一种高储热混凝土材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种高储热混凝土材料及其制备方法和应用，属于建筑材料技术领域。本发明专利技术的一种高储热混凝土材料，各组分重量份数为：水泥18份～20份，淀粉1份～2份，砂20～25份，储热芒硝16～20份，芳纶纤维1～5份，天然卵石子15～25份；其中：水泥、储热芒硝和淀粉用水混合均匀后，用真空冷冻干燥工艺进行干燥后使用。本发明专利技术充分利用初凝期的可塑性，将水泥活性部分激发后，然后进行真空冷冻干燥工艺，冰晶升华干燥后，形成灰白色蜂窝状薄脆块的结构，该结构为粉碎至任意粒度打下良好的基础。而且，能够应用于各种建筑使用，还具有高储热的功能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于建筑材料
，具体地说，涉及一种高储热混凝土材料及其制备方法和应用。
技术介绍
国家标准规定：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥等六类硅酸盐水泥初凝时间不得早于45min，一般为1～3h；终凝时间除硅酸盐水泥不迟于6.5h外，其余水泥终凝时间不得迟于10h，一般为5～8h凡初凝时间不符合规定者为废品，终凝时间不符合规定者为不合格品。混凝土在确保达到终凝的情况下，一般情况下，凝固时间越短越好，可以缩短施工时间。水泥达到终凝后，水泥的各项强度就成型了，也不会增长了，因此，在保证混凝土硬度的前提下，缩短终凝期是技术人员重点考虑的研究方向。还有就是，大楼主框架施工完毕后，建筑工人需要向大楼喷水，这是因为当天气干热时，水蒸发很快，当水泥还未完全凝固前，水就蒸发没了，水泥与水和空气发生化学反应就停止，水泥无法完全凝固，其硬度就达不到设计要求。所以当其缺水时，要及时补水，确保水泥完全凝固。储热混凝土是在普通混凝土中添加一定含量的相变蓄热组分材料制成的一种新型水泥基复合材料。普通混凝土比热容都比较小，在混凝土中添加一定含量的无机盐晶体和碳纤维等储热组分，可改善其蓄热性能，但碳纤维价格较高，在混凝土中使用将使储热混凝土的成本较高。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。中国专利申请号：201510656866.2，公开日：2015-12-15的专利文献公开了是一种利用淀粉渣改性生土材料的方法，包括：(1)将生土、无机胶凝材料按比例称量混合均匀；(2)将淀粉渣干燥、粉磨,按比例称量后加水煮沸得到浆液；(3)按一定配比称量外加剂，并将其与所述步骤(2)中制得的淀粉渣浆液混合均匀；(4)将所述步骤(3)制得的混合液加入所述步骤(1)的混合料中，强力搅拌均匀，将湿混后混合料送入真空练泥机中练泥后，挤出成型，其中水的质量为固体总质量的22～30％；(5)将所述步骤(4)中挤出成型的生土材料，自然干燥养护28天。该专利技术制备工艺简单，属于低成本的新型环保建筑材料，其使用的原料来源广泛，大大减少了原材料与运输的成本。该专利技术虽然使用到了淀粉渣，但只是出于降低成本的需要。中国专利公开号：102173664A，公开日：2011-9-7的专利文献公开了一种芳纶纤维-石蜡复合相变储能混凝土。该专利技术为一种芳纶纤维-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芳纶纤维以及增加机械强度的纤维增强材料。制备时首先将石蜡与芳纶纤维混合加热石蜡全部融化，并不断搅动使石蜡与芳纶纤维混合均匀成粘稠状；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芳纶纤维-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芳纶纤维作为导热添加剂，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，该专利技术的芳纶纤维-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
要解决的技术问题针对现有技术中混凝土终凝期长、影响施工周期以及储热混凝土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高储热混凝土材料及其制备方法和应用。它可以实现缩短混凝土终凝期，并可以让其在短时间内完全凝固而不影响硬化质量，应用于外墙时，还有保温的效果，而且还具备储热功能。技术方案本专利技术的技术原理是，水泥和水以后，发生一系列物理与化学变化，随着水泥水化反应的进行，水泥浆体逐渐失去流动性、可塑性，进而凝固称具有一定强度的硬化体，这一过程成为水泥的凝结，前期为初凝期，后期为终凝期，而整个凝固的过程，往往伴随着的是放热的过程，专利技术人充分利用初凝期的可塑性，将其与淀粉混合并和水搅拌后，将水泥活性部分激发后，会产生热量，部分淀粉会有糊化成胶状膨胀的效果，迅速进行真空冷冻干燥，在升华吸热的前提下，料温迅速降低，保持其活性和产生大量冰晶充实在冻体状态的初凝体中，这些冰晶甚至能够对水泥和淀粉的粉体颗粒表面进行破坏，甚至能够刺破颗粒表面，然后进行真空冷冻干燥工艺，而真空冷冻干燥的作用是保持该活性，冰晶升华干燥后，在原位产生大量的细小空隙，形成灰白色蜂窝状薄脆块的结构，该结构由于水分含量小且膨松，为粉碎至任意粒度的微粉料打下良好的基础。