癸酸-硬脂酸/陶粒相變蓄熱混凝土的制備及性能

朱教群，李佳龍，周衛(wèi)兵，李儒光

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癸酸-硬脂酸/陶粒相變蓄熱混凝土的制備及性能

朱教群，李佳龍，周衛(wèi)兵，李儒光

（武漢理工大學(xué)硅酸鹽建筑材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢430070）

采用真空吸附法使多孔陶粒吸附癸酸-硬脂酸復(fù)合相變材料，經(jīng)硅溶膠表面封裝后制備出相變陶粒，然后將其作為粗骨料制備蓄熱混凝土。研究了癸酸-硬脂酸復(fù)合相變材料的熱物性和蓄熱混凝土抗壓及抗折強(qiáng)度在熱循環(huán)前后的變化規(guī)律，通過模型房實(shí)驗(yàn)對比分析了蓄熱混凝土的蓄熱性能，采用熱工計(jì)算研究了相變墻的蓄熱能力。結(jié)果表明癸酸-硬脂酸復(fù)合相變材料經(jīng)過600次熱循環(huán)后熱穩(wěn)定性良好，相變陶粒摻量為60%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的蓄熱混凝土試塊經(jīng)過600次熱循環(huán)后抗壓及抗折強(qiáng)度分別比熱循環(huán)前增加了22.3%和13.2%，模型房實(shí)驗(yàn)對比發(fā)現(xiàn)，在中心溫度和內(nèi)側(cè)面溫度處，相變模型房的平均溫度比普通模型房分別低5 ℃和6 ℃，相變蓄熱時(shí)間持續(xù)約25 min，通過熱工計(jì)算，在202 mm外墻的混凝土層中摻入4.20 kg/m2相變陶粒后，其與282 mm外墻有相同的隔熱效果,說明該相變陶?？梢蕴岣邏w的蓄熱能力。

相變材料；硅溶膠；相變陶粒；蓄熱混凝土

相變材料（PCMs）因其在相變過程中能存儲或釋放大量熱來達(dá)到自動蓄熱調(diào)溫的目的，在建筑節(jié)能領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值[1]。將相變材料應(yīng)用到建筑材料中，可以通過相變儲熱作用調(diào)節(jié)傳熱過程，有效減小室內(nèi)空氣溫度波動，達(dá)到建筑節(jié)能的目 的[2]。目前相變材料與建筑材料結(jié)合的方法主要有3種：直接混合法、浸漬法以及間接浸入法[3]。直接混合法和浸漬法雖然工藝簡單，但使用過程中存在相變材料易泄露、混凝土力學(xué)性能衰減嚴(yán)重等問題，因此目前使用較多的方法是間接浸入法。這種方法是先將相變材料導(dǎo)入多孔材料、聚合材料或者微膠囊中，經(jīng)過表面封裝處理后再與混凝土、石膏等建筑材料結(jié)合[4]。目前國內(nèi)學(xué)者針對此類問題進(jìn)行了相關(guān)研究[5]。胡小芳等[6]以石蠟作為儲能介質(zhì)，多孔陶粒作為吸附載體，通過海藻酸鈉反應(yīng)包裹定形相變材料制成熱穩(wěn)定性良好的相變儲能材料，發(fā)現(xiàn)將其摻在建筑石膏板中能明顯提高儲能密度并降低石膏的水化熱峰值溫度，但存在海藻酸鈉包封不均勻、多次熱循環(huán)后儲能介質(zhì)泄露等問題。WANG等[7]采用環(huán)氧樹脂和三亞乙基四胺封裝石蠟/陶粒相變材料，熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)石蠟的泄漏量比未封裝時(shí)明顯減小，并且摻入到混凝土后發(fā)現(xiàn)比普通混凝土更能有效延緩內(nèi)外傳熱和減緩室內(nèi)的溫度波動，但力學(xué)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其抗壓強(qiáng)度減低較明顯。石憲等[8]使用真空吸附法讓陶粒吸附正十二醇制得相變儲能陶粒，并采用樹脂材料和改性水泥漿對其進(jìn)行表面封裝。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)樹脂比改性水泥漿能更好防止相變材料的泄露，且多次相變循環(huán)實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)樹脂封裝的相變儲能陶粒表面完好，但將相變儲能陶粒作為粗骨料制備儲能混凝土?xí)r，測試發(fā)現(xiàn)其抗壓強(qiáng)度小于普通混凝土。

