一种高强低渗的改性相变骨料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开一种高强低渗的改性相变骨料及其制备方法与应用。该改性相变骨料的原料包括：相变骨料和封装材料；其中，封装材料的组成为：碳矿化胶凝材料、导热助剂、填料、增强剂、水。本发明专利技术利用碳矿化胶凝材料与二氧化碳发生碳矿化反应，在相变骨料表面生成以碳酸盐矿物为主要产物的致密结构层，提高相变骨料强度，可有效防止机械搅拌过程中由于相变骨料破损导致的相变材料渗出。同时，本发明专利技术在相变骨料表面形成的碳酸盐矿物外壳可显著减少其内部相变材料在相转变过程中的渗出量，改善混凝土结构外观。本发明专利技术可显著提高相变骨料的控温效率与使用寿命，并广泛应用于建筑墙板与围护结构智能控温、大体积混凝土温升控制以及冬季道路融雪化冰。路融雪化冰。

【技术实现步骤摘要】
一种高强低渗的改性相变骨料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及相变储热与混凝土材料
，尤其是涉及一种高强低渗的改性相变骨料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]相变材料是一种利用潜热来储能的材料，相变材料在相转变过程中可以吸收或释放热量，从而与环境进行热量交换。随着全球节能意识的提高，相变材料在建筑结构、太阳能、空调储冷、冷链运输、通讯散热等领域的应用也越来越广泛。
[0003]将相变材料吸附在多孔材料中制备相变骨料是相变材料在建筑结构领域常用的一种应用方式。将相变骨料加入到地板以及围护结构来对室内进行智能控温，可以改善室内舒适性，降低建筑墙板温度敏感性；相变骨料也可以用于大体积混凝土降低水化热，从而减少温度裂缝，以及冬季道路沥青混凝土缓解冻融破坏。然而相变骨料在机械搅拌制备混凝土过程中容易破碎，造成相变材料渗出流失。相变材料渗出不仅会使相变骨料作用下降，同时渗出的相变材料会影响水泥水化，从而使混凝土结构力学性能降低。并且，相变材料在发生固
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液相转变时，也会渗出多孔材料表面，影响混凝土结构美观。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述技术不足，提出一种高强低渗的改性相变骨料及其制备方法与应用，解决现有技术中相变骨料容易破碎造成相变材料流失的技术问题。
[0005]第一方面，本专利技术提供一种高强低渗的改性相变骨料，其原料包括：相变骨料和封装材料；其中，按重量份计，以100份相变骨料为基准，该封装材料的组成为：8～36份碳矿化胶凝材料、1.2～3.6份导热助剂、1.6～4份填料、0.8～3.2份增强剂、1.2～9.6份水。
[0006]第二方面，本专利技术提供一种高强低渗的改性相变骨料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]将碳矿化胶凝材料、导热助剂、填料、增强剂、水按比例混合得到封装材料；
[0008]将封装材料在常温下与相变骨料混合，使封装材料均匀包裹相变骨料表面；
[0009]将包裹封装材料后的相变骨料置于二氧化碳氛围中进行矿化，得到高强低渗的改性相变骨料。
[0010]第三方面，本专利技术提供上述高强低渗的改性相变骨料在建筑墙板与围护结构的智能控温、大体积混凝土温升控制以及冬季道路融雪化冰中的应用。
[0011]与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：
[0012]本专利技术利用碳矿化胶凝材料与二氧化碳发生碳矿化反应，在相变骨料表面生成以碳酸盐矿物为主要产物的致密结构层，提高相变骨料强度，可有效防止机械搅拌过程中由于相变骨料破损导致的相变材料渗出。同时，本专利技术在相变骨料表面形成的碳酸盐矿物外壳可显著减少其内部相变材料在发生相转变(固
→
液)过程中的渗出量，改善混凝土结构外观。此外，本专利技术通过添加导热助剂可显著改善封装材料的导热性，提高封装材料热传导效率，从而显著增大相变骨料导热系数和相变效率。本专利技术技术原理简单，效果明显，可显著
提高相变骨料的控温效率与使用寿命，并广泛应用于建筑墙板与围护结构智能控温、大体积混凝土温升控制以及冬季道路融雪化冰。
具体实施方式
[0013]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。
[0014]第一方面，本专利技术提供一种高强低渗的改性相变骨料，其原料包括：相变骨料和封装材料；其中，按重量份计，以100份相变骨料为基准，该封装材料的组成为：8～36份碳矿化胶凝材料、1.2～3.6份导热助剂、1.6～4份填料、0.8～3.2份增强剂、1.2～9.6份水。