本专利技术选择储热芒硝作为储热主要成分的技术原理为：芒硝是一种低成本、高储热性能的商用相变材料，其相变温度32.4℃，相变潜热为254kJ/kg，体积储热密度为377MJ/m³，但在将芒硝应用于混凝土材料的过程中，容易出现过冷和相分离现象，导致材料析出，降低循环寿命，严重制约芒硝在混凝土中的实际应用，经过分析得出：产生过冷现象是由于结晶水合盐的结晶成核性能较差，因此实际应用过程中需要添加防过冷剂和防相分离剂，经过多次试验，在本专利技术的储热混凝土材料中选择了防过冷剂硫酸钙和防相分离器高分子吸水树脂，这样，用芒硝、硫酸钙和高分子吸水树脂三者结合制成储热芒硝应用于混凝土中，就能制得储热混凝土材料，在此配方的基础上，再充分利用芳纶纤维具有柔软性好、耐高温、高强度、高模量、且价格便宜等优点，将芳纶纤维加入到储热混凝土材料中，可以显著提高其强度和支撑作用以及储热性能。将储热芒硝和淀粉、水泥和水一起混合后进行冻干，储热芒硝中的水分进行彻底的升华后，储热芒硝产生的脱水通道被淀粉或水泥补位，在储热芒硝的表面形成保护层，加强了储热芒硝的吸热和放热的持久性。为达到上述目的，本专利技术提供的技术方案为：一种高储热混凝土材料，各组分重量份数为：水泥18份～20份，淀粉1份～2份，砂20～25份，储热芒硝16～20份，芳纶纤维1～5份，天然卵石子15～25份；其中：水泥、储热芒硝和淀粉用水混合均匀后，用真空冷冻干燥工艺进行干燥后使用。一种高储热混凝土材料的制备方法，步骤为：A、混合后搅拌：将水泥、储热芒硝和淀粉混合均匀后，加水搅拌均匀成初凝体；B、摊薄：将初凝体迅速摊薄至模具中；C、冻干：转入真空冷冻干燥仓内冻干后呈灰白色蜂窝状薄脆块；D、粉碎：将薄脆块进行粉碎呈微粉料；E、真空包装；F、应用：具体应用过程中，拆包装后混合砂、天然卵石子、芳纶纤维、水使用。优选地，所述步骤B模具的厚度为2～5cm；所述的储热芒硝是芒硝、硫酸钙和高分子吸水树脂的混合物，重量比为5：2：1。优选地，所述真空冷冻干燥仓内的真空冷冻干燥的曲线为：a、升华速冻期：干燥仓抽真空至180Pa以内，保持2～2.5h；；b、升温期：15～20分钟内板温升温至100～110℃，保持真空至180Pa以内；c、升华高峰期：板温100～110℃保持1～1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高储热混凝土材料，包括水泥、淀粉、砂、天然卵石子、储热芒硝和芳纶纤维，其特征在于：各组分重量份数为：水泥18份～20份，淀粉1份～2份，砂20～25份，储热芒硝16～20份，芳纶纤维1～5份，天然卵石子15～25份；其中：水泥、储热芒硝和淀粉用水混合均匀后，用真空冷冻干燥工艺进行干燥后使用。

【技术特征摘要】
1.一种高储热混凝土材料，包括水泥、淀粉、砂、天然卵石子、储热芒硝和芳纶纤维，其特征在于：各组分重量份数为：水泥18份～20份，淀粉1份～2份，砂20～25份，储热芒硝16～20份，芳纶纤维1～5份，天然卵石子15～25份；其中：水泥、储热芒硝和淀粉用水混合均匀后，用真空冷冻干燥工艺进行干燥后使用。2.一种根据权利要求1所述的高储热混凝土材料的制备方法，其特征在于：步骤为：A、混合后搅拌：将水泥、储热芒硝和淀粉混合均匀后，加水搅拌均匀成初凝体；B、摊薄：将初凝体迅速摊薄至模具中；C、冻干：转入真空冷冻干燥仓内冻干后呈灰白色蜂窝状薄脆块；D、粉碎：将薄脆块进行粉碎呈微粉料；E、真空包装；F、应用：具体应用过程中，拆包装后混合砂、天然卵石子、芳纶纤维、水使用。3.根据权利要求2所述的一种高储热混凝土材料的制备方法，其特征在于：所述步骤B模具的厚度为2～5cm；所述的储热芒硝是芒硝、硫酸钙和高分子吸水树脂的混合物，重量比为5：2：1。4.根据权利要求2所述的一种高储热混凝土材料的制备方法，其特征在于：所述真空冷冻干燥仓内的真空冷冻干燥的曲线为：a、升华速冻期：干燥仓抽真空至180Pa以内，保持2～2.5h；；b、升温期：15～20分钟内板温升温至100～110℃，保持真空至180Pa以内；c、升华高峰期：板温100～110℃保持1～1.5h，真空保持110±5Pa；d、中温期：板温降至80～90℃保持1.5～2h，真空保持60～80Pa；e、解析干燥期：板温降至60～70℃保持1～2h，真空保持40～60Pa；f、恒温期：板温降至55℃、物料温度50±1℃，真空保持40...

【专利技术属性】
技术研发人员：候衍荣，纪秀风，
申请(专利权)人：马鞍山华之智信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34