針對相變陶粒中相變材料易泄露和混凝土強(qiáng)度衰減嚴(yán)重的問題，采用硅溶膠對相變陶粒進(jìn)行封裝處理。硅溶膠是無定形二氧化硅膠體粒子在水或有機(jī)溶劑中的分散體系，具有良好的分散性和滲透性；當(dāng)硅溶膠水分蒸發(fā)時(shí)，膠體粒子牢固地附著在物體表面，粒子間形成硅氧結(jié)合，黏附性強(qiáng)，而且滲透性良好的膠體粒子能與水泥水化產(chǎn)物結(jié)合，并能填入混凝土孔隙中，提升混凝土的強(qiáng)度[9]。因此本研究采用硅溶膠作為封裝材料，對吸附癸酸和硬脂酸復(fù)合相變材料后的多孔陶粒進(jìn)行表面處理得到相變陶粒，然后將其以粗骨料形式摻入到混凝土中制備蓄熱混凝土，不僅能有效解決相變材料泄露和混凝土力學(xué)強(qiáng)度衰減嚴(yán)重的問題，而且蓄熱混凝土仍具有良好的蓄熱性能和熱工性能。

1 材料及制備

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

癸酸（CA），國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，分析純；硬脂酸（SA），國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，分析純；普通硅酸鹽水泥，華新水泥股份有限公司，28天抗壓強(qiáng)度342.5 MPa，密度3.0 g/cm3；河砂，中砂，細(xì)度模數(shù)為2.6；普通陶粒，武漢生產(chǎn)，密度等級480 kg/m3。硅溶膠，武漢生產(chǎn)，分子式可表示為SiO2?H2O，其組成成分及物性如表1所示。

表1 硅溶膠成分及物性表

1.2 相變陶粒的制備及表面封裝

本實(shí)驗(yàn)中所用的陶粒是一種性能穩(wěn)定的多孔材料，陶粒的粒徑5～15 mm。圖1所示為陶粒內(nèi)部孔隙形態(tài)的SEM（掃描電鏡）照片，孔隙率為38%。由于常壓狀態(tài)下相變材料在陶粒中的質(zhì)量吸附率一般低于20%，為了增加陶粒對相變材料的吸附能力，本研究采用真空吸附方式，真空吸附裝置如圖2所示。

根據(jù)施羅德公式[10]，將CA和SA按86∶14 （質(zhì)量比，下文同）稱量后于燒杯中混合均勻，置于70 ℃烘箱中共融。采用如圖2所示真空吸附裝置，把裝有多孔陶粒的錐形瓶置于水浴鍋內(nèi)，保持水浴溫度40 ℃。先將燒杯中的液態(tài)相變材料加入到分液漏斗中，打開活塞讓相變材料從分液漏斗流下至淹沒陶粒，然后關(guān)閉活塞。開啟真空泵開始抽真空，當(dāng)浸泡在液態(tài)相變材料中的陶粒周圍不再出現(xiàn)大量氣泡時(shí)，可認(rèn)為陶粒中的孔隙基本被液態(tài)相變材料填充。停止抽真空，慢慢轉(zhuǎn)動進(jìn)氣閥門使錐形瓶內(nèi)恢復(fù)常壓，然后將陶粒從液態(tài)相變材料中取出，并放置在10 ℃的冰箱中冷卻。當(dāng)多孔陶粒中的相變材料從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)后，再進(jìn)行表面封裝處理。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：真空狀態(tài)下,多孔陶粒吸附CA-SA復(fù)合相變材料1 h即達(dá)到飽和，質(zhì)量吸附率最終可達(dá)31%。

