一种热功能混凝土砌块制造技术

本发明专利技术实施例提供一种热功能混凝土砌块，所述热功能混凝土砌块由混凝土支撑框架和复合相变储能材料组成，所述复合相变储能材料作为内芯，整体或分块设于所述混凝土支撑框架的内部；所述复合相变储能材料由相变材料自发浸渗到多孔陶瓷载体中获得。本发明专利技术实施例提供的热功能混凝土砌块先将相变材料自发浸渗到多孔陶瓷载体中获得复合相变储能材料，再将复合相变储能材料作为内芯设于混凝土支撑框架的内部，使混凝土支撑框架在产品受载过程中起到支撑作用，从而具有机械性能良好、相变材料含量高、储能密度高、成本低廉、热稳定性良好等优点，在建筑隔热保温等领域具有极大的应用潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种热功能混凝土砌块
本专利技术涉及材料科学与工程
，尤其涉及一种热功能混凝土砌块。
技术介绍
潜热储能是利用材料在物态变化(如凝固，融化等)时储存或释放大量热能以实现能量储存的方式，其材料统称为相变储能材料(后简称相变材料)。在应用过程中，相变材料在其本身发生相变的过程中，吸收环境的热(冷)量，并在需要时向环境放出热(冷)量，从而达到控制周围环境温度的目的。通过相变材料的相变潜热来实现能量储存和利用，有助于开发环保节能型复合材料，是近年来材料科学和能源利用领域中的研究热点。相变材料在相变过程中具有较高的储能密度、近乎恒定的温度和良好的热物稳定性等优点，可有效实现能源供需时间的匹配，因此该材料在建筑节能领域具有巨大的应用潜力。目前，相变材料与建材基体的结合工艺，主要有以下几种方法：一是通过浸泡将相变材料渗入多孔的建材基体(如骨料或水泥混凝土试块等)中，如申请号为200610052472.7的专利申请中，先将相变材料浸渗入多孔骨料，再以其替代骨料砂粒制备热功能混凝土；二是将相变材料密封后置入建筑材料中，例如将小的球形相变材料颗粒封装在薄的高分子聚乙烯膜中，然后再加入基材；三是将相变材料直接与建筑材料混合，以制备热功能复合混凝土。但是，第一种方法中相变骨料作为混凝土材料的受载组分在服役过程受应力作用而变形，多孔骨料因其较差的力学强度和韧性，极易在受载情况下崩坏形成缺陷，这种缺陷会随多孔骨料与混凝土边界扩展从而形成裂纹，最终造成复合材料的强度低于标准混凝土材料。第二种方法则会影响建材的机械性能或者防火性能，且采用封装技术增加了生产成本，不宜大规模的推广和应用，实用化前景堪忧。第三种方法所采用的混凝土孔隙率较低，且孔隙较小无法保证复合材料的热学性能，另外通过添加发泡剂制得的多孔混凝土载体普遍性能较差，无法满足实用需求。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术实施例提供一种热功能混凝土砌块，该热功能混凝土砌块机械性能优良、储能密度高、储能效率高、成本低廉、环境效益好，在储能、隔热、保温等领域具有极大的应用潜力。本专利技术实施例提供一种热功能混凝土砌块，由混凝土支撑框架和复合相变储能材料组成，所述复合相变储能材料作为内芯，整体或分块设于所述混凝土支撑框架的内部；所述复合相变储能材料由相变材料自发浸渗到多孔陶瓷载体中获得。本专利技术实施例一改往常的相变材料与建材基体的结合工艺，而采取先将相变材料自发浸渗到多孔陶瓷载体中获得复合相变储能材料，使相变材料在熔化时也不会从多孔陶瓷载体中流出，从而解决相变材料的泄露、相分离以及腐蚀性问题；而本专利技术实施例中的混凝土支撑框架可以在产品受载过程中起到支撑作用，避免作为内芯的复合相变储能材料直接受力，增强产品的稳定性。经测试，该热功能混凝土砌块机械性能优良、储能密度高、储能效率高、成本低廉、环境效益好，在储能、隔热、保温等领域具有极大的应用潜力。其中，混凝土支撑框架的制备同常规混凝土砌块制备，只是制备模具稍有差异，需留有放置内芯的位置。具体制备可以如下：以砂、生石灰和水泥为主要原料，以脱硫石膏为调节材料，按一定配合比与水搅拌成混合料浆，把浆料倒入空心砌块模具中，通过自然凝固成型，并在蒸汽条件下养护后获得混凝土支撑框架。根据本专利技术实施例提供的热功能混凝土砌块，所述复合相变储能材料占所述热功能混凝土砌块的质量分数为30～75％。将复合相变储能材料的质量分数控制在上述范围内，可以兼顾所得热功能混凝土砌块的机械性能和储能密度。根据本专利技术实施例提供的热功能混凝土砌块，所述相变材料的熔点为25～60℃。将相变材料的熔点控制在25～60℃是为了更好地适应建筑保温材料的需求。根据本专利技术实施例提供的热功能混凝土砌块，所述相变材料为石蜡、硬脂酸或脂肪酸中的一种或多种，所述相变材料占所述复合相变储能材料的质量分数为30～80％。质量分数范围较宽，可根据应用需求，如设计尺寸、储能密度要求、内芯强度要求等进行工艺调整以便生产不同相变材料含量的产品。根据本专利技术实施例提供的热功能混凝土砌块，所述自发浸渗的条件为：浸渗温度50～120℃，浸渗时间5～30分钟。根据本专利技术实施例提供的热功能混凝土砌块，所述多孔陶瓷载体由铜尾矿和萤石尾矿按质量比2:1掺合的掺合物依次经配制料浆、发泡、制坯和烧结制得。现有技术中常用铁尾矿和/或粉煤灰等为原料制备多孔陶瓷载体，但是上述技术方案存在坏件率较高(约为10～20％)的问题。本专利技术经过研究发现，原来导致坏件率高的原因是含铁量高的产品对烧结温度十分敏感，而炉内温度存在温度梯度，所以最终坏件率较高。于是专利技术人尝试了以含铁量较低的萤石尾矿为原料，可结果塑型力太差，并未得到预期的低坏件率的多孔陶瓷载体。经过大量实验，专利技术人最终发现了以铜尾矿和萤石尾矿按质量比2:1掺合的掺合物作为原料，能兼顾塑型力及坏件率，得到理想的多孔陶瓷载体。该多孔陶瓷载体具有微米尺寸细孔，可提供毛细管力，使熔融相变材料自发浸渗(即无压、空气条件下)到多孔陶瓷载体中，避免加压、真空处理，大幅降低生产成本，简化工艺流程。而且一旦相变材料浸渗入该多孔陶瓷载体后，由于毛细管力，即使在相变材料熔化时也不会从多孔陶瓷载体中流出，可有效解决相变材料的泄露、相分离以及腐蚀性问题。另外，本专利技术制得的多孔陶瓷载体颜色呈淡绿色或白色，而不是红褐色，作为建筑装饰物可大大降低其染色成本，单独使用也可作为多色砖使用。其中铜尾矿的主要成分为氧化硅(约40～50％)、氧化镁(约20～30％)，氧化铁含量不高于4％，萤石尾矿的主要成分为氧化硅，其含量高于80％，氧化铁含量不高于1.88％。它们也属于固体废物，大量堆存不仅占用宝贵的土地资源，增加工业生产的成本，破坏了堆场的周边环境，而且已经威胁到当地的水质、土壤、空气环境，存在着巨大的安全隐患，导致生产企业的安全环保压力剧增。本专利技术实施例提供的多孔陶瓷载体可以很好地将它们再利用，继而转化为高附加值的产品，环境和经济效益高。根据本专利技术实施例提供的热功能混凝土砌块，所述发泡为将料浆与泡沫混合获得发泡浆体，所述泡沫由0.1～0.6wt.％发泡剂十二烷基苯磺酸钠和0.1～0.4wt.％稳泡剂生物聚合物XC组成的发泡水溶液经发泡机发泡获得。生物聚合物XC一般作为粘度调节剂用于各种钻井液，但是本专利技术意外发现，将其与十二烷基苯磺酸钠配合使用，可获得发泡量大且稳泡效果好的泡沫，凭此泡沫制备的浆体发泡均匀，产品性能高、稳定性强。根据本专利技术实施例提供的热功能混凝土砌块，所述料浆具体由如下质量份的组分组成：所述掺合物35～60份、去离子水40～65份、有机单体丙烯酰胺4～6.5份、交联剂亚甲基双丙烯酰胺0.4～0.65份和分散剂聚丙烯酸胺0.15～3份。优选地，所述掺合物的粒径小于250微米。若尺寸过大会影响多孔陶瓷的烧结程度进而影响其骨架的机械强度。根据本专利技术实施例提供的热功能混凝土砌块，所述制坯时，向所述发泡浆体中加入0.2～1.2份过硫酸铵和0.25～2份四甲基乙二胺，混合均匀后倒入模具成型，再脱模干燥。...

