材料，相变潜热近似等于纯相变材料；以赤铁矿尾矿粉为主体材料，沸石粉、水泥、电气石粉、石膏为辅料，利用碳纤维为增强体制成料浆；通过直接掺混法，将料浆与前已制备好的定型复合相变材料CA/EP以—定的比例混合，经模具成型后得到赭石沸石珍珠岩相变智能板，能起到保温调温削峰作用；本发明由于应用功能基元材料改进制备方法与水泥板生产工艺相比，利用沸石70％，降低生产成本10％，减少碳排放80％，产品可回收再利用，投资成本低、绿色、生态、环保；充分发挥功能基元材料复合作用。

本发明CA/EP复合相变材料的参加使得赭石沸石珍珠岩相变智能板导热系数分别下降了39.4％、48.57％和52.49％（未相变），37.94％、46.84％和50.63％（相变完成），蓄热系数分别下降了34.07％、40.62％和44.87％（未相变），30.25％、35.59％和37.65％（相变完成），热惰性系数分别増大8.75％、15.40％和15.96％（未相变），12.33％、21.53％和26.21％（相变完成）。

以高层建筑的典型西向房间为模拟研究对象，在普通水泥墙与相变智能珍珠岩赭石板墙两种***护结构下分别模拟分析其内表面温度、内表面热流密度以及房间室内温度的变化情况并相互比较。模拟结果表明，与普通水泥墙相比，赭石沸石珍珠岩相变智能板墙能使内表面温度最大峰值低3.5℃，削弱了内表面热流57.85％，使室内温度降低2.1℃，且能推迟室内温度峰值时间2.5h。

与现有的制备技术相比：各项技术指标达到国家规范，整体等效导热系数减小、蓄热系数下降、热惰性系数增大，削减高峰负荷并且转移负荷。具有高比强度、高比模量、高韧性、低密度、耐腐蚀、稀释室内有害气体、降解氡、杀虫、灭菌、隔声、吸音、防水、防火，永久释放负离子，施工简方便、成本低性能好可回收再利用，减少污染、减少碳排放，是绿色生态环保材料。可广泛用于石油、化工、电力、冶金等行业作热管道及设备的绝热保温，也可用于建筑屋面、墙体内外的保温隔热。

具体实施方式

实施例1：赭石沸石珍珠岩相变智能板制作，包括。

一种定型复合相变材料，材料组分A；正癸酸CA53％、十四醇2％、膨胀珍珠岩45％、酒精。

一种定型复合相变材料的制备方法：包括以下步骤。

⑴ 经过试验确定配方：材料组分A；正癸酸53％、十四醇2％、膨胀珍珠岩45％、酒精。

⑵ 首先取一定量的膨胀珍珠岩(EP)，置于70℃真空干燥箱内干燥2h。

⑶ 将一定量的膨胀珍珠岩倒入不锈钢柱中，在70℃恒温水浴中抽真空30min。

⑷ 然后将对应比例的液态正癸酸、十四醇溶于酒精，混合均匀后缓慢滴入不锈钢柱中，直至液面淹没膨胀珍珠岩;最后在真空环境中恒温水浴加热并吸附2h，待无酒精冷凝出来后为止。

⑸ 置于70℃干燥箱内3h，随后于常温中冷却即可得定型复合相变材料CA/EP，最后将定型复合相变材料CA/EP存入料灌。

一种赭石沸石珍珠岩相变智能板的制备方法：包括以下步骤。

⑴经过试验确定配方：材料组分B：是赤铁矿尾矿粉40％、沸石粉20％、电气石粉15％、水泥12％、海泡石粉10％、石膏粉2.7％，碳纤维0.3％、外加剂的加入量是占水泥用量（质量）0.04％。水的加入量是占赤铁矿尾矿粉、海泡石粉、水泥和石膏粉总质量的20％～30％选取水。

