相变储能混凝土制备及其力学性能研究.pdf
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1、2 0 1 3 年 第 1期 (总 第 2 7 9 期 ) Nu mb e r 1 i n 2 0 1 3 ( T o t a l No 2 7 9 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 T HE0RET I CAL RES E ARCH d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 3 0 1 0 1 4 相变储能混凝土制备及其力学性能研究 石宪 。崔宏志 ( 深圳大学 土木工程学院,广东 深圳 5 1 8 0 6 0 ) 摘要: 采用正十二醇为相变材料, 无机多孑 L 材料陶粒作为基体材料。 采用真空吸附的方式让陶粒吸
2、附相变材料 , 陶粒对 相变材料的质量吸附率最终可达 4 9 1 。 经表 面封装之后 , 制备出多孔材料基相变复合材料 。 采用树脂和改性水泥浆对相变储 能陶粒进行表面封装, 有效解决了相变材料从陶粒表面渗漏 的问题。 对相变储能陶粒的热物理性能和稳定性的测试结果表明, 经 过 1 5 0 次相变循环试验 , 相变储能陶粒表面保持完好, 相变材料的质量损失率均在 5 以下 。 将相变储能陶粒作为粗骨料制备出 相变储能混凝土, 对其主要热物理性能和力学性能进行 了试验研究 , 在配合比相同的情况下, 相变储能混凝土的热物理性能优于 普通陶粒混凝土 , 但其抗压强度低于普通陶粒混凝土。 关键词:
3、 相变储能材料 ;混凝土 ;相变循环 ;导热系数;抗压强度 中图分类号 : T U 5 2 8 0 1 文献标志码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 3 ) 0 1 0 0 4 8 0 3 Ph a s e c h a n ge e n e r g y s t or a ge c o n c r e t e p r e p a r a t i o n a n d i t s m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s S HIXi a n, CUI Ho n g - z h i ( Co l l e g e o f Ci
4、v i l E n g i n e e ri n g , S h e n z h e n Un i v e r s it y , S h e n z h e n 5 1 8 0 6 0, C h i n a ) Abs t r ac t : La u r y l a l c o ho l a n d c e r a mi s i t e, a k i n d of i n o r g a n i c po r o us ma t e r i a l , we r e r e s pe c t i v e l y u s e d a s t h e p h a s e c h an g e ma
5、 t e r i a l an d the s u p p o r t i n g ma t e r i a 1 B y e x t r a c t i n g a i r , t h e c e r a mi s i t e we r e a b l e t o a b s o r b the p h a s e c h a n g e ma t e ri a l and t h e t o t a l ma s s a b s o r p t i v i ty c o ul d a mou n t to 49 1 Af t e r the s u r f a c e s o f the p
6、 h a s e c h a ng e ma t e ria l c o mp o s i t e s b e i n g e n v e l o p e d the p o r o u s ma t e r i a l b a s e d ph a s e c h a n g e ma t e r i a l c o u l d b e o b t a i ne dThe p h a s e c h an g e ma t e r i a l c o mpo s i t e a g g r e g a t e s we r e e n v e l o pe d b y r e s i n a
7、nd mo d i fie d c e me n t past e, and the p h a s e c h ang e ma t e ri a l l e a k a g e c o u l d b e a v o i d e d T h e the r mo p h y s i c a l p r o p e r t i e s a n d s t a b i l i ty o f the r e s u l t i n g a g g r e g a t e s we r e i n v e s t i g a t e d, a nd t h e r e s ul t s i nd
8、i c a t e d t h a t , a fte r 1 5 0 r e c y c l e s o f p ha s e c h an g e, t h e s u r f a c e s o f t h e r e s u l t i ng a g gre g a t e s we r e s t i l l i n g oo d c o nd i t i o n an d the mass l o s s f a c t o r o fp h a s e c h a n g e ma t e r i a l we r e l e s s than 5 Th e r e s ul t
