一种具有导热和储热功能的混凝土材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有导热和储热功能的混凝土材料及其制备方法，属于建筑材料技术领域。本发明专利技术的一种具有导热和储热功能的混凝土材料，包括水泥、石英砂、天然卵石子、石墨、水、减水剂、膨胀剂，还包括相变聚乙烯微胶囊和芳纶纤维；各种组分重量份数为：水泥15份～25份，石英砂15份～25份，天然卵石子15份～25份，石墨10份～15份，水20份～30份，减水剂1份～3份，膨胀剂1份～3份，相变聚乙烯微胶囊5份～10份，芳纶纤维1份～5份；本发明专利技术的制备方法是经过水泥浆的制备、导热和储热混凝土浆的制备、混凝土浇筑三个步骤，工序简单。本发明专利技术可以实现制得的一种具有导热和储热功能的混凝土材料具有导热和储热效果好的双重目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于建筑材料
，具体地说，涉及一种具有导热和储热功能的混凝土材料及其制备方法。
技术介绍
导热混凝土是在普通混凝土中添加一定含量的导热组分材料制成的一种新型水泥基复合材料。普通混凝土既不属于绝缘体也不属于良导体，在混凝土中添加一定含量的石墨和碳纤维等导热组分，可改善其导热性能。混凝土中加入导热相材料后可成为导热混凝土，同时具备热和电的感知和转换能力，是一种新型智能混凝土，可在电工、电子、采暖、电磁干扰屏蔽、防静电、钢筋阴极保护等方面发挥重要作用。目前关于导热混凝土的导热相多采用碳纤维，碳纤维价格较高，添加后使导热混凝土的成本增高，相比碳纤维而言，石墨和芳纶纤维获取相对容易、价格也低廉，又具有良好的导热性和化学惰性，况且，芳纶纤维还具有柔软性好和耐高温的优点，因此，石墨和芳纶纤维可以作为导热相材料，但石墨和芳纶纤维由于其相变潜热较低和常温下不易产生相变，因此，它们的储热性能和效果较差。利用某些物质在相转变过程中的吸热和放热现象，可以进行热能贮存和温度调节控制。具有热能贮存和调节控制功能的这些物质称为相转变材料(PCM，phasechangematerials)，也称相变材料。根据材料组成的不同，相变材料可以分为无机相变材料、有机相变材料和高分子相变材料；根据相变方式的不同，可分为固-液相变材料和固-固相变材料。不同相变材料各有其不同的特点，应用上也存在一定的局限性。中国专利公开号：102173664A，公开日：2011-9-7的专利文献公开了一种石墨-石蜡复合相变储能混凝土。该专利技术为一种石墨-石蜡复合相变储能混凝土，它以水泥，水，砂，碎石，减水剂为基体，还含有石蜡相变材料和增强导热作用的石墨以及增加机械强度的纤维增强材料。制备时首先将石蜡与石墨混合加热石蜡全部融化，并不断搅动使石蜡与石墨混合均匀成粘稠状；将砂、碎石投入搅拌机后，投入纤维、水泥进行干拌，随后加入水和减水剂快速搅拌均匀；然后将上述融化后的石墨-石蜡粘稠状混合物投入上述混凝土拌合物中混合均匀即可。该专利技术由于在石蜡中添加了石墨作为导热添加剂，提高了相变储能混凝土的导热系数，从而提高了储能材料热量储存和释放效率。但由于混凝土中的石蜡是一种有机物的混合物，与混凝土中的其它物质不能很好的融合，因此，该专利技术的石墨-石蜡复合相变储能混凝土在使用一段时间后，石蜡会慢慢渗出而造成该混凝土的热量的储存和释放效率逐渐降低。
技术实现思路
1.要解决的技术问题针对现有技术中导热混凝土中存在的导热性较差、不能储热和现有的储热混凝土存在热量的储存和释放效率逐渐降低的问题，本专利技术提供了一种具有导热和储热功能的混凝土材料及其制备方法。它可以实现利用该制备方法制得的一种具有导热和储热功能的混凝土材料具有导热和储热效果好的双重目的。2.技术方案本专利技术的一种具有导热和储热功能的混凝土材料中选择相变聚乙烯微胶囊作为储热主要成分的技术原理为：微胶囊技术是一种用成膜材料把固体或液体包覆形成微小粒子的技术，得到的微小粒子称微胶囊，一般粒子大小在1～300μm范围内。包在微胶囊内部的物质称为囊心(也称为芯材、内核)，囊心物质为PCM的称为微胶囊相变材料(MPCM)。微胶囊相变材料是将微胶囊技术引入相变材料，增大了传热面积，防止了相变物质与周围环境的反应，控制了相转变时PCM的体积变化，提高了相变材料的使用效率。目前可作为微胶囊内核物质的固-液相变材料有结晶水合盐、共晶水合盐、直链烷烃、石蜡类、脂肪酸类和聚乙二醇等。微胶囊外部为成膜材料形成的包覆膜，称为壁材(也称为外膜、囊壁)，壁材通常为合成高分子材料，可选用的壁材有聚乙烯、聚苯乙烯、聚脲、聚酰胺、环氧树脂、脲醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂等。此外，有些微胶囊相变材料中还含有成核剂等其它助剂，用来改善相变材料的性能。