通過對未封裝的相變陶粒進(jìn)行300次熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)熱循環(huán)后相變陶粒質(zhì)量損失率為5.8%，質(zhì)量損失為相變材料泄露所致。由于硅溶膠優(yōu)異的熱穩(wěn)定性及黏結(jié)性，因此采用硅溶膠對其表面封裝處理。300次熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)其質(zhì)量損失率明顯減小，損失約為1.9%，驗(yàn)證了硅溶膠具有良好的封裝效果。硅溶膠表面封裝實(shí)驗(yàn)過程如下：將上述已制好的相變陶粒加入到裝有硅溶膠的燒杯中，浸泡半小時(shí)后取出、晾干，作為蓄熱混凝土的骨料備用。

1.3 蓄熱混凝土的制備

混凝土配合比設(shè)計(jì)按照J(rèn)GJ 51—2002《輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程》中的絕對體積法計(jì)算。混凝土配合比[11]如表2所示。蓄熱混凝土骨料是由相變陶粒等質(zhì)量替代部分普通陶粒而得到的。編號I、II、III的蓄熱混凝土分別是由相變陶粒占總骨料質(zhì)量的40%、50%、60%制成的。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 相變材料的熱性能分析

采用德國NETZSCH公司的STA449c/3/G型同步熱分析儀，測試溫度從-20～100 ℃，升溫速率為10 ℃/min。分別測試純CA、純SA、CA-SA 以及CA-SA經(jīng)歷100次、300次、600次熱循環(huán)后的相變溫度與相變焓,分析CA-SA復(fù)合相變材料的熱物性及在長期使用中的熱穩(wěn)定性。

2.2 蓄熱混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法

蓄熱混凝土的力學(xué)性能試驗(yàn)按照 GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行，本研究重點(diǎn)在于熱循環(huán)對蓄熱混凝土的抗壓強(qiáng)度及抗折強(qiáng)度的影響。混凝土強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)試件的成型尺寸為40 mm×40 mm×160 mm，標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)7天。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程如下：將混凝土試件放在50 ℃烘箱中保持半小時(shí)，然后取出試件冷卻至20 ℃以下，如此定義為一次熱循環(huán)。測試編號為I、II、III的混凝土試件在熱循環(huán)前以及經(jīng)過200次、400次、600次熱循環(huán)后的抗壓強(qiáng)度及抗折強(qiáng)度。

2.3 蓄熱混凝土的蓄熱性能實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

為研究蓄熱混凝土的蓄熱性能，通過建立實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ头磕M分析其蓄熱效果。實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ头康囊?guī)格為200 mm×200 mm×200 mm，厚度為40 mm。一個(gè)是由骨料為60%相變陶粒的混凝土搭建的蓄熱模型房；另一個(gè)是采用骨料為普通陶粒的混凝土搭建的普通模型房，在兩模型房的中心位置和內(nèi)側(cè)面位置分別插入熱電偶并密封。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程如下：將兩模型房從20 ℃烘箱取出，放置于50 ℃烘箱中并保溫2.5 h，然后從烘箱中取出冷卻2.5 h。通過熱電偶傳感器記錄兩個(gè)模型房中心與內(nèi)側(cè)面的溫度變化數(shù)據(jù)，模擬模型房內(nèi)部空氣溫度隨時(shí)間的變化情況，分析蓄熱混凝土的蓄熱效果。

表2 混凝土配合比

3 結(jié)果與討論

3.1 相變材料的選擇及熱性能分析

應(yīng)用于建筑節(jié)能領(lǐng)域的相變材料,首先要有合適的相變溫度，即滿足人體的熱舒適度溫度（25 ℃左右）；其次要有良好的熱穩(wěn)定性。無機(jī)相變材料對建筑基體材料具有腐蝕性并且存在過冷和相分離等現(xiàn)象，限制了其廣泛應(yīng)用。單一的有機(jī)相變材料在溫度上難以滿足建筑相變溫度的需求。所以，當(dāng)前的研究主要是選擇兩種或兩種以上的有機(jī)相變材料進(jìn)行復(fù)合，開發(fā)出具有合適相變溫度和相變焓的復(fù)合相變材料。

