一种相变钢球及其制备方法和相变混凝土技术

本发明专利技术适用于混凝土技术领域，提供了一种相变钢球及其制备方法和相变混凝土，该相变钢球的制备方法包括以下步骤：取空心钢球作为载体，取硬脂酸丁酯作为相变材料；在空心钢球的表面开设一孔后，再与相变材料进行混合，得到混合料；对混合料进行真空抽滤处理后，再对空心钢球上开设的孔进行封装处理，得到所述相变钢球。本发明专利技术通过以空心钢球作为载体材料，以硬脂酸丁酯为相变材料，可以制得选取性能稳定、相变潜热大、无毒害、热稳定性好、相变材料吸附率高、相变材料渗透率低、耐火性强的相变钢球。另外，通过在能量桩的相变混凝土中添加上述相变钢球来替代粗骨料，同时掺入粉煤灰和矿渣，可以大幅提高能量桩的换热效率，为工程实践提供指导。

【技术实现步骤摘要】
一种相变钢球及其制备方法和相变混凝土
本专利技术属于混凝土
，尤其涉及一种相变钢球及其制备方法和相变混凝土。
技术介绍
相变混凝土是通过混凝土内的相变材料进行相态变化进行存储和释放能量，从而提高混凝土的的储能能力。2008年JoDarkwa对建筑物冷却所用的叠层相变混凝土风管系统进行了数值分析，发现传递单元数量对系统的热工性能影响较大，因此在机械通风管网系统中实现有效的热响应，必须在结构中产生某种形式的湍流；2011年A.G.Entrop&A.H.M.E.Reinders对相变材料在混凝土楼板中的应用进行研究，将太阳能储存在混凝土和相变材料的混合物中，在封闭的环境中监测了四个混凝土楼板的温度，以反映相变混凝土楼板中环境温度和太阳辐射的关系；2014年QingWang，CunBaoZhang&JunLiu制备石蜡/陶粒相变材料，用环氧树脂和三乙烯四胺包覆，通过温度-时间曲线测试和差示扫描量热仪分析表明，相变材料在真空条件下石蜡吸附率高，热循环过程中泄漏量小，与普通混凝土相比，石蜡陶粒混凝土减小了室内温度波动，提高了居住舒适性；2015年柴苗用导热系数大，相变材料吸收率高的空心钢球作为载体材料，吸附十八烷与混凝土材料复合，制备成一种新型相变储能混凝土并研究了其性能；2017年ShimaPilehvar，VinhDuyCao等制备了固液微胶囊相变材料(MPCM)不同掺量的土工聚合物混凝土(GPC)和硅酸盐水泥混凝土(PCC)，并在20℃和40℃下养护，结果表明随着MPCM掺量的增加，GPC和PCC的抗压强度均降低，扫描电镜图像显示，微胶囊和周围的混凝土基质之间形成了气隙；2018年RongdaYe，ChaoZhang等为研究不同熔点的相变材料在不同季节的建筑节能效果，将Mg(NO3)2·6H2O与CaCl2·6H2O按不同质量分数混合制备共晶材料，将两种复合材料分别通过真空压缩成型为相变材料板，发现将相变材料板放置在屋顶和南墙上，可以提高室内节能效应；2020年YueQu，JiayuChen等开发了一种导热系数低、相变温度适宜的新型相变泡沫混凝土，利用气相二氧化硅吸附石蜡制备复合相变材料，试验后发现石蜡含量为45％的复合相变材料具有最好的吸附性能和凝结性能，相变泡沫混凝土具有较好的结构稳定性、较低的导热系数和较强的储热能力；2020年马娟娟采用石蜡作为相变材料，制备不同石蜡掺量的石蜡相变混凝土，进行了立方体抗压强度试验、轴心抗压强度试验、静力受压弹性模量试验以及抗折强度试验等力学性能试验研究，之后缩小掺量区间开展导热系数、导温系数、比热、线膨胀系数以及绝热温升等热学性能试验研究。能量桩具有同时承担上部建筑物荷载和安装地源热泵中埋管换热器的作用，能量桩所使用的混凝土储热换热性能直接影响能量桩对桩周土体换热效率的高低。相变混凝土与外界进行热交换时能够确保换热效率高较低能源消耗，且材料自身温度不变，减小桩体由于冷热荷载引起的温度应力和变形，同时在桩体中加入相变材料，通过其较大的导热和储热性能减少桩体与周围地层温度变化范围，减小土体的热固结和变形，减小地面以及桩基的沉降。因此相变混凝土能量桩在建筑节能领域有着广阔的应用前景。然而，现有用于相变混凝土的相变骨料存在相变材料吸附率较低、相变材料渗透率较高、相变潜热较小等问题，故还需作进一步的改进。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种相变钢球的制备方法，旨在解决
技术介绍
