水泥基相变材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及水泥基建筑材料技术领域，尤其是涉及一种水泥基相变材料及其制备方法，通过采用月桂酸甲酯作为“软核”相变储能材料，改性海泡石纤维作为“硬壳”封装材料，利用乙基纤维素和硅酸钠作为封装薄膜有效防止液体相变材料的泄露，最后采用硅烷偶联剂将纳米增强组分嫁接至核壳胶囊相变材料表面，组装成“强冠”相变复合材料，可以从物理作用和化学作用两个方面提高微胶囊表面摩檫力和水泥基体致密度，强化相变材料与混凝土的界面过渡区，利用其制备的水泥基建筑材料可缓解工程构件冻融循环问题，延长结构使用寿命

【技术实现步骤摘要】
水泥基相变材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及水泥基建筑材料
，尤其是涉及一种水泥基相变材料及其制备方法
。

技术介绍

[0002]水泥基材料作为世界范围内广泛应用的建筑材料，具有脆性大，抗拉强度低以及多孔隙的性能特点
。
[0003]这些性能缺陷使得水泥基材料在服役过程中容易产生开裂而导致结构耐久性下降
。
[0004]寒冷地区建筑物尤其经历冻融循环后结构会遭受严重破坏，冻融循环对公路路面
、
机场路面
、
桥面和水坝等基础设施工程的影响都极为显著
。
[0005]在正常使用条件下，混凝土结构的设计服役寿命一般是
30
‑
60
年
。
[0006]然而，大量工程实例表明混凝土材料的耐久性会受到环境因素的影响而产生性能劣化
。
[0007]混凝土耐久性调查报告中指出，水工混凝土结构的冻融破坏普遍存在
。
[0008]寒冷地区的大型混凝土工程的正常运行年限仅为
30
年左右，在破坏严重的地区甚至
20
年
。
[0009]因此对水泥基材料的抗冻性改善进行研究十分重要
。
[0010]传统的方法是使用除冰盐来降低混凝土孔溶液的冰点，同时也可以融化积雪
。
[0011]但该法会造成有害离子如
Cl
‑
等侵蚀水泥基体导致混凝土耐久性下降r/>。
[0012]综上所述，有必要研究一种外加材料，使混凝土结构能够自助放热，避免混凝土结构经受冻融循环和积覆冰雪
。
[0013]与传统的可感知存储材料（水
、
砖石或岩石）相比，相变材料（
PCM
）在一个单位体积内可以节省5至
14
倍的能量
。
[0014]PCM
可以在非高峰负荷期间在建筑物中存储大量热能，以应对高峰需求情况
。
[0015]利用相变材料对水泥基材料的抗冻性进行改善是一个较新的方向，即利用相变材料在相变过程中释放的热量（利用相变材料的能量补偿作用）达到延缓或阻止结冰的目的
。
[0016]现有的研究多利用溶胶凝胶
、
界面聚合
、
悬浮聚合
、
原位聚合等方法，将相变材料封装在外壳中，如
CN110627402B
公开的一种相变微胶囊的制备方法，其包括以下步骤：一种基于混酯相变微胶囊的水泥基复合相变储热调温材料的制备方法
,
其特征在于
,
包括以下步骤：
1)
将去离子水
、
聚
(
乙烯
‑
alt
‑
马来酸酐
)、
尿素
、
氯化铵和间苯二酚按质量比为
500
：
2.5
：
10
：1：1混合
,
用氢氧化钠溶液调节
pH
至
3.50,
制得水相；
2)
将棕榈酸甲酯与硬脂酸甲酯按质量比9：1混合制得混酯；
3)
将混酯与成壳剂混合
,
制得油相
,
油相中成壳剂的质量分数为5％～
50
％；
4)
将步骤
3)
中制得的油相在搅拌过程中分散于步骤
1)
制得的水相中
,
制得乳液
,
乳液中油相的质量分数为9％～
25
％；
5)
向步骤
4)
制得的乳液中加入浓度为
37wt
％的甲醛溶液
,
并在
55℃
下保温
4h,
甲醛溶液与水相中尿素的质量比为4：1；将产物分别用去离子
水和乙醇清洗后过滤
、
风干
,
得到混酯相变微胶囊
。
[0017]该技术方案制备过程复杂，操作难度大
。
[0018]胶囊相变材料与水泥基体相容性较差，在胶囊相变材料的颗粒周围会形成缺陷和薄弱点，且胶囊相变材料与水泥集体材料之间存在强度差异，故而会降低水泥试块强度，降低储能砂浆的热传导能力，从而制约其储热能力的提升，也会使相变材料含量与储能砂浆强度之间的矛盾进一步加剧
。