[0015]本专利技术通过在相变骨料表面形成一层坚硬的碳酸盐矿物外壳，提高相变骨料强度，有效防止机械搅拌过程中由于相变骨料破损导致的相变材料渗出现象。同时，本专利技术在相变骨料表面形成的碳酸盐矿物外壳可显著减少其内部相变材料在发生相转变(固
→
液)过程中的渗出量，改善混凝土结构外观。
[0016]本专利技术中，导热助剂可提高封装材料的导热性，增强封装材料的热传导效率，增大相变骨料的导热系数和相变效率；填料可以填充相变骨料包裹层孔隙，降低封装壳体孔隙率；增强剂可以在碳矿化反应中诱导生成更多碳酸盐矿物，使相变骨料封装壳体更加致密。
[0017]优选地，碳矿化胶凝材料为硅酸三钙、γ型硅酸二钙、β型硅酸二钙、硅酸一钙、二硅酸三钙、氢氧化钙、氢氧化镁、氧化钙、氧化镁、水化硅酸钙、硅铝酸钙中的一种或多种；碳矿化胶凝材料的比表面积≤40000m2/kg。若碳矿化胶凝材料的比表面积过高将导致反应速率过大，可能引起开裂。
[0018]优选地，导热助剂为金属氧化物粉末、金属单质粉末、碳材料粉末中的一种或多种。其中，金属氧化物粉末可以为氧化铁、氧化钛、氧化铝等，金属单质粉末可以为铁、铜、铝等，碳材料粉末可以为石墨烯、碳纳米管、碳纤维等。
[0019]优选地，填料为珍珠岩微粉、石灰石粉、细石粉、玻璃微粉中的一种或多种；填料的粒径在20μm以下。
[0020]优选地，增强剂为壳聚糖、聚乙二醇、聚乙烯醇、海藻酸钠中的一种或多种。
[0021]优选地，相变骨料由多孔骨料吸附相变材料制成。
[0022]本专利技术对相变材料和多孔骨料的种类不作限制，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择。例如，相变材料可以为石蜡、脂肪酸类、多元醇类、酯类等有机类相变材料中的一种或多种，也可以为Na2SO4·
10H2O、Na2CO3·
10H2O、Na2HPO4·
12H2O、CaCl2·
6H2O等无机相变材料中的一种或多种；多孔骨料可以为页岩陶粒、黏土陶粒、浮石、硅藻土、膨胀珍珠岩、煤矸石中的一种或多种；多孔骨料的堆积密度为50～1100kg/m3。
[0023]更优选地，多孔骨料与相变材料的质量比为1：(0.1～0.7)，多孔骨料吸收相变材料质量是有限的，相变材料的加入量过高将导致相变材料无法全部被吸收，造成浪费；相变材料的加入量过少则导致相变材料没有充分填充多孔骨料孔隙。多孔骨料与相变材料的质量比更进一步为1：(0.2～0.6)。
[0024]在本专利技术的一些具体实施方式中，相变骨料的具体制备步骤为：
[0025]将相变材料加热至其相转变点温度以上，使相变材料从常温下固态转变为液态；
[0026]采用混合浸泡或抽真空的方式使多孔骨料充分吸收相变材料；
[0027]将温度降至相转变点温度以下，使相变材料从液态转变为固态，得到相变骨料。
[0028]第二方面，本专利技术提供一种高强低渗的改性相变骨料的制备方法，包括以下步骤：
[0029]将碳矿化胶凝材料、导热助剂、填料、增强剂、水按比例混合得到封装材料；
[0030]将封装材料在常温下与相变骨料混合，使封装材料均匀包裹相变骨料表面；
[0031]将包裹封装材料后的相变骨料置于二氧化碳氛围中进行矿化，得到高强低渗的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强低渗的改性相变骨料，其特征在于，其原料包括：相变骨料和封装材料；其中，按重量份计，以100份相变骨料为基准，所述封装材料的组成为：8～36份碳矿化胶凝材料、1.2～3.6份导热助剂、1.6～4份填料、0.8～3.2份增强剂、1.2～9.6份水。2.根据权利要求1所述高强低渗的改性相变骨料，其特征在于，所述碳矿化胶凝材料为硅酸三钙、γ型硅酸二钙、β型硅酸二钙、硅酸一钙、二硅酸三钙、氢氧化钙、氢氧化镁、氧化钙、氧化镁、水化硅酸钙、硅铝酸钙中的一种或多种；所述碳矿化胶凝材料的比表面积≤40000m2/kg。3.根据权利要求1所述高强低渗的改性相变骨料，其特征在于，所述导热助剂为金属氧化物粉末、金属单质粉末、碳材料粉末中的一种或多种。4.根据权利要求1所述高强低渗的改性相变骨料，其特征在于，所述填料为珍珠岩微粉、石灰石粉、细石粉、玻璃微粉中的一种或多种；所述填料的粒径在20μm以下。5.根据权利要求1所述高强低渗的改性相变骨料，其特征在于，所述增强剂为壳聚糖、聚乙二醇、聚乙烯醇、海藻酸钠中的一种或多种。6.根据权利要求1所述高强低渗的改性相变骨料，其特征在于，所述相变骨料由多孔骨料吸附相变材料制成；其中，所述相变材料为石蜡、脂肪酸类、多元醇类、酯类、Na2SO4·
10H2O、N...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄煌煌，王发洲，刘志超，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：