【技术保护点】
1.一种热功能混凝土砌块，其特征在于，由混凝土支撑框架和复合相变储能材料组成，所述复合相变储能材料作为内芯，整体或分块设于所述混凝土支撑框架的内部；/n所述复合相变储能材料由相变材料自发浸渗到多孔陶瓷载体中获得。/n

【技术特征摘要】
1.一种热功能混凝土砌块，其特征在于，由混凝土支撑框架和复合相变储能材料组成，所述复合相变储能材料作为内芯，整体或分块设于所述混凝土支撑框架的内部；
所述复合相变储能材料由相变材料自发浸渗到多孔陶瓷载体中获得。


2.根据权利要求1所述的热功能混凝土砌块，其特征在于，所述复合相变储能材料占所述热功能混凝土砌块的质量分数为30～75％。


3.根据权利要求1或2所述的热功能混凝土砌块，其特征在于，所述相变材料的熔点为25～60℃。


4.根据权利要求3所述的热功能混凝土砌块，其特征在于，所述相变材料为石蜡、硬脂酸或脂肪酸中的一种或多种，所述相变材料占所述复合相变储能材料的质量分数为30～80％。


5.根据权利要求1或2所述的热功能混凝土砌块，其特征在于，所述自发浸渗的条件为：浸渗温度50～120℃，浸渗时间5～30分钟。


6.根据权利要求1或2所述的热功能混凝土砌块，其特征在于，所述多孔陶瓷载体由铜尾矿和萤石尾...

【专利技术属性】
技术研发人员：李润丰，王肇嘉，刘艳军，郑永超，李沙，李万民，王林俊，
申请(专利权)人：北京建筑材料科学研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11