技术实现思路

[0019]为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种水泥基相变材料及其制备方法，通过采用月桂酸甲酯作为“软核”相变储能材料，改性海泡石纤维作为“硬壳”封装材料，利用乙基纤维素和硅酸钠作为封装薄膜有效防止液体相变材料的泄露，最后采用硅烷偶联剂将纳米增强组分嫁接至核壳胶囊相变材料表面，组装成“强冠”相变复合材料，可以从物理作用和化学作用两个方面提高微胶囊表面摩檫力和水泥基体致密度，强化相变材料与混凝土的界面过渡区，利用其制备的水泥基建筑材料可缓解工程构件冻融循环问题，延长结构使用寿命
。
[0020]具体的，本专利技术水泥基相变材料的制备方法，包括如下步骤：1）向海泡石纤维加入盐酸溶液，搅拌，真空抽滤，洗涤，干燥，焙烧，研磨，得到改性海泡石纤维，2）将月桂酸甲酯与改性海泡石纤维混合，真空浸渍，过滤，得负载海泡石纤维，3）将负载海泡石纤维加入到乙基纤维素和硅酸钠溶液中搅拌，过滤，得封孔海泡石纤维，4）将封孔海泡石纤维放入硅烷偶联剂溶液中，烘干，得相变海泡石纤维，5）按质量比称取胶凝材料
、
骨料
、
相变海泡石纤维
、
外加剂
、
水，混合均匀，得水泥基相变材料
。
[0021]本专利技术制备一种“软核
”‑“
硬壳
”‑“
强冠”型相变储能复合材料，具体的，本专利技术采用月桂酸甲酯作为“软核”相变储能材料，海泡石纤维作为月桂酸甲酯的“硬壳”载体吸附材料，在海泡石纤维表面包裹一层乙基纤维素和硅酸钠复合薄膜防止液体泄漏，最后采用硅烷偶联剂将纳米增强组分嫁接至核壳微胶囊相变材料表面，组装成“强冠”相变复合材料
。
[0022]现有技术通常制备的胶囊相变材料多为有机或无机材料外壳直接包覆液态相变材料，这样制得的胶囊相变材料强度较低，外壳破损即会出现相变材料渗漏，且制备过程复杂，操作条件要求严苛
。
[0023]本专利技术中，海泡石纤维孔隙吸附能力提供第一层保障，乙基纤维素和硅酸钠提供第二层保障，两者协同作用能有效防止月桂酸甲酯的渗漏
。
[0024]硅烷偶联剂是一种具有两相结构的有机化合物，它可以使性质差别很大的材料紧密结合起来
, 从而提高复合材料的综合性能，其化学式通式为
Y...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种水泥基相变材料的制备方法，其特征在于
,
包括如下步骤：1）向海泡石纤维加入盐酸溶液，搅拌，真空抽滤，洗涤，干燥，焙烧，研磨，得到改性海泡石纤维，2）将月桂酸甲酯与改性海泡石纤维混合，真空浸渍，过滤，得负载海泡石纤维，3）将负载海泡石纤维加入到乙基纤维素和硅酸钠溶液中搅拌，过滤，得封孔海泡石纤维，4）将封孔海泡石纤维放入硅烷偶联剂溶液中，烘干，得相变海泡石纤维，5）按质量比称取胶凝材料
、
骨料
、
相变海泡石纤维
、
外加剂
、
水，混合均匀，得水泥基相变材料
。2.
根据权利要求1所述水泥基相变材料的制备方法，其特征在于
,
步骤1）盐酸溶液浓度为
0.5
‑
0.8mol/L
，搅拌时间为5‑
8h
，焙烧温度为
380
‑
420℃
，焙烧时间为
1.5
‑
3h。3.
根据权利要求1所述水泥基相变材料的制备方法，其特征在于
,
步骤2）真空浸渍的真空度为
‑
0.06
～
‑
0.1MPa。4.
根据权利要求1所述水泥基相变材料的制备方法，其特征在于
,
步骤3）溶液浓度为4‑
6%
，其中乙基纤维素和硅酸钠质量比为
1:2
‑3，负载海泡石纤维与溶液质量比为
1:1.5
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志勇，金禧，孙国文，蒋金洋，郑皓睿，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：