储热混凝土制备及热性能研究

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在降低建筑能耗领域中,相变材料的应用使得降低建筑能源消耗有了新的突破。添加了相变材料的储热混凝土具有良好的储热特性,可以有效地解决热量在时间和空间上分布不均匀的问题,在建筑中使用储热混凝土,不仅可以使建筑维持在更舒适的温度,还可以降低建筑能耗、节约能源。本文通过真空吸附法,利用多孔骨料膨胀蛭石吸附相变石蜡,制备出复合相变骨料(CPCA),最后将相变骨料应用到储热混凝土(TSC)中。采用了FT-IR、DSC等手段对相变材料及CPCA的热物性及化学等性质进行表征分析。对TSC的力学性能、微观结构、水泥水化温度、导热性能、储放热性能进行测试分析。首先,采用真空吸附法利用膨胀蛭石吸附相变石蜡(相变温度22~25℃)制备出CPCA,对CPCA的泄露性能进行了测试。泄露性分析结果表明,为达到最好的控温效果,膨胀蛭石吸附石蜡的最佳吸附量为52%。当石蜡吸附量为52%时,循环200次的质量损失率为3.26%,质量损失趋于稳定。对制备的CPCA进行相容性分析,分析结果表明,CPCA中石蜡与膨胀蛭石的结合方式为物理吸附,石蜡的化学结构没有遭到破坏,CPCA中没有新的化学键产生。CPCA的DSC测试结果表明,CPCA的熔融起始温度为26.1℃,凝固温度为23.2℃,熔融焓为63.7J/g,凝固焓为70.8J/g,分别达到纯石蜡熔融焓和凝固焓的51.2%和51.5%,与设计中石蜡52wt%的吸附率十分接近,体现出膨胀蛭石对相变石蜡良好的包覆性能。然后,将制备出的CPCA以体积取代砂的方式加入到储热混凝土中,试验表明,当CPCA的掺量为20%时,TSC的抗压强度为41.5MPa,比CPCA掺量为0的混凝土的抗压强度降低了10.17%;抗折强度为5.8MPa,比CPCA掺量为0的混凝土的抗折强度降低17.1%。通过观察TSC的SEM图像可以看出,CPCA在TSC中可以保持完整的结构。并且CPCA与水泥石紧密结合,两者的界面过渡区较为密实。最后,本试验测试了TSC的前期水化温度、导热系数和储放热性能,结果表明当CPCA的掺量为20%时,水泥水化诱导前期的峰值温度为26.6℃,相比于CPCA掺量为0的混凝土的水化峰值温度降低了13.4%。并且,CPCA能够推迟TSC水泥水化诱导前期水泥水化峰值温度的出现,最高可达60min。当CPCA的掺量为20%时,TSC的导热系数为0.54W/(m·K),相比于CPCA掺量为0的混凝土降低了30.25%。TSC储放热性能测试表明,TSC具有良好的储热能力。随着CPCA的掺量增大,TSC对外界温度的波动的响应性降低。
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