耐水相变储热石膏板的制备与性能研究

发布时间：2020-04-16 03:01

【摘要】：建筑行业是我国国民经济发展的重要支柱,随着我国城乡一体化进程的快速发展,伴随而来的建筑原材料、建筑能耗将进一步增大。作为三大能耗之一的建筑能耗,也将首次超过其他两大能耗,成为我国最大的终端能源消耗单位。因此制备绿色节能建材对推动我国经济的可持续发展意义重大,这也将推动我国建筑材料向高性能、环保的方向不断发展。储热建筑材料是将储热材料添加到建筑材料之中,以发挥储热材料的储能、调温作用,从而降低建筑能耗。本文将癸酸-硬脂酸(CA-SA)二元低共熔物吸附于陶粒之中,以制备CA-SA/陶粒复合储热材料。采用环氧树脂进行封装的CA-SA/陶粒复合储热材料与石膏混合,制备耐水相变储热石膏板。以钢渣、偏高岭土作为无机矿物掺合料,并结合不同的养护条件对石膏进行改性研究,以获得石膏胶凝材料最佳性能时的物料配合比和工艺条件。分别研究了钢渣与偏高岭土的添加量以及不同工艺条件对石膏物理力学性能的影响,并利用XRD和SEM分析了石膏的物相和微观结构。实验结果表明,钢渣和偏高岭土最优添加量分别为10%和5%。此时,干(湿)抗压强度和软化系数分别为25.5MPa、11.1MPa和0.44,与空白石膏相比,分别增加12.6%、60.8%和41.9%。石膏胶凝材料在60℃养护4h时,其湿抗压强度和软化系数分别为14.8MPa和0.74,与空白石膏相比分别提高132.7%和138.7%,改性石膏耐水性良好。通过理论预测与实验相结合的方法制备了CA-SA,得到CA-SA的理论共熔质量比、共晶熔点和共晶潜热分别为90.7:9.3、29.5℃和150.4J/g。DSC结果表明,CA-SA的共晶熔点和共晶潜热分别为28.53℃和135.55J/g。由此可知,理论计算值具有较好的指导作用。经过600次热循环后,CA-SA的相变温度和相变潜热分别为26.53℃和130.76J/g,与未循环前相应值相比变化不明显。FT-IR结果表明600次循环前后,CA-SA储热材料中特征官能团的振动吸收谱带基本一致。因此,二元低共熔物结构稳定性和热稳定性较好。DSC结果表明,CA-SA/陶粒复合储热材料的相变温度和相变焓值分别为28.95℃和43.76J/g。FT-IR结果表明,复合储热材料中特征官能团的振动吸收谱带与二元低共熔物的基本一致,由此可知,二元低共熔物是镶嵌于陶粒的孔隙之中。由环氧树脂、聚合物水泥包覆的CA-SA/陶粒复合储热材料分别进行100次热循环。结果表明,环氧树脂包覆的复合储热材料表面完好,而聚合物水泥包覆的复合储热材料表面包覆层出现破裂、脱落,未包覆CA-SA/陶粒复合储热材料出现了泄露现象,因此优选环氧树脂作为包覆材料。环氧树脂包覆的CA-SA/陶粒复合储热材料掺加到石膏胶凝材料之中制备储热石膏板。结果表明,当CA-SA/陶粒复合储热材料的掺量为25%时,储热石膏板的干(湿)抗压强度和软化系数分别为8.74MPa、5.35MPa和0.61,其软化系数较空白石膏板提高了96.8%。因此,复合相变储热石膏板的耐水性良好,得到耐水储热石膏板。此时,耐水储热石膏板的导热系数、蓄热系数和比热容分别为0.555W/(m?K)、8.9W/(m~2?K)和1.428J/(g.℃)。当耐水储热石膏板中CA-SA/陶粒复合储热材料的添加量由0%增加到25%时,实验模型内部的温度由22℃升高到30℃所需的时间由1430s增加到2164s,因此可知,耐水储热石膏板具有较好的储能、调温效果。
【图文】：

图 1-1 CaSO4.2H2O（a）和 CaSO4.1/2H2O（b）晶体结构示意图Fig.1-1 Crystal structure diagram of CaSO4.2H2O (a) and CaSO4.1/2H2O (b)大量学者一般采用掺加无机矿物掺合料和有机防水剂作为外加剂来改善建筑石膏的耐水性。通过向石膏中掺加有机改性剂可以较好的改善其耐水性，但有机改性剂不仅成本较高，而且会导致石膏制品的强度降低。采用无机矿物掺合料与石膏共同水化会形成大量的水化硅酸钙(C-S-H)和钙矾石（AFt）等水化产物，包裹在二水硫酸钙（CaSO4.2H2O）晶体的周围，这些水化产物遇水的溶解度约为 CaSO4.2H2O 的 1/30，因此可以较好的提高石膏的耐水性。JC Rubio-Avalos[7]等人通过向石膏中掺加丁苯乳胶，结果表明适量的丁苯乳胶溶液可以较好的改善石膏的塑性但极大地损害了石膏的力学强度。S. Eve[8]通过向石膏中掺加高分子聚合物溶胶，以探究其对石膏力学强度和耐水性的影响。结果表明，当高分子乳胶溶液掺加的质量分数大于 2.5%时，石膏内部水化产物的晶体变得粗大，且石膏内部吸水通道被高分子乳胶封闭，，从而提高了石膏的耐水性，但其力学强度却极大地降低。范立瑛[9-10]等，分别单掺高岭土、硫酸铝

图 2-1 偏高岭土粒径分布图Fig. 2-1 Particle size distribution of metakaolin采用武汉华轩高新技术有限公司生产的 F10 系列磺化能见表 2-3。表 2-2 偏高岭土与钢渣的化学成分able 2-2 Chemical composition of metakaolin and steel slaSiO2Al2O3Fe2O3CaO SO3P2O5TiO2MgO 58.3 37.99 0.61 － 0.11 0.49 0.36 0.14 13.24 0.94 19.7 46.19 0.21 1.32 0.534 2.046 表 2-3 减水剂的基本物理性能Table 2-3 Basic physical properties of superplasticizer
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU52

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本文编号：2629317