⑵ 制浆工段：将计量后碳纤维加入水，浸泡2～4h备用；赤铁矿尾矿粉、沸石粉、水泥、海泡石粉、石膏粉用螺旋输送机送入粉料计量秤计量后再下料；最终掺加改善功能的材料三乙醇胺；粉状物料、外加剂、水和碳纤维在逆流式拌和机内充沛拌合制成均匀浓度的料浆，送至储浆池。

⑶ 通过称重计量***将定型复合相变材料CA/EP与料浆质量比为15∶85的材料送入搅拌机混合均匀，将混合料装入模具中，在 SVC-4500VA 液压机上以 10 mm /min 的速度模压成型，成型最大压力为6 KPa。

⑷ 成型的板材码垛摆放，在室温下干燥养护7天后，在送入230 ℃的烘箱中保温2 h，获得成品赭石沸石珍珠岩相变智能板。

⑸ 检测、包装、入库。

实施例2：的赭石沸石珍珠岩相变智能板制作，包括。

一种定型复合相变材料的制备方法：包括以下步骤。

⑷ 然后将对应比例的液态正癸酸、十四醇溶于酒精，混合均匀后缓慢滴入不锈钢柱中，直至液面淹没膨胀珍珠岩；最后在真空环境中恒温水浴加热并吸附2h，待无酒精冷凝出来后为止。

⑴经过试验确定配方：材料组分B：是赤铁矿尾矿粉40％、沸石粉20％、电气石粉15％、水泥12％、海泡石粉10％、石膏粉2.7％，碳纤维0.3％、外加剂的加入量是占水泥用量（质量）0.04％。水的加入量是占赤铁矿尾矿粉、沸石粉、海泡石粉、水泥、石膏粉总质量的20％～30％选取水。

⑶ 通过称重计量***将定型复合相变材料CA/EP与料浆质量比为20∶80的材料送入搅拌机混合均匀，将混合料装入模具中，在 SVC-4500VA 液压机上以 10 mm /min 的速度模压成型，成型最大压力为6 KPa。

⑸ 检测、包装、入库。

通过改变定型复合相变材料CA/EP与料浆质量比的试验，选择定型复合相变材料CA/EP与料浆质量比为20∶80的最佳。

主要技术指标：平均隔声量≥32dB（1/3倍频程，125Hz～4000Hz）——按GBJ75—1984《建筑隔声测量规范》及GBJ121—1988《建筑隔声评价标准》测定。

平均吸声系数≥0.70（1/3倍频程，125Hz～4000Hz）——按GBJ47—1983

《混响室吸音系数测量规范》测定。

耐冻融性能——按JG149—2003《膨胀聚苯板薄抹灰外墙保温***》中6.2.4耐冻融试验方法进行，循环20次后，试件无剥落、开裂、起层等现象。

防火性能B或以上级——按GB/T5456—1999《建筑材料不燃性试验方法》及GB8624—1997《建筑材料燃烧性能分级方法》测定。

耐侯性能——按JG149—2003《膨胀聚苯板薄抹灰外墙保温***》中附录C的试验方法进行，试验后试件表面无裂纹、粉化、剥落等现象。

（执行标准：CECS380：2014 DBJ41/T134-2014DB34/T2418-2015）：

参考文献。

《碳纤维增强水泥基复合材料的发展与研究》、(西北工业大学材料学院，西安710072)李克智、王闯、李贺、石振海。

《鄂西赤铁矿尾矿制备免烧砖工艺及机理研究》、(武汉理工大学)、张婷婷。

《复合相变水泥板的制备及其传热特性研究》、(西南交通大学)、李天宇。

《掺沸石粉配制高性能混凝土试验研究》、 (中铁第五勘察设计院集团有限公司)、季雷。

Claims

1.一种赭石沸石珍珠岩相变智能板，体具是相变智能珍珠岩沸石纤维保温板，包括外墙板、内墙板、地板、吊顶板、屋面板、曲面板、弧面板；其特征在于：包括材料组分A，材料组分B；以重量百分比计，其制备方法包括以下步骤：