中提出的问题。本专利技术实施例是这样实现的，一种相变钢球的制备方法，其包括以下步骤：取空心钢球作为载体，取硬脂酸丁酯作为相变材料；在空心钢球的表面开设一孔后，再与相变材料进行混合，得到混合料；对混合料进行真空抽滤处理后，再对空心钢球上开设的孔进行封装处理，得到所述相变钢球。作为本专利技术实施例的一种优选方案，所述步骤中，通孔的直径为2～3mm。作为本专利技术实施例的另一种优选方案，所述步骤中，真空抽滤处理的温度为35～45℃。作为本专利技术实施例的另一种优选方案，所述步骤中，封装处理的方法包括：用垫片和抽芯铆钉对空心钢球上开设的孔进行封装后，再在封装处涂上密封胶，并置于阴凉处风干。本专利技术通过选择铆钉、垫片、密封胶对相变钢球进行封装。其中，铆钉可以填补注入相变材料时在钢球上开的小孔；垫片作用是增大铆钉与钢球表面的接触面积，防止钢球损坏或铆钉打滑；密封胶是为了防止钢球中的相变材料渗漏。密封胶在未使用时粘结剂分在AB两个胶管，使用时会将两个胶管内的胶粘剂混合并迅速凝固。密封胶使用方便、固化后胶膜透明，具有硬度高、抗冲切性能好、粘结强度高、耐候性佳等特性。本专利技术实施例的另一目的在于提供一种上述制备方法制得的相变钢球。作为本专利技术实施例的另一种优选方案，所述相变钢球中，相变材料的质量不低于空心钢球质量的68.63％。本专利技术实施例的另一目的在于提供一种含有上述相变钢球的相变混凝土。作为本专利技术实施例的另一种优选方案，所述相变混凝土包括以下按照质量份计的组分：水170～200份、水泥290～330份、细骨料700～750份、粗骨料1000～1100份、所述相变钢球30～50份、粉煤灰10～20份、矿渣10～20份、减水剂0.5～1.5份。作为本专利技术实施例的另一种优选方案，所述相变混凝土中，所述相变钢球与粗骨料的体积比为(5～15)∶(85～95)。作为本专利技术实施例的另一种优选方案，所述相变混凝土的导热系数不低于0.2766W/(m·K)，热阻不高于0.1246(m2·K)/W。本专利技术实施例提供的一种相变钢球的制备方法，通过以空心钢球作为载体材料，以硬脂酸丁酯为相变材料，可以制得选取性能稳定、相变潜热大、无毒害、热稳定性好、相变材料吸附率高、相变材料渗透率低、耐火性强的相变钢球。另外，本专利技术通过在能量桩的相变混凝土中添加一定比例的相变钢球来替代粗骨料，同时掺入粉煤灰和矿渣，可以大幅提高能量桩的换热效率，为工程实践提供指导。附图说明图1为本专利技术实施例1制得的相变钢球的外观图。图2为不同钢球替石率的相变混凝土的平均抗压强度分析结果图。图3为不同钢球替石率的相变混凝土的导热系数和热阻分析结果图。图4为桩土截面及网格划分示意图。图5为0～1h不同工况入水口X1点温度变化曲线图。图6为1～2h不同工况入水口X1点温度变化曲线图。图7为2～10h不同工况入水口X1点温度变化曲线图。图8为10～12h不同工况入水口X1点温度变化曲线图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述的材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。其中，下述实施例所用到的部分材料的相关参数如表1～4所示。表1基础材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种相变钢球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n取空心钢球作为载体，取硬脂酸丁酯作为相变材料；/n在空心钢球的表面开设一孔后，再与相变材料进行混合，得到混合料；/n对混合料进行真空抽滤处理后，再对空心钢球上开设的孔进行封装处理，得到所述相变钢球。/n

【技术特征摘要】
1.一种相变钢球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
取空心钢球作为载体，取硬脂酸丁酯作为相变材料；
在空心钢球的表面开设一孔后，再与相变材料进行混合，得到混合料；
对混合料进行真空抽滤处理后，再对空心钢球上开设的孔进行封装处理，得到所述相变钢球。


2.根据权利要求1所述的一种相变钢球的制备方法，其特征在于，所述步骤中，通孔的直径为2~3mm。


3.根据权利要求1所述的一种相变钢球的制备方法，其特征在于，所述步骤中，真空抽滤处理的温度为35~45℃。


4.根据权利要求1所述的一种相变钢球的制备方法，其特征在于，所述步骤中，封装处理的方法包括：
用垫片和抽芯铆钉对空心钢球上开设的孔进行封装后，再在封装处涂上密封胶，并置于阴凉处风干。


5.一种如权利要求1~4中任一项所述制备方法制得的相变钢球。

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【专利技术属性】
技术研发人员：常虹，金力涵，
申请(专利权)人：吉林建筑大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22