定型癸酸/硬脂酸相变材料在蓄热混凝土中的应用研究

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随着我国城镇化进程的加快,建筑耗能现象日益严重,在社会总能耗中所占比重不断加大且总量逐渐攀升,如何降低建筑能耗已成为当前社会关注的热点。相变材料能将能量在特定条件下进行储存和释放,将其应用在混凝土中可通过相变过程,实现能量在不同时空下的转换。本文以脂肪酸低共熔物为相变材料,通过多孔陶粒吸附相变材料,制备得到定型复合相变材料,并经表面封装后,以骨料形式掺加到混凝土中得到蓄热混凝土。通过施罗德公式分别对癸酸-硬脂酸(CA-SA)、癸酸-肉豆蔻酸(CA-MA)以及癸酸-月桂酸(CA-LA)的混合物进行低共熔配比和相变温度理论计算,得到CA-SA、CA-MA及CA-LA三种二元混合物的低共熔配比(wt%)分别为86-14、74-26和65-35,相变温度分别为25.6℃、21.8℃和18.7℃,DSC测试和步冷曲线法所得结果与理论计算值相差较小。以建筑相变材料的相变温度与人体热舒适性相近为根据,选择CA-SA低共熔物作为相变材料。对CA-SA低共熔物进行多次熔融-凝固循环实验后,FT-IR分析发现其仍保持良好的结构稳定性和相容性,DSC测得其相变温度在25℃附近,相变潜热在165J/g左右,热稳定性较好。以多孔陶粒为基体材料,采用真空吸附法制备定型CA-SA相变材料。实验发现陶粒经60min即达到饱和吸附,质量吸附率为31%。SEM发现陶粒孔内吸附有大量相变材料;FT-IR分析发现,定型CA-SA相变材料的光谱图中未出现新的特征吸收谱带,陶粒与相变材料仅以物理方式结合;DSC测试定型CA-SA相变材料的相变温度比相变材料高1℃,相变潜热比理论计算减少了10.3%。采用海藻酸钠反应、水泥浆以及硅溶胶对定型CA-SA相变材料进行封装处理,多次热循环实验后发现,采用海藻酸钠反应和水泥浆封装时均出现了相变材料的泄露,而硅溶胶封装效果较好,因此本文采用硅溶胶作为封装材料。将已封装的定型CA-SA相变材料作为粗骨料制备相变蓄热混凝土。相变蓄热混凝土随着养护龄期的延长、定型CA-SA相变材料掺量的增多以及热循环次数的增加,其抗压及抗折强度均不断增大。蓄热性能实验分析发现,相变蓄热混凝土实验房的升温速率及降温速率均比普通陶粒混凝土实验房低,二者中心温差最大可达6℃,且具有更优的蓄热控温效果。相变蓄热混凝土经过多次热循环后体积密度有所降低,但下降程度比普通混凝土小,且相变蓄热混凝土经历600次热循环后表面完整无缺,未出现相变材料的泄露,热稳性和耐久性良好。热工计算可知在202mm外墙的混凝层中掺入4.68kg/m~2定型CA-SA相变材料,其热工效果与282mm基准外墙相同,外墙的热工性能得到显著提高。
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