相变储能砂浆实验方案

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相变储能材料在抗裂抹面砂浆中的应用研究

相变储能材料在抗裂抹面砂浆中的应用研究刘成楼（北京虹霞正升涂料有限责任公司，102400）摘要：以十八烷蜡为相变材料，以膨胀珍珠岩为定形材料，制备的相变储能抹面砂浆，可广泛地应用于建筑围护结构外表做抹面保护层，具有高温时吸热储能、低温时放热的调温节能作用，各项物理性能均满足相关标准要求。

关键词：相变储能；抹面砂浆；调温；节能引言：节能减排是我国“十一五”规划纲要中提出的重要任务，建筑节能已被列入法规，“外墙外保温系统施工技术规程”已在全国强制执行。

相变储能材（PCMs）应用于建筑围护结构，可提高能源的利用率，为节约建筑能耗提供新的途径。

目前，常用的PCMs有无机物和有机物两大类：无机物如水合盐类PCMs，在相变时容易产生腐蚀性、过冷和相分离等现象，这是无机PCMs的固有缺陷；有机PCMs如聚乙烯乙二醇、脂肪酸及其衍生物、石蜡等，具有储能性能好、物化性能稳定、热工性能好、相变温度可调、可加工成定形PCMs等优点，已被应用于相变储能墙板、地板、天花板及混凝土中。

当PCMs建筑材料用于外墙面时，夏季可因相变而隔热降温；应用于内墙面时，冬季的白天可吸收日光的辐射储能，晚上放出热量，起到调温均温作用，可大幅度地降低室内温度的波动，提高人体的舒适度，同时也具有显著的节能作用。

本文选用十八烷蜡为PCMs、粉状膨胀珍珠岩为包裹定形材料，通过热融蜡液浸渗工艺，将蜡液吸附进膨胀珍珠岩的微孔隙中，制备成一种定形PCMs复合材料，将其加入到抗裂抹面砂浆中，制成相变储能抗裂抹面砂浆，做为外墙外保温系统的保护层，可对提高保温系统的保温隔热性能起叠加效应。

同时，保护层也具有优良的机械强度和抗裂、防水性能。

1、PCMs的隔热机理在高温季节，建筑围护结构因吸收太阳光的辐射热，普通墙体的外表面温度可达到60-70℃，外墙外保温系统的保护层因保温层的热阻效应而温度可达80℃左右，此时，一旦遇到暴雨，表面温度可迅速降至30℃左右，巨大温差极易产生温度裂缝，并导致渗水。

相变储能保温砂浆

相变储能保温砂浆产品简介：相变储能保温砂浆是由有机保温材料、无机保温材料和相变储能材料复配而成，具有导热系数小、保温效果好、A级防火、充分利用自然能源吸热储能、相变放热、调温控温、高效节能的特点。

针对近年来连续发生外保温工程火灾事故，公安部、住建部发文要求建筑外保温材料必须采用燃烧性能为A级或B1级产品，这就大大限制了有机保温材料在外保温工程中的应用范围。

无机保温材料防火不燃，但是导热系数较大，保温效果差。

外保温材料发展历程：保温隔热材料与制品是影响建筑节能一个重要的影响因素。

建筑保温材料的研制与应用越来越受到世界各国的普遍重视。

20世纪70年代后，国外普遍重视保温材料的生产和在建筑中的应用，力求大幅度减少能源的消耗量，从而减少环境污染和温室效应。

1980年以前，中国保温材料的发展十分缓慢，但中国保温材料工业经过30多年的努力，特别是经过近20年的高速发展，不少产品从无到有，从单一到多样化，质量从低到高，已形成膨胀珍珠岩、矿物棉、玻璃棉、泡沫塑料、耐火纤维、硅酸钙绝热制品等为主的品种比较齐全的保温材料产业。

