本发明专利技术公开了一种基于高导电/导热超高性能混凝土的能量转换/存储系统及其应用，属于智能/多功能水泥基材料制备、应用领域。本发明专利技术采用具有微米级直径、优异导电与传热性能、高力学及不锈特性的钼铬不锈钢微丝与超高性能混凝土协同制备高导电/导热超高性能混凝土，进而基于该高性能混凝土发展转换/存储效率高、长期稳定性好、力学性能优异、满足小截面/薄板构件尺寸要求的能量转换/存储系统，可直接用其发展通过电加热融雪化冰的桥面板、路面板、机场道面板、台阶及隧道口，用于通过电加热取暖的养殖场、家庭地暖等，用于热电能量自收集的桥面板、道路路面板和机场道面板；还可将其用作太阳能储热模块，提高新能源的收集利用率。率。
【技术实现步骤摘要】
一种基于高导电/导热超高性能混凝土的能量转换/存储系统及其应用
[0001]本专利技术涉及一种基于高导电/导热超高性能混凝土的能量转换/存储系统及其应用，属于智能/多功能水泥基材料制备、应用领域及绿色能源与新能源
技术介绍
[0002]赋予混凝土优异且长期稳定的导电与导热性能并保证其高强、高韧及高耐久性是发展高性能基于导电混凝土的能量转换/存储系统的核心。已有研究中多使用碳系导电填料提高混凝土的电导与传热性能，主要包括碳纤维、碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯等，但这些碳系导电填料与混凝土的相容性能差，需采用特定的分散技术或者加入分散剂，使得制备工艺复杂、生产成本提高；与此同时，低掺量的碳系导电填料无法赋予混凝土高导电性能，而高掺量的碳系导电填料因为易于团聚在混凝土中引入大量宏观缺陷，对其力学性能产生不利影响；此外，普通混凝土的高孔隙率使其导电与传热性能容易受环境温湿度的影响，进而影响其所制备的能量转换/存储系统的稳定性及作用效率，且普通混凝土的强度与韧性不足，使得用其制备的能量转换/存储系统构件大而重。因具有密实微观结构、高强、高韧以及高耐久性，超高性能混凝土已被广泛用于大跨桥梁、超高层建筑以及核工程设施等重要结构中，且可显著降低具有同样承载能力的构件尺寸，可用来发展长细及薄板构件及其结构。因此，发展高导电/导热超高性能混凝土有望满足能量转换/存储系统用混凝土所要求的高稳定性和耐久性。但以往超高性能混凝土中常用的导电填料是直径为0.12
‑
0.30 mm的钢纤维，其在低掺量下无法提高超高性能混凝土的导电与传热性能，而高掺量钢纤维则会对超高性能混凝土的工作性产生不利影响，进而影响其硬化结构的致密度、强度及耐久性，且以往研究中的常用钢纤维在复杂服役环境下容易发生锈蚀，进而影响超高性能混凝土导电与传热性能的稳定性，及其用来制备的能量转换/存储系统的效率和长期性能。这意味着，基于普通钢纤维超高性能混凝土发展的能量转换/存储系统作用效率低、长期稳定性差，且用来制备电热转换系统时所需施加电压大、操作安全性差。还需注意的是，以往研究中往往使用铜板或者不锈钢板作为电热/热电能量转换用收集电极，但该电极与混凝土基体之间存在薄弱界面，且不利于保持构件的完整性。
技术实现思路
[0003]为解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种基于高导电/导热超高性能混凝土的转换/存储效率高、长期稳定性好、力学性能优异、生产工艺简单且应用范围广的能量转换/存储系统。
[0004]技术解决方案：一种基于高导电/导热超高性能混凝土的能量转换/存储系统，用作电热/热电能量转换系统时，由高导电/导热超高性能混凝土及预埋电极组成；用作能量存储系统时，由高导电/导热超高性能混凝土、导热流体及保温层组成。
[0005]进一步地，在上述技术方案中，用作电热/热电能量转换系统时，高导电/导热超高性能混凝土内部的预埋电极采用网格尺寸为2
‑
5 mm2的不锈钢网状两电极，每个电极面积略小于系统横截面面积，正负电极距离各自系统边缘5
‑
10 mm；用作能量存储系统时，高导电/导热超高性能混凝土内部灌注的导热流体可采用水、熔融盐或者导热油，外部保温层材料可采用泡沫混凝土、陶粒或者浮石轻骨料混凝土等。
[0006]不锈钢网状两电极指的是采用两电极法设置不锈钢网状电极，在高导电/导热超高性能混凝土基体中预埋两个不锈钢网作为电极。
[0007]制备能量存储系统过程中，在高导电/导热超高性能混凝土基体内部预埋管道，通过预埋管道灌注导热流体。
[0008]进一步地，在上述技术方案中，所述高导电/导热超高性能混凝土是在超高性能混凝土基体中添加不锈钢微丝作为热电组分；所述不锈钢微丝的材质是耐腐蚀性优异的钼铬不锈钢，其直径为5~30 μm，长度为5~15 mm，延伸率＞1%，抗拉强度大于780 MPa，掺量为水泥质量的15%~40%。