9、 i n g a g gre g a t e s we re u s e d a s c o a r s e a g gre g a t e s t o p r e pare the p h a s e c h an g e e n e r g y s t or a g e c o n c r e t e s an d the r e s e arc h e r s di d e x pe r i me n t a l i n v e s t i g a t i o n s o n t he i r ma i n t h e r mo p h ys i c a l p r o p e r t
10、i e s an d me c ha ni c a l p r o p e r t i e s Ac c o r di n g to t h e r e s u l t s , i t c o u l d b e c o n c l u d e d t h a t , f o r the s a me mi x p r o p orti o n, the the r mo p hy s i c a l p r o p e rti e s o f p ha s e c h an g e e n e r g y s t o r a g e c o n c r e t e we r e b e t
11、t e r t h a n t h os e of n o r m a l c o n c r e t e , whi l e the c o mp r e s s i v e s t r e n g t h wa s l o we r than that o fn o r ma l c e r a ms i t e c o n c r e t e Ke y wo r d s : p h a s e c h a n g e e n e r g y s t o r a g e ma t e r i a l ; c o n c r e t e; p h ase c h ang e r e c y
12、c l e ; the r m a l c o n d u c t i v i ty; c o mp r e s s i v e s t r e n g t h 0 引言 社会经济发展使人们必须重视环境保护和节能降耗 , 绿色建材将会成为今后建筑材料 的发展方 向。 具有相变储 能功能的混凝土不仅具备传统建筑材料的力学性能 , 而且 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 。 目前, 相变材料与建筑材料基体复合的 方法主要有 3 种 : 一是浸渍法 , 即将相变材料直接浸入成 型后的建筑材料中, 如石膏板、 水泥混凝土试块等。 二是微 胶囊法, 即先制得含相变
13、材料的微胶囊 , 或先将含有相变 材料的微胶囊 复合组成大胶囊 , 然后在建筑材料制备过程 中掺人该微胶囊或大胶囊 , 制得具有相变特性的建筑材料 。 三是直接混合法 , 即将相变材料直接与建筑材料基体混合 , 收稿日期:2 0 1 2 0 7 1 4 基金项 目:广东省大学生创新试验项 目全额资助( 1 0 5 9 0 1 2 0 1 4 ) 48 如将相变材料浸入半流动性硅石细粉 中, 然后掺入建筑基 体 中。 多孔 材料 内部有 很多孔 隙 , 可 以吸附液体 相变材料 成 为相变材料 的载体 。 目前常用 的建筑材料 中 , 活性炭 、 石 膏板 、 硅藻 土 、 陶粒等都是 多孔 结
14、构 的材料 。 本研究 的 目的是制备一种具 有相变储能功 能的结构一 功能一体化 的材料, 即这种材料既有很好的力学性能又具有相变储 能功能。 在本研究 中采用正十二醇为相变材料 , 无机多孔 材料超轻陶粒作为基体材料。 采用真空吸附的方式 吸附相变材料 , 经表面封装之后 , 制备 出定形 相变材料 。 然后将其作为混凝土的粗骨料 , 制备出具有相变储能功能 的混凝土 , 并对相变储能混凝土的热物理性能和力学性能 进行了研究 。 为当量导热系数 。 1 4 相变储能混凝土力学性能试验方法 相变储能混凝土的力学性 能试验 按照 G B T 5 0 0 8 1 2 0 0 2 普通混凝土力学性
15、能试验方法 进行。 本研究重点在 于相变循环对相变储能混凝土的抗压强度的影 响。 2 测试结果及讨论 2 1 相变循环 测试 试验显示 , 用树脂和水泥浆封装后的陶粒表面都有较 好 的密封性 。 表 2列出了经过不 同次数 的相变循环后 , 用 树脂和改性水泥浆封装的相变陶粒 的质量变化 , 从表中可 以看 出, 用树脂和改性水泥浆封装的陶粒 , 其质 量稳定性 都较好 , 相变循环 1 5 0 次之后 , 这两种封装方式 均未超过 5 , 但 比较而言 , 用树脂 封装的陶粒其质量损失更小 , 未 超过 1 。 相 比之下 , 未封装的相变陶粒其质量损失达到 了 2 5 。 这个区别 主要是
16、 由于树脂和改性的水泥浆这两种材 料在固化后的渗透性不同, 硬化树脂的渗透性远低于水泥 浆体 , 因此其封装效果较好 。 从本研究 的测试结果来看 , 树 脂对相变陶粒的封装效果最好 。 这一测试结果与其他 的文 献 4 5 研究是相一致的 , 但 以上相关研究所测 的相变循环 次数较少。 表 2 不同相变循环次数时相变陶粒的质量损失百分比 2 2混凝土热物理性能 表 3 列 出了普通轻骨料混凝土和相变储能混凝 土试 件 的导热 系数 的数值 。 L WA C( L i g h t w e i g h t A g g r e g a t e C o n c r e t e ) 是骨料为轻质陶粒
17、 的混凝土 ; P C MC 1 ( P h a s e C h a n g e Ma t e r i a l s C o n c r e t e ) 是使用树脂封装 的相 变陶粒 为粗骨料 的混凝土 ; P C MC 2是使用改性水泥浆封装的相变 陶粒为 粗骨料的混凝土。 从该表中可知 , 在配合 比相同的情况下 , 两种 相变混凝土 的导 热系数均低 于普通轻 骨料混凝土 , 这 说明相变储 能混凝土具有更 好的阻热性 能和热惰性 , 即具有更好 的保温隔热性能 。 从表 中可知 , 用树脂封装陶 粒的相变混凝 土其导 热系数 大于用 改性水 泥浆封装 陶粒 的相变混凝 土的导热系数 ,
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