2011年以前，外保温市场主要以挤塑聚苯板（XPS 板）、模塑聚苯板（EPS板）、硬泡聚氨酯板（PUR板）及岩（矿）棉等材料为主。

系数w/m·k 岩（矿物）棉板≤0.044在无机材料中保温性能较好的，技术较成熟，内应力低，接缝处不宜裂缝供不应求，材料需预定；危害施工人员健康；国产质量较差，吸水后保温性降低泡沫玻璃≤0.062吸水率低，抗压/内聚强度好较脆，内应力大，接缝处易裂缝，导热系数偏高，寒冷地区使用较厚，不宜推广发泡水泥≤0.07容易生产，原料易得较脆，内应力大，接缝处易裂缝，导热系数偏高，寒冷地区使用较厚，不宜推广无机保温砂浆≤0.085对基层平整度要求低导热系数高，寒冷地区使用厚度超100mm，不宜使用酚醛板≤0.035防水，保温效果好，宜施工复合后达到A级，但存争议。

粉化严重，板身宜开裂相变储能材料的原理：组成：相变储能脱硫石膏保温砂浆：组成（示例配方）：脱硫建筑石膏+水泥+灰钙粉复合交结材料160—200kg；可再分散胶粉3—6kg；玻化微珠70—80kg；空心玻璃微珠30—40kg；定形相变材料（相变点23℃）60—100kg；助剂1—3kg。

相变储能自流平砂浆制造方法与设计方案

一种相变储能自流平砂浆制造方法，包括以下步骤：将多孔氧化铝放入聚乙二醇单甲醚中进行浸泡510分钟，多孔氧化铝捞出后静置10分钟，之后多孔氧化铝与五水硫酸铜、硼砂和水在4045℃温度下进行搅拌混合，加热搅拌时间4050分钟，得到相变材料，本技术自流平砂浆加入相变储能材料后在温度变化时发生固液相变时，伴随着吸热和放热的一种具有储能密度大，可以有效吸收砂浆固化时水热反应产生的热量，并提高了混凝土的初始强度，在砂浆养护过程有有效的释放热量，达到内养护作用，实现热量的合理吸收和释放，提高能源的利用效率。

权利要求书1.一种相变储能自流平砂浆制造方法，包括以下步骤：(1) 将多孔氧化铝放入聚乙二醇单甲醚中进行浸泡5-10分钟，多孔氧化铝捞出后静置10分钟，之后多孔氧化铝与五水硫酸铜、硼砂和水在40-45℃温度下进行搅拌混合，加热搅拌时间40-50分钟，得到相变材料，多孔氧化铝、五水硫酸铜、硼砂和水质量比为：100：10-20:5-10:0.5-1.5，(2)将三聚氰胺甲醛树脂和十二碳醇酯进行加入到相变材料中，进行充分分散混合，(3)将硫铝酸盐水泥，硅酸盐水泥，砂放入砂浆搅拌机中进行搅拌，之后放入水混合均匀，(4)将步骤(2)中得到的分散混合物加入到步骤（3）的砂浆搅拌机中，搅拌2-3分钟，(5)最后加入防沉降剂、三乙烯四胺和聚羧酸系减水剂，以400-500转/分钟的速度继续搅拌5-10分钟，得到自流平砂浆，所述相变储能自流平砂浆由以下组分组成：硫铝酸盐水泥30-40份，硅酸盐水泥10-15份，三聚氰胺甲醛树脂5-8份，砂50-60份，相变材料20-25份，十二碳醇酯 0.5-0.7份，防沉降剂0.5-0.6份，三乙烯四胺0.2-0.3份，聚羧酸减水剂0.4-0.6份，水15-25份，所述防沉降剂制造方法包括：将β-环糊精加入到60-70℃水中，匀速搅拌5-10分钟，之后加入富马酸，继续搅拌10-15分钟，之后加入四丁基溴化铵和山梨糖醇，温度控制在80-90℃，以300-400转/分钟进行剪切搅拌，搅拌时间为10-15分钟，最后加入甲基二乙醇胺加拌均匀，将其放入反应釜中压力保持在0.2-0.3MPa，保压30-50分钟，泄压后得到所述防沉降剂，β-环糊精:富马酸: 四丁基溴化铵：山梨糖醇：甲基二乙醇胺摩尔比例为1:0.2-0.3:0.5-0.55:0.4:0.1-0.15。