一种定型复合相变材料的制备方法：

⑴ 配方：材料组分A；正癸酸35％～65％、十四醇1％～4％、膨胀珍珠岩30％～60％、酒精；

⑵首先取一定量的膨胀珍珠岩(EP)，置于70℃真空干燥箱内干燥2h；

⑶将一定量的膨胀珍珠岩倒入不锈钢柱中，在70℃恒温水浴中抽真空30min；

⑷然后将对应比例的液态正癸酸、十四醇溶于酒精，混合均匀后缓慢注入不锈钢柱中，直至液面淹没膨胀珍珠岩；最后在真空环境中恒温水浴加热并吸附2h，待无酒精冷凝出来后为止；

⑸置于70℃干燥箱内3h，随后于常温中冷却即可得定型复合相变材料CA/EP，最后将定型复合相变材料CA/EP存入料灌；

一种赭石沸石珍珠岩相变智能板制备方法：包括以下步骤：

⑴配方：材料组分B，赤铁矿尾矿粉20％～50％、沸石粉10％～30％、电气石粉8％～30％、水泥8％～30％、海泡石粉8%～30％、石膏2％～6％，碳纤维0.2％～0.9％、外加剂的加入量是占水泥用量（质量）0.01％～0．07％；水的加入量是占赤铁矿尾矿粉、沸石粉、电气石粉、海泡石粉、水泥、石膏和碳纤维总质量的10％～35％选取水；

⑵制浆工段：将计量后碳纤维加入水，浸泡2～4h备用；赤铁矿尾矿粉、沸石粉、电气石粉、海泡石粉、水泥、石膏粉用螺旋输送机送入粉料计量秤计量后再下料；最终掺加改善功能的材料三乙醇胺；粉状物料、外加剂、水和碳纤维在逆流式拌和机内充沛拌合制成均匀浓度的料浆，送至储浆池；

⑶通过称重计量***将定型复合相变材料CA/EP与料浆质量比为15∶85的材料送入搅拌机混合均匀，将混合料装入模具中，在 SVC-4500VA 液压机上以 10mm /min 的速度模压成型，成型最大压力为6 kPa；

⑷成型的板材码垛摆放，在室温下干燥养护7天后，在送入230 ℃的烘箱中保温2h，获得成品板材；

⑸检测、包装、入库。

2.根据权利要求 1 所述变智能珍珠岩沸石板，其特征在于，所述正癸酸为熔点31.4℃、含量98%其一种；所述十四醇为熔点38℃、含量98%其一种。

3.根据权利要求 1 所述变智能珍珠岩沸石板，其特征在于，所述酒精为学名是乙醇，分子式C₂H₆O；所述膨胀珍珠岩为60—100目其一种。

4.根据权利要求 1 所述变智能珍珠岩沸石板，其特征在于，所述赤铁矿尾矿粉，细度在60目以上；所述沸石粉细度在200目以上。

5.根据权利要求 1 所述变智能珍珠岩沸石板，其特征在于，所述电气石粉在600目以上。

6.根据权利要求 1 所述变智能珍珠岩沸石板，其特征在于，所述水泥为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰质硅酸盐水泥或复合硅酸盐水泥其中的至少一种。

7.根据权利要求 1 所述变智能珍珠岩沸石板，其特征在于，所述海泡石粉为细度在500目以上。

8.根据权利要求 1 所述变智能珍珠岩沸石板，其特征在于，所述石膏粉为硬石膏、二水石膏或半水石膏其中的至少一种，细度在100目以上。

9.根据权利要求 1 所述变智能珍珠岩沸石板，其特征在于，所述碳纤维为短切碳纤维，抗拉强度范围在0.5～0.8GPa。

10.根据权利要求 1 所述变智能珍珠岩沸石板，其特征在于，所述外加剂为三乙醇胺。