[0009]所述高导电/导热超高性能混凝土的抗压强度大于120 MPa，抗折强度大于15 MPa，导热系数大于1.5 W/(m
×
K)，比热容大于0.85 kJ/ (kg
×
K)，并通过常规制备及养护工艺而成。
[0010]具体的，所述高导电/导热超高性能混凝土包括水泥、粉煤灰、硅灰、石英砂、钼铬不锈钢微丝、水和减水剂。
[0011]具体的，所述高导电/导热超高性能混凝土采用以下重量比的原料按照常规方法混合得到：水泥：粉煤灰：硅灰：石英砂：钼铬不锈钢微丝：水：减水剂＝1：0 .20～0 .40：0 .20～0 .40：1 .0～1 .5：0 .15～0 .40：0 .30～0 .40：0 .005～0 .035。
[0012]所述硅灰的粒径为0.1
‑
0.3
ꢀµ
m；石英砂的粒径为0.12
‑
0.80
ꢀµ
m；粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰；减水剂为聚羧酸系减水剂，减水率大于30%。
[0013]本专利技术提供上述基于高导电/导热超高性能混凝土的能量转换/存储系统在通过电加热融雪化冰的桥面板、路面板、机场道面板、台阶及隧道口，及通过电加热取暖的养殖场、家庭地暖等中的应用。
[0014]本专利技术提供上述基于高导电/导热超高性能混凝土的能量转换/存储系统在通过将热能转换为电能实现能量自收集的桥面板、路面板和机场道面板中的应用。
[0015]本专利技术提供上述基于高导电/导热超高性能混凝土的能量转换/存储系统在能量热存储模块中的应用。
[0016]本专利技术采用钼铬不锈钢微丝提高超高性能混凝土的导电、传热、强度及韧性，进而基于高导电/导热超高性能混凝土发展转换/存储效率高、长期稳定性好、力学性能优异、生产工艺简单且应用范围广的能量转换/存储系统，其作用机理主要包括以下三个方面：
①
由于具有微米级直径、大比表面积、良好的传热与电导性能及高力学性能，不锈钢微丝可在超高混凝土基体内形成广泛分布的搭接网络，显著提高混凝土的导电和传热性能，且可有效抑制原生裂纹的产生和发展，还可跨越与桥接裂纹，进而提高混凝土的强度、韧性及抗高温劣化性能；此外，超高性能混凝土中普遍大量使用活性超细粉料，其可黏附在不锈钢微丝表面持续进行二次水化，这使得不锈钢微丝与基体之间不存在薄弱界面，亦有利于超高性能
混凝土的强度和韧性的提高。
②
由于不锈钢微丝可在超高性能混凝土内部形成完整的导电与传热通路，这大大提高其导电与传热性能的稳定性。同时，钼铬不锈钢微丝长期处在复杂服役环境中不会产生锈蚀，且超高性能混凝土基体具有高致密性、高抗渗性及高抗侵蚀性能，这使得不锈钢微丝改性高导电/导热超高性能混凝土具有长久稳定的优异性能，其导电与导热性能不易受环境温湿度、能量转换工作次数等的影响，可在多次重复能量转换、存储及释放过程中保持稳定的作用效能。
③
由于超高性能混凝土所使用骨料的部分粒径小于不锈钢网状电极的孔径，预埋不锈钢网状电极不影响试本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于高导电/导热超高性能混凝土的能量转换系统，其特征在于，通过在高导电/导热超高性能混凝土内预埋电极得到，所述电极采用网格尺寸为2
‑
5 mm2的不锈钢网状两电极。2.根据权利要求1所述基于高导电/导热超高性能混凝土的能量转换系统，其特征在于，所述不锈钢网状两电极的正负电极距离各自系统边缘5
‑
10 mm。3.一种基于高导电/导热超高性能混凝土的能量存储系统，其特征在于，包括高导电/导热超高性能混凝土、高导电/导热超高性能混凝土内部的导热流体及高导电/导热超高性能混凝土外部的保温层。4.根据权利要求3所述的一种基于高导电/导热超高性能混凝土的能量存储系统，其特征在于，所述导热流体采用水、熔融盐或者导热油，保温层采用泡沫混凝土、陶粒或者浮石轻骨料混凝土材料。5.根据权利要求1所述的能量转换系统或者权利要求2所述的能量存储系统，其特征在于，所述高导电/导热超高性能混凝土的基体中添加钼铬不锈钢微丝作为热电组分...
【专利技术属性】
技术研发人员：董素芬，丁硕旋，王欣悦，韩宝国，欧进萍，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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