石蜡相变储能砂浆应用性能研究

Ｍｅｃｒｉｔｕｉｎｏｏｉｔｒｒｕｙｎｒｓｏｐｒｓｍｅｅｗａｕｅｔａａｙｅｏｅｔｕｔｒｏｒａ．Ｒｅｕｔｓｏｓｓｄｏｎｌｚｐｒｓｒｃｕｅｆｍｏｒｔｓｌｓｈｗｔａｍｏａｗｉｅｌｉｎａａｆｈｓｈｔｔｒｒｔｍｕｓｏｐｒｆｎａｈｉｂｔｅｄｆｒｔｏｐｏｅｙｈｎｈｔｆｍｏｔｒｅｔｒｅｏｍａｉｎｒｐｒｔａｔａｏｒａｗｉｐｒｆｎａｔｌ￣ｏｖｒｍｏｔｒｔｐｒｆｉｐｒｉｌｈｓｅｔｒｔｔｈａａｉｐｒｉｅｈｗｅｅ，ｒａｗｉｆｅｈａａｆｎａｃｅａｂｔｅｗｏｋｂｌｔｔｒａｉｙｉ
小，相变砂浆的流动性随着含量的增加出现降低趋势。
可见石蜡乳液对砂浆抗折强度和抗压强度的影响均大
石蜡乳液作为相变材料与砂浆拌和时，随着石蜡乳液掺于石蜡颗粒。＿量的增加，其流动性降低。而且石蜡乳液相变储能砂浆流动２３石蜡相变储能砂浆的变形性能
性均低于对应的石蜡颗粒相变储能砂浆的流动性，也低于普
全国中文核心期刊
斩癯建巍粉
中科核期国技心刊
石Ｉｉ变储雒础浆应用ｎ链砜夯！ｌｌｔ生
史巍，景鹏侯
（东北电力大学建筑工程学院，吉林吉林１２１）３０２
摘要：相变控温储能材料可机敏控制混凝土结构温度裂缝，石蜡相变砂浆的应用性能进行了研究。采用石蜡颗粒和石蜡乳对