利用上述原理，专利技术人经过多次的试验制得适用于混凝土的相变聚乙烯微胶囊，这种相变聚乙烯微胶囊是一种具有化学性质稳定、相变潜热大、无过冷及相分离现象的相变储热材料，将这种相变聚乙烯微胶囊掺入导热混凝土中具体良好的维持温度恒定和储存余热的功能。为达到上述目的，本专利技术提供的技术方案为：一种具有导热和储热功能的混凝土材料，包括水泥、石英砂、天然卵石子、石墨、水、减水剂、膨胀剂，还包括相变聚乙烯微胶囊和芳纶纤维，各种组分的重量份数为：水泥15份～25份，细石英砂15份～25份，天然卵石子15份～25份，石墨10份～15份，水20份～30份，减水剂1份～3份，膨胀剂1份～3份，相变聚乙烯微胶囊5份～10份，芳纶纤维1份～5份。优选地，所述的相变聚乙烯微胶囊是以聚乙烯为聚合物壳材、石蜡为相变材料，通过以下步骤制作而成：1)制备油相和水相：将相变材料与聚合物壳材融化后混合均匀作为油相，其中：相变材料占油相的质量百分比在5～80％之间，所述的聚合物壳材占油相的质量百分比在20～95％；所述的相变材料采用石蜡，所述的聚合物壳材采用聚乙烯；将乳化剂分散在水中作为水相，其中乳化剂的占水相的质量百分比为0.5～4％；2)用匀浆机剪切：将步骤1)制得的油相和水相转入匀浆机剪切，使油相均匀分散在水相中形成O/W乳液，剪切速度为2000～8000Rmp；3)将步骤2)制得的O/W乳液转移到水热反应釜中，在120～200℃温度下反应12～24小时后，自然冷却，即得到相变聚乙烯微胶囊。优选地，所述的水泥为42.5级普通硅酸盐水泥。优选地，所述的天然卵石子为d≤10mm的卵石子。优选地，所述的芳纶纤维规格为：d＝0.15mm；L＝5～8mm。一种具有导热和储热功能的混凝土材料的制备方法，其具体步骤如下：A.水泥浆的制备：将水泥和水计量后混合搅拌；B.导热和储热混凝土浆的制备：将计量后的石英砂、天然卵石子、相变聚乙烯微胶囊、石墨、芳纶纤维加入到A步骤制得的水泥浆后混合搅拌，搅拌速度为800～1500rpm，搅拌时间为1min，再加入计量后的减水剂和膨胀剂继续搅拌10min；C.混凝土浇筑：将B步骤制得的导热和储热混凝土浆注入模具中，20～30℃下养护28天，硬化得到具有导热和储热功能的混凝土材料。3.有益效果采用本专利技术提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：(1)本专利技术的一种具有导热和储热功能的混凝土材料，除添加了混凝土常用的水泥、石英砂、天然卵石子、水、减水剂、膨胀剂外，还添加了导热性能好的石墨、芳纶纤维和具有良好储热功能的相变聚乙烯微胶囊，显著提高了混凝土的导热和储热性能，改善了混本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有导热和储热功能的混凝土材料，包括水泥、石英砂、天然卵石子、石墨、水、减水剂和膨胀剂，其特征在于：还包括相变聚乙烯微胶囊和芳纶纤维；各种组分重量份数为：水泥15份～25份，石英砂15份～25份，天然卵石子15份～25份，石墨10份～15份，水20份～30份，减水剂1份～3份，膨胀剂1份～3份，相变聚乙烯微胶囊5份～10份，芳纶纤维1份～5份。

【技术特征摘要】
1.一种具有导热和储热功能的混凝土材料，包括水泥、石英砂、天然卵石子、石墨、水、
减水剂和膨胀剂，其特征在于：还包括相变聚乙烯微胶囊和芳纶纤维；各种组分重量份数为：
水泥15份～25份，石英砂15份～25份，天然卵石子15份～25份，石墨10份～15份，水
20份～30份，减水剂1份～3份，膨胀剂1份～3份，相变聚乙烯微胶囊5份～10份，芳纶
纤维1份～5份。
2.根据权利要求1所述的一种具有导热和储热功能的混凝土材料，其特征在于：所述的
相变聚乙烯微胶囊是以聚乙烯为聚合物壳材、石蜡为相变材料，通过以下步骤制作而成：
1)制备油相和水相：将相变材料与聚合物壳材融化后混合均匀作为油相，其中：相变材
料的占油相的质量百分比在5～80％，所述的聚合物壳材占油相的质量百分比在20～95％；
所述的相变材料采用石蜡，所述的聚合物壳材采用聚乙烯；将乳化剂分散在水中作为水相，
其中乳化剂的占水相的质量百分比为0.5～4％；
2)用匀浆机剪切：将步骤1)制得的油相和水相转入匀浆机剪切，使油相均匀分散在水相
中形成O/W乳液，剪切速度为2000～8000Rmp；
3)将步骤2)制得的O/W乳...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙金金，武加耀，吴剑锋，汪德忠，张冰冰，
申请(专利权)人：马鞍山市博浪热能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34