圖3所示為純CA、純SA以及CA-SA復(fù)合相變材料的DSC圖。根據(jù)癸酸和硬脂酸的熱物參數(shù)及施羅德公式，當(dāng)CA與SA的質(zhì)量比為86∶14時(shí)，二者復(fù)合后達(dá)到低共熔點(diǎn)。從圖3所示DSC曲線發(fā)現(xiàn)，復(fù)合相變材料在熔化和凝固時(shí)未出現(xiàn)分裂峰，從而驗(yàn)證了二者達(dá)到低共熔點(diǎn)，此時(shí)相變溫度為25.09 ℃，相變焓為161.88 J/g。相比純CA與純SA的相變溫度和相變焓，CA-SA復(fù)合相變材料的低共熔溫度為25.09 ℃，處于人體舒適感溫度范圍，而且相變焓仍較大。夏季居室溫度在24～26 ℃，因此從溫度上講，可將此復(fù)合相變材料用作調(diào)節(jié)建筑物夏季居室溫度的相變材料。

表3所示為CA-SA復(fù)合相變材料在熱循環(huán)前后的相變溫度及相變焓。由表可知，熔化焓在經(jīng)過100次、300次、600次熱循環(huán)后比熱循環(huán)前分別變化了1.33%、-0.09%、6.36%；凝固焓則分別變化了-4.12%、-4.17%、-1.4%。由結(jié)果可知復(fù)合相變材料的相變焓隨著熱循環(huán)次數(shù)的增加呈現(xiàn)無規(guī)律變化，但仍具有較高的潛熱。復(fù)合相變材料能保持較好的熱穩(wěn)定性與癸酸和硬脂酸內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)有關(guān)。脂肪酸中甲基間的分子作用力最小且是一個(gè)確定值，并不受熱循環(huán)次數(shù)的影響,這種作用力不會因脂肪酸之間的復(fù)配而發(fā)生改變[12]。實(shí)驗(yàn)時(shí)，脂肪酸在熔化吸熱-凝固放熱過程中會有微量揮發(fā)，但不會改變脂肪酸內(nèi)部的分子結(jié)構(gòu)，因此對復(fù)合相變材料的相變溫度及相變焓影響較小。從整體上看，長期熱循環(huán)過程中，CA-SA復(fù)合相變材料的相變溫度、相變潛熱變化不大，熱穩(wěn)定性能良好。

經(jīng)過市場分析，癸酸和硬脂酸市場價(jià)格相對較為適宜。因此，從相變溫度、相變潛熱、熱穩(wěn)定性及經(jīng)濟(jì)性方面考慮，CA-SA復(fù)合相變材料是建筑節(jié)能相變材料的較優(yōu)選擇。

3.2 熱循環(huán)對蓄熱混凝土抗壓及抗折強(qiáng)度的影響

圖4和圖5分別是熱循環(huán)對相變陶粒骨料摻量為I-40%、II-50%、III-60%的蓄熱混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度的影響圖。由圖4和圖5可知，當(dāng)摻量相同時(shí)，蓄熱混凝土抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度均隨熱循環(huán)次數(shù)的增加而增加；而當(dāng)熱循環(huán)次數(shù)相同時(shí)，隨著摻量的增加，蓄熱混凝土的抗壓強(qiáng)度及抗折強(qiáng)度也基本呈上升態(tài)勢。當(dāng)摻量為40%時(shí)，蓄熱混凝土經(jīng)過熱循環(huán)200次、400次、600次后的抗壓強(qiáng)度比熱循環(huán)前分別增加了2.8%、2.8%、4.9%，抗折強(qiáng)度分別增加了2.9%、2.9%、8.6%；當(dāng)摻量為50%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)，蓄熱混凝土經(jīng)過熱循環(huán)200次、400次、600次后的抗壓強(qiáng)度比熱循環(huán)前分別增加了5.4%、12.9%、17.0%，抗折強(qiáng)度分別增加了2.9%、11.8%、23.5%；當(dāng)摻量為60%時(shí)，蓄熱混凝土經(jīng)過熱循環(huán)200次、400次、600次后的抗壓強(qiáng)度比熱循環(huán)前分別增加了14.5%、19.7%、22.3%，抗折強(qiáng)度分別增加了2.6%、7.9%、13.2%。而且600次熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，無論相變陶粒摻量達(dá)到多少，混凝土試塊均完好，試塊表面及斷裂面均未發(fā)現(xiàn)相變材料泄露的情況。

