[发明专利]一种微表面增强相变储能骨料及其制备方法和应用

说明书

一种微表面增强相变储能骨料及其制备方法和应用，它涉及利废型相变骨料及其制法和应用，它是要解决现有的相变储能水泥砂浆的成本高、力学强度低、导热性能差，储热容量小、定型能力差、服役过程储热容量经时保留率低的技术问题，该骨料是将相变材料负载在再生多孔支撑材料的孔隙内且表面包覆微表面增强层。制法：清洗疏通再生多孔支撑材料孔结构后再将相变材料浸渍到孔隙中；再在表面制备具有羟基或茶酚结构的化合物；最后沉积微表面增强层得到骨料，利用该骨料的水泥砂浆养护后抗压强度为40.2MPa～58.4MPa、抗折强度6.5MPa～8.4MPa、导热系数0.85～1.2W/m·K、储热容量为8～60J/g、服役过程储热容量经时保留率高于95％，用于建筑领域。

技术领域

本发明涉及一种用于建筑材料的利废型相变骨料及其制备方法和应用，属于土木工程领域。

背景技术

建筑行业是能耗密集型行业，每年建筑运行过程中产生的二氧化碳排放量占全球碳排放总量的35％以上，而建筑使用过程中的能耗一半以上用于室内温度调节，保持居住热舒适，因此，高效热管理对实现建筑的节能减排是至关重要的。目前，提高保温隔热能力是建筑常用的降低热管理能耗的方法，具体的措施是在围护结构中设置单独的保温隔热层。然而，保温隔热层在实际应用过程中仍然存在一些问题。一方面，由于墙体填充材料导热系数存在较大差异，当室内外温差较大时容易产生“冷桥”效应，对墙体耐久性、安全性和美观都有十分不利的影响；另一方面，常见的保温隔热填充材料如聚苯板、酚醛类材料、岩棉等都对环境存在一定的危害，大量墙体保温隔热材料的使用会增加建造成本，同时也造成环境污染。建筑热舒适调节分为主动式调节和被动式调节两大类，传统的热舒适调节主要是主动式调节，包括空调，暖气等电气设备，具有能耗大，效率低，二氧化碳排放量大，对环境危害大等特点。相比之下，近年来，更加节能高效的被动式热调节方式受到了越来越广泛的关注。水泥砂浆是建筑围护结构中常用的填充材料，在建筑中与室内外环境均有着较大的接触面积，是建筑内热交换的主要载体媒介，其热物理性能对室内温度波动，居住热舒适性以及热管理效率有着重要的影响，但水泥砂浆的蓄热能力有限，无法实现高效被动式热能调节与分配。

相变材料是一种具有高蓄热能力的功能材料，其特征是能够在相变过程中以潜热的形式吸收或释放大量热能。与此同时，得益于相变过程的可逆性，相变材料能够对周围环境温度的上升或下降做出及时响应，达到实时环境调节温度的效果。在水泥砂浆中加入相变材料能够赋予水泥砂浆优异的储热能力，是理想的热能调节与管理建筑材料。然而，相变材料的引入往往造成相变储能水泥砂浆力学强度、传热能力、储热容量、服役过程储热容量经时保留率的明显下降。在现有研究中，相变储能水泥砂浆的力学强度均受到不同程度的削弱，为了保证储放热高效率与结构性能，通常需要在其中加入导热系数较高的纳米材料提升水泥基体的力学强度与导热系数，如石墨烯、碳纳米管、碳纳米纤维等，这势必大大增加了相变储能水泥砂浆的制备成本，而与此同时，为了提升相变储能水泥砂浆的储热容量与服役过程储热容量经时保留率，往往需要进行宏观封装，形成相变材料体积较大，无法与水泥基体较好结合，利于其大规模的应用推广。相变储能水泥砂浆的成本高、力学强度低、导热能力不足、定型能力较差、储热容量小、服役过程储热容量经时保留率低等劣势严重阻碍了其作为建筑结构与功能材料的应用性。

发明内容

本发明是要解决现有的相变储能水泥砂浆的成本高、力学强度低、导热能力不足、定型能力较差、储热容量小、服役过程储热容量经时保留率低的技术问题，而提供一种微表面增强相变储能骨料及其制备方法和应用。采用农业废料、工业副产品、城市生活垃圾中回收的再生多孔材料作为支撑材料用于利废型相变材料的封装，解决相变储能水泥砂浆成本高的问题，随即引入微表面增强层促进相变储能骨料与水泥基之间的兼容性，诱导水泥水化产物定向在相变储能骨料微界面处沉积生长，从而降低相变储能水泥砂浆中的孔隙率、相变储能骨料与水泥基体之间的界面热阻，进而实现相变储能水泥砂浆力学强度、导热性能，储热容量、定型能力、服役过程储热容量经时保留率的显著提升，以解决背景技术中所提到的力学强度低、导热能力不足、定型能力较差、储热容量小、服役过程储热容量经时保留率低的问题。与此同时，使用再生材料作为相变骨料的多孔支撑骨架对使该种相变储能水泥砂浆也具有低碳环保的特性。