相变储能保温隔热砂浆的研究与应用

的是玻化微珠保温砂浆，这种砂浆虽然也有着一定的导热功能，且抗能材料的调温效果，继而推算节能效率。压强度较高、抗开裂性优良，但在保温隔热方面仍然受到了一定的３．４实验结果与讨论限制。事实上，玻化微珠保温砂浆这种建筑材料不仅难以满足寒冷（１）十八烷蜡对膨胀珍珠岩吸水率的影响地区居民对住宅舒适度的需求，而且在建筑节能工作中节能效率也玻化微珠和膨胀珍珠岩都是以珍珠岩为原料，经高温烧结、瞬间不高。因此，玻化微珠保温砂浆建筑材料被相变储能保温隔热砂浆膨胀而成的轻质多孔材料，玻化微珠表面包覆一层玻璃质，呈闭孔中所取代是时代发展下的一种必然结果。空结构，但因原材料差异和工艺控制的难度，往往存在着部分开孔颗１相变储能建筑材料的概述粒；膨胀珍珠岩是表面开孔、内部呈蜂窝状颗粒，因此吸水率较高，经相变储能建筑材料是指当外环境温度比自身温度高时，能从环吸附十八烷蜡以后，吸水率下降。境中吸收热量，放出冷量；当环境温度比自身低时，能够从环境中吸（２）定性相变材料对保温砂浆性能的影响收冷量，同时放出热量的一种物相可以发生变化的建筑材料。它具在试验条件下，以玻化微珠为主要轻集料制备的保温砂浆，干密有变相材料的优点，同时也兼备了建筑材料的优点，这样的双重优点度、导热系数较低，抗压强度较高；以自制定型相变材料为主要轻集的具备让它在建筑工程中为建筑节能工作做出了不小的贡献，也为料制备的保温砂浆，干密度、导热系数较高，抗压强度较低；二者以建筑业带来了更多的经济效益。本文中所探讨的保温隔热砂浆便是１：１质量比混合使用，３项性能居其中，并且具有良好的调温控温功相变储能建筑材料中最为常见的一种。能，还对提高耐水性有一定贡献。２保温隔热砂浆的概述（３）定型相变材料用量对砂浆调温效果的影响保温隔热砂浆是用于涂抹或涂刷到建筑墙体或墙面上的一种在保温砂浆中加入定型相变材料，当环境温度大于十八烷蜡的新型的保温材料，它主要是以水泥、膨胀珍珠岩等材料作为主体材相变温度时，随着定型相变材料掺量的增加，由于相变潜热总量的增料，辅以纤维素或其他添加剂等作为辅助材料，将其主体材料和辅助加、吸收热量增多而使样板表面温度下降；当环境温度低于十八烷材料用机械或手工进行搅拌、混合等一系列工作，便可制成保温隔蜡的相变温度时，由于相变材料储能多、放热量大而使样板表面温热砂浆。度略有上升。当定型相变材料掺量达到２０％时，下午２点的表面最保温隔热砂浆是一种复合型的保温隔热材料，其主要性能有保高温度为７３ ℃，与ｌ＃对照样板相比降低了５ ℃（波峰温度），这充分证温、隔热、产品不燃以及绿色环保等特质，而且由于其加水拌和之后明了相变储能材料有显著的调温控温和均温效果。具有较好的粘黏性，所以在施工技术和施工流程上并不复杂。（４）相变储能保温砂浆的节能效率３相变储能保温隔热砂浆的制备工艺研究证明，在酷热的下午，由于建筑物外墙温度过高而形成城市３．１定型相变材料的制备热岛效应，使周围空气升高２～３ ℃。据统计，每天最高气温升高１ ℃，（１）将膨胀珍珠岩加入水浴加热反应釜中，转速为８０ｒ／ｍｉｎ，温度要求制冷用电量上升２％，因此可以粗略地推算，用于外墙的相变储为８０ ℃条件下，抽真空２０ｍｉｎ，负压为０．５～０．６ＭＰａ，关闭气阀并开启能材料可直接节电１０％以上。同理，当用相变温度为２０～２２ ℃的十八液体加料阀，将已经融化的十八烷蜡缓慢加入。烷蜡制备的保温砂浆用于内墙时，在我国北方的夏秋季节＇由于昼夜（２）关闭进料阀，抽真空，负压为０．９～１．ＯＭＰａ，搅拌速度调制温差大，相变材料白天吸热储能，降低室内最高温度，减少空调耗电１２０ｒ／ｍｉｎ，保温反应３０ｍｉｎ，关闭真空泵，卸料、冷却、包装。量，夜间在自然通风条件下，储存的热量释放出来，从而保持室内的（３）在该生产工艺中，加入熔点为３０ ℃的十八烷蜡制备的定型相人体舒适度（２０～２４￣Ｃ），在冬季，由于涂层具有优良的保温性和调温功变材料，用于配制外墙保温隔热砂浆；改加熔点为２２ ℃的十八烷蜡能而提高室内的最低温度，减小室内空气温度的波动幅度，尤其对于制备的定型相变材料，用于配制内墙保温隔热砂浆。自采暖和分户计量供热量的居民楼，其节能效率更明显。３．２相变储能保温隔热砂浆的制备结束语首先将空心玻璃微珠和粉煤灰加入砂浆混合机中，搅拌中加入通过实践实验以及本文中对实验结果的分析和讨论可知，相变纤维材料，待纤维材料分散均匀后再加入水泥、膨润土、胶粉等粉状储能保温隔热砂浆建筑材料具有优良的保温隔热性、相变储能性以保温隔热砂浆材料，最后加人玻化微珠和定型相变材料，混合均匀后立即放料，避及对外界环境温度进行良好的调整于控制性。此外，还具有较强的耐水性质和节能性，可为建筑工程中的建筑节能工作免轻骨料因长时间搅拌而破碎。做出一定的贡献。根据保温隔热砂浆材料所具有的一系列功能和特３．３实验性能测试我们可以得出其材料的主要应用如下：涂抹于建筑物内墙、外墙（１）常规性能指标测试方法按ＧＢ／Ｔ２０４７３ — ２００６｛建筑保温砂浆》性，表面作内墙保温层和外墙保温层；可储存和利用太阳能，有效调节和进行。为住宅居民提供舒适的居住条件；若再其材料ｆ２１吸水率测试：按ＪＧＪ７０ — ９０中规定制备７０．７ｍｍ×７０．７程科技