表3 CA-SA復(fù)合相變材料熱循環(huán)前后的相變溫度及相變焓

隨著熱循環(huán)次數(shù)的增加，由于水分蒸發(fā)而形成的高活性硅溶膠顆粒具有很強(qiáng)的分散性和滲透性，不僅能通過毛細(xì)管滲透到混凝土基層內(nèi)部，并與水泥的水化產(chǎn)物Ca(OH)2反應(yīng)生成高強(qiáng)度的水化硅酸鈣凝膠，促進(jìn)了水泥的水化作用，改善了水泥硬化漿體與骨料之間的界面特性，還能作為水泥硬化漿體內(nèi)部孔隙的填充物使微觀結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，提高混凝土的強(qiáng)度[13]。而且隨著骨料中相變陶粒摻量的增大，硅溶膠顆粒滲透進(jìn)入混凝土基層與Ca(OH)2反應(yīng)生成的水化硅酸鈣凝膠增多，進(jìn)一步加大了漿體界面之間的結(jié)合力，使得混凝土強(qiáng)度不斷增加。經(jīng)過600次熱循環(huán)后，試塊表面及斷裂面均未發(fā)現(xiàn)相變材料的泄露。這是由于膠體顆粒形成熱穩(wěn)定性良好的致密硅氧膜，牢固地附著在陶粒表面，有效防止了相變材料的泄露。

3.3 模型房蓄熱性能分析

圖6所示為蓄熱模型房與普通模型房升溫變化曲線。由圖6可知同一時(shí)刻蓄熱模型房的中心溫度和內(nèi)側(cè)溫度均相應(yīng)小于普通模型房，且蓄熱模型房中心最大溫度和內(nèi)側(cè)面最大溫度比普通模型房分別低約6 ℃和5 ℃，當(dāng)溫度升至25 ℃附近時(shí)，蓄熱模型房的中心溫度和內(nèi)側(cè)溫度變化曲線上均有一段平臺線，平臺時(shí)間持續(xù)約25 min。圖7所示為蓄熱模型房與普通模型房降溫變化曲線。由圖7可知同一時(shí)刻蓄熱模型房的中心溫度和內(nèi)側(cè)溫度也均相應(yīng)小于普通模型房，而且蓄熱模型房中心最大溫度和內(nèi)側(cè)面最大溫度比普通模型房分別低約5 ℃和4 ℃，當(dāng)溫度降到25 ℃左右時(shí)，蓄熱模型房的中心溫度和內(nèi)側(cè)溫度變化曲線也各有一段平臺線，平臺時(shí)間持續(xù)約27 min。

這是由于外界環(huán)境從較低溫度吸熱升溫，當(dāng)溫度升至相變材料的相變點(diǎn)時(shí)，相變材料開始吸收熱量發(fā)生相變，致使蓄熱模型房內(nèi)溫度在一段時(shí)間內(nèi)保持恒定；同理，在降溫階段，當(dāng)溫度降至相變材料的相變點(diǎn)時(shí)，相變材料開始釋放儲存的熱量，從而減緩了蓄熱模型房內(nèi)的溫度波動。由此可見，摻入60%相變陶粒的蓄熱模型房內(nèi)溫度波動小于普通模型房，具有良好的蓄熱保溫效果。

3.4 相變墻的熱工計(jì)算

厚度不同的混凝土墻，由于熱惰性不同, 從室外進(jìn)入室內(nèi)的熱量也會不同。在厚度較小墻體的混凝土層中摻入一定量的相變陶粒后能增加墻體的熱惰性, 可達(dá)到與厚度大墻體同樣的隔熱效果。本實(shí)驗(yàn)?zāi)M外墻外保溫隔熱節(jié)能的設(shè)計(jì)，墻體各層構(gòu)造、厚度和材料熱物理參數(shù)[14]如表4所示。本文中相變墻與基準(zhǔn)墻構(gòu)造一樣，主要不同的是在混凝土層，它是由相變陶粒等質(zhì)量代替普通陶粒而形成的。

