【摘要】：建筑行業(yè)是我國國民經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱,隨著我國城鄉(xiāng)一體化進程的快速發(fā)展,伴隨而來的建筑原材料、建筑能耗將進一步增大。作為三大能耗之一的建筑能耗,也將首次超過其他兩大能耗,成為我國最大的終端能源消耗單位。因此制備綠色節(jié)能建材對推動我國經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展意義重大,這也將推動我國建筑材料向高性能、環(huán)保的方向不斷發(fā)展。儲熱建筑材料是將儲熱材料添加到建筑材料之中,以發(fā)揮儲熱材料的儲能、調(diào)溫作用,從而降低建筑能耗。本文將癸酸-硬脂酸(CA-SA)二元低共熔物吸附于陶粒之中,以制備CA-SA/陶粒復(fù)合儲熱材料。采用環(huán)氧樹脂進行封裝的CA-SA/陶粒復(fù)合儲熱材料與石膏混合,制備耐水相變儲熱石膏板。以鋼渣、偏高嶺土作為無機礦物摻合料,并結(jié)合不同的養(yǎng)護條件對石膏進行改性研究,以獲得石膏膠凝材料最佳性能時的物料配合比和工藝條件。分別研究了鋼渣與偏高嶺土的添加量以及不同工藝條件對石膏物理力學(xué)性能的影響,并利用XRD和SEM分析了石膏的物相和微觀結(jié)構(gòu)。實驗結(jié)果表明,鋼渣和偏高嶺土最優(yōu)添加量分別為10%和5%。此時,干(濕)抗壓強度和軟化系數(shù)分別為25.5MPa、11.1MPa和0.44,與空白石膏相比,分別增加12.6%、60.8%和41.9%。石膏膠凝材料在60℃養(yǎng)護4h時,其濕抗壓強度和軟化系數(shù)分別為14.8MPa和0.74,與空白石膏相比分別提高132.7%和138.7%,改性石膏耐水性良好。通過理論預(yù)測與實驗相結(jié)合的方法制備了CA-SA,得到CA-SA的理論共熔質(zhì)量比、共晶熔點和共晶潛熱分別為90.7:9.3、29.5℃和150.4J/g。DSC結(jié)果表明,CA-SA的共晶熔點和共晶潛熱分別為28.53℃和135.55J/g。由此可知,理論計算值具有較好的指導(dǎo)作用。經(jīng)過600次熱循環(huán)后,CA-SA的相變溫度和相變潛熱分別為26.53℃和130.76J/g,與未循環(huán)前相應(yīng)值相比變化不明顯。FT-IR結(jié)果表明600次循環(huán)前后,CA-SA儲熱材料中特征官能團的振動吸收譜帶基本一致。因此,二元低共熔物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性較好。DSC結(jié)果表明,CA-SA/陶粒復(fù)合儲熱材料的相變溫度和相變焓值分別為28.95℃和43.76J/g。FT-IR結(jié)果表明,復(fù)合儲熱材料中特征官能團的振動吸收譜帶與二元低共熔物的基本一致,由此可知,二元低共熔物是鑲嵌于陶粒的孔隙之中。由環(huán)氧樹脂、聚合物水泥包覆的CA-SA/陶粒復(fù)合儲熱材料分別進行100次熱循環(huán)。結(jié)果表明,環(huán)氧樹脂包覆的復(fù)合儲熱材料表面完好,而聚合物水泥包覆的復(fù)合儲熱材料表面包覆層出現(xiàn)破裂、脫落,未包覆CA-SA/陶粒復(fù)合儲熱材料出現(xiàn)了泄露現(xiàn)象,因此優(yōu)選環(huán)氧樹脂作為包覆材料。環(huán)氧樹脂包覆的CA-SA/陶粒復(fù)合儲熱材料摻加到石膏膠凝材料之中制備儲熱石膏板。結(jié)果表明,當(dāng)CA-SA/陶粒復(fù)合儲熱材料的摻量為25%時,儲熱石膏板的干(濕)抗壓強度和軟化系數(shù)分別為8.74MPa、5.35MPa和0.61,其軟化系數(shù)較空白石膏板提高了96.8%。因此,復(fù)合相變儲熱石膏板的耐水性良好,得到耐水儲熱石膏板。此時,耐水儲熱石膏板的導(dǎo)熱系數(shù)、蓄熱系數(shù)和比熱容分別為0.555W/(m?K)、8.9W/(m~2?K)和1.428J/(g.℃)。當(dāng)耐水儲熱石膏板中CA-SA/陶粒復(fù)合儲熱材料的添加量由0%增加到25%時,實驗?zāi)Ｐ蛢?nèi)部的溫度由22℃升高到30℃所需的時間由1430s增加到2164s,因此可知,耐水儲熱石膏板具有較好的儲能、調(diào)溫效果。
【圖文】：

圖 1-1 CaSO4.2H2O（a）和 CaSO4.1/2H2O（b）晶體結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1-1 Crystal structure diagram of CaSO4.2H2O (a) and CaSO4.1/2H2O (b)大量學(xué)者一般采用摻加無機礦物摻合料和有機防水劑作為外加劑來改善建筑石膏的耐水性。通過向石膏中摻加有機改性劑可以較好的改善其耐水性，但有機改性劑不僅成本較高，而且會導(dǎo)致石膏制品的強度降低。采用無機礦物摻合料與石膏共同水化會形成大量的水化硅酸鈣(C-S-H)和鈣礬石（AFt）等水化產(chǎn)物，包裹在二水硫酸鈣（CaSO4.2H2O）晶體的周圍，這些水化產(chǎn)物遇水的溶解度約為 CaSO4.2H2O 的 1/30，因此可以較好的提高石膏的耐水性。JC Rubio-Avalos[7]等人通過向石膏中摻加丁苯乳膠，結(jié)果表明適量的丁苯乳膠溶液可以較好的改善石膏的塑性但極大地?fù)p害了石膏的力學(xué)強度。S. Eve[8]通過向石膏中摻加高分子聚合物溶膠，以探究其對石膏力學(xué)強度和耐水性的影響。結(jié)果表明，當(dāng)高分子乳膠溶液摻加的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于 2.5%時，石膏內(nèi)部水化產(chǎn)物的晶體變得粗大，且石膏內(nèi)部吸水通道被高分子乳膠封閉，，從而提高了石膏的耐水性，但其力學(xué)強度卻極大地降低。范立瑛[9-10]等，分別單摻高嶺土、硫酸鋁

圖 2-1 偏高嶺土粒徑分布圖Fig. 2-1 Particle size distribution of metakaolin采用武漢華軒高新技術(shù)有限公司生產(chǎn)的 F10 系列磺化能見表 2-3。表 2-2 偏高嶺土與鋼渣的化學(xué)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 減水劑的基本物理性能Table 2-3 Basic physical properties of superplasticizer
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU52

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