相变储能砂浆的制备及其性能

汪振双，赵宁
（１．东北财经大学ａ．投资工程管理学院，ｂ．金融学院，辽宁大连１１６０２５；２．大连理工大学建筑材料研究所，辽宁大连１１６０２４）
摘
要：以工业石蜡／膨胀珍珠岩为相变材料制备储能砂浆，并对相变材料掺量１Ｏ，２０，３Ｏ和４Ｏ
浆中掺入１０～２５的微胶囊石蜡用于室内隔
墙，以调节室内室温＿ｇ］．Ｈａｗｅｘ等ｌｌ１。。ｕｊ通过对比
试验，研究了不同相变材料与混凝土复合的热性能，并对相变材料在混凝土中的封装进行了研究．郑立辉将石膏板浸泡到液体石蜡中，制成相变石
功效系数的计算结果25相变储能材料抗压强度fig5compressivestrengthofphasechangeenergystoragemortartable4computingresultsofefficacycoefficient质量损失率导热系数热惰性指标蓄热系数衰减倍数砂浆干密度抗压强度总功效系数102030400924324100000007567570694595060000006000000676923086153809230771000000060000007251820815328089489110000000600000060000006630540667350084433507403310905419083061210000001000000100000008520730749917068026506000001000000085032607520340666232060000007616070778614078621307776740778564浆的质量损失率导热系数热惰性指标蓄热系数衰减倍数干密度和抗压强度等个指标当相变材料的掺量为20时所有指标的功效系数均大于07总功效系数为最大储能砂浆的综合性能达到最优

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相变储能砂浆实验方案
实验目的
开发相变储能砂浆，拓展水泥实验室的研究范围，同时开展的机制砂在砂浆中的应用研究。

实验原料
主要原料有：相变材料有石蜡、十八烷蜡（熔点30℃，潜热200J/g）、硬脂酸丁酯，丁基硬酯酸盐、丁基棕榈酸盐、脂肪酸等，选择一种或多种；载体材料有膨润土、皂土、膨胀石墨、膨胀珍珠岩、凹凸棒和其他一些层状粘土等，选择一种或多种；普通硅酸盐水泥；细骨料（中砂、机制砂）；水；外加剂等。

实验方法
1实验配比：
配比①，水泥：细骨料：水：外加剂=1：1.5-2.5：0.3-05：0.005-0.03均为质量比，水泥为普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥；细骨料为标准砂或细度模数2.3-3.0之间的中砂。

配比②，普硅水泥28-30%；河沙60-70 %；可再分散胶粉2.5-3.05%；羟丙甲基纤维素0.2-0.3%；聚丙烯纤维0.1-0.15%；粉状改性硅烷憎水剂0.1-0.15%，质量分数。

拟采用本集团的机制砂代替天然砂；相变复合体为占5wt%-30wt%；外加剂为木质素系减水剂或聚羧酸系高效减水剂。

2相变复合体的选择与制备：
方案 1 直接购买多孔石墨基相变复合材料微粉或其它多孔基为载体的相变材料，有可对应的相变温度，如可选择人体舒适的18-26度。

方案2 自身制备多孔基的复合材料。

①选择有机相变材料（PCM）石蜡、十八烷蜡（熔点30℃，潜热200J/g）、硬脂酸丁酯，丁基硬酯酸盐、丁基棕榈酸盐、脂肪酸等。

表-1 部分有机PCM的热物理性能
PCM 熔点/℃潜热值/(J/g)热导率/[W/(m·k)] CH3(CH2)16COO(CH2)3CH319 140
CH3(CH2)11OH 26 200
CH3(CH2)16CH320-60 200
CH3(CH2)16COOC3H919 186 0.165
CH3(CH2)8COOH 30 150-158 0.160
CH3(CH2)10COOH 41-43 185-210 0.160
表-2 合适材料的质量组成与性能参数
②选择无机多孔材料为载体。