表4 墻體各層構(gòu)造、厚度及熱物理參數(shù)

夏季建筑墻體內(nèi)表面換熱阻i為0.11 m2·K/W，外表面換熱阻e為0.05 m2·K/W，根據(jù)表4墻體各層材料的熱物理參數(shù)，各層熱阻為厚度與導(dǎo)熱系數(shù)之比，即=/，墻體總熱阻0為各層材料熱阻疊加Σ與i、e之和；各層熱惰性為各層熱阻與蓄熱系數(shù)之積，即=·，墻體總熱惰性0由各層熱惰性疊加Σ而得；墻體傳熱系數(shù)為總熱阻0的倒數(shù)，即10。熱工計(jì)算[15]結(jié)果如表5所示。

JGJ134—2001《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定外墻節(jié)能設(shè)計(jì)的兩個(gè)等級中≤1.5，0≤3.0或≤1.0，0≥2.5。從表5可以看到, 282 mm與242 mm外墻的值和0值都符合要求, 202mm外墻的值與0值不符合要求,因此可以在混凝土層中摻入相變陶粒使外墻體達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

以外墻面積為1 m2計(jì)算，室內(nèi)溫度為20 ℃，室外計(jì)算溫度為32.4 ℃，溫度波動范圍±1 ℃，建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)修正系數(shù)i取0.79，采用的是武漢地區(qū)南朝向太陽總輻射強(qiáng)度[16]。282 mm外墻的熱工參數(shù)為：0=0.75 m2·K/W，0=3.77，=1.33 W/(m2·K)，結(jié)合表5熱工參數(shù)可計(jì)算出室外進(jìn)入南向墻體的熱量平均值，可知摻入相變陶粒的墻體可達(dá)到的隔熱效果。相應(yīng)計(jì)算結(jié)果見表6。

表5 不同厚度外墻體的熱工參數(shù)

表6 進(jìn)入不同厚度外墻的晝夜熱量平均值

由表6可知，若202 mm外墻要達(dá)到282 mm外墻相同的隔熱效果，每晝夜每平方米進(jìn)入的平均熱量應(yīng)減少3.53 W，即進(jìn)入墻體的總熱量應(yīng)減少3.05×102kJ。已知相變陶粒的相變潛熱為72.7 kJ/kg，所以在202 mm外墻的混凝層中摻入4.20 kg/m2的相變陶粒,可達(dá)到與282 mm外墻相同的效果，大大降低了外墻厚度。

4 結(jié) 論

（1）所配制的CA-SA低共熔物適宜作為夏季居室控溫材料，其相變溫度為25.09 ℃，相變潛熱為161.88 J/g，且600次加熱-冷卻循環(huán)驗(yàn)證了此復(fù)合相變材料良好的熱穩(wěn)定性。

（2）采用硅溶膠作為封裝材料效果理想，600次熱循環(huán)后混凝土試塊完好，斷裂面及表面均未出現(xiàn)相變材料泄露的情況。相變陶粒摻量為40%、50%、60%的蓄熱混凝土經(jīng)過600次熱循環(huán)后，抗壓強(qiáng)度分別比循環(huán)前提高了4.9%、17.0%、22.3%，抗折強(qiáng)度則分別提高了8.6%、23.5%、13.2%。

（3）通過蓄熱模型房與普通模型房的蓄熱模擬實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在中心溫度和內(nèi)側(cè)面位置處，蓄熱模型房的平均溫度分別比普通模型房低5 ℃和6 ℃，相變蓄熱時(shí)間持續(xù)約25 min。

（4）在202 mm外墻的混凝土層中摻入4.20 kg/m2相變陶粒，其與282 mm外墻具有相同的隔熱效果，而且外墻厚度降低了80 mm。

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Preparation and characterization of a capric acid-stearic acid-ceramsite-concrete composite phase change material

ZHU Jiaoqun, LI Jialong, ZHOU Weibing, LI Ruguang

(State Key Laboratory of Silicate Materials for Architectures, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, Hubei, China)

A vacuum adsorption method was used to make ceramsite particles to absorb capric acid-stearic acid based phase change materials (PCMs).These, upon subsequent surface sealing with silica sol, gave shape