即利用具有较大比表面积的多孔无机材料作为吸
附介质，通过微孔毛细作用、电场作用及离子浓度差作用，将液态的有机或无机PCM吸入微孔结构中，形成新的复合PCM。

当PCM发生固-液相变时，由于微孔毛细管作用，液态的PCM很难从微孔结构中溢出。

可供选择的无机吸附材料有膨润土、皂土、膨胀石墨、膨胀珍珠岩、凹凸棒和其他一些层状粘土等。

这些材料共同的特征是：都具有微观的层状结构和多孔结构，比表面积很大，吸附能力强，在自然界分布广泛，容易获取且成本低廉。

③相变材料与载体的复合方法：（1）将有机相变材料和无机多孔材料注入加热
釜中，在料温为大于相变材料的相变温度（70℃左右下）搅拌混合并抽真空，在负压下使熔融的有机体（蜡液）浸渗并吸附到无机载体（膨胀珍珠岩）的孔隙中，放料、降温、过筛，成定形PCMs。

（2）将有机相变材料和无机多孔材料准确称量后一起充分搅拌复合，再放在高于有机相变材料相变温度的烘箱中恒温24小时以上，得到吸附均匀充分的多孔基材料相变储能复合材料微粉。

3相变储能砂浆的制备：
（a）按比例称取水泥和细骨料倒入搅拌锅内，开动搅拌机干拌，干拌时间1-2分钟；
（b）加入预先混合均匀的水和外加剂，再搅拌2-3分钟；
（c）将准确称量好的多孔基相变储能复合材料微粉倒入上述的搅拌物中，继续搅拌2-3分钟，至混合均匀；
（d）将搅拌物倒入成型模具之中，24小时之后待样品硬化之后拆模即得到相变储能砂浆。

相变储能砂浆性能检测：
一，宏观性能检测
按照中国的行业标准《建筑砂浆基本性能试验方法》JGJ 70-90来进行性能检测，主要方面有：稠度、泌水率、立方体抗压强度、密度、劈裂抗拉强度等等。

但目前还没有一个对保温砂浆的保温性能检测标准，认为可开创性地设计检测方法，如现场模拟温度的变化，来观察储能保温砂浆的放（吸）的效果。

二，微观性能表征
1 差示扫描量热法(DSC)和热分析法(TA)
储能材料的储能温度范围和储能密度是相变材料主要的物理性能，研究此性能常用的方法有差示扫描量热法DSC和热分析法TA法。

DSC法和TA法都可以测试出相变材料的熔点(范围)、冰点(范围)以及相变材料的过冷度。

另外，DSC
分析还可以提供熔解热、固化热等反应材料性能的重要数据；而TA分析可以反应出新相的形成和分离现象。

在DSC测量中，所用试样尺寸很小，样品的过冷现象特别严重，但析出程度大大降低，因此，为了解相变材料在工程应用中的特性，TA方法同样非常重要。

2TG分析
在研究相变储能材料稳定性和储热能力时，经常用到TG分析法。

通过TG检测，从其曲线中可以看出相变材料在不同温度范围内的挥发和储热放热能力。

3时间-温度曲线法
时间-温度曲线法属于非稳态法测量导热系数的方法，利用圆柱体的一维非稳态传热模型导出的计算式，只要测量相变储能材料完全相变的时间即可得到导热系数。

该方法的原理及装置简单，操作方便，所用材料的量较大，可以同时测量相变储能材料的潜热、相变温度、导热系数等多个物性，并且克服了以往在测量导热系数时只能测定特定形状的固态物质的不足，它可以用来测量任何形状形态物质的导热系数，尤其是可以测量液态物质的导热系数，为实际应用带来了很大的方便。

4扫描电镜(SEM)
扫描电镜可以对材料的断面或表面进行扫描，以观察材料的微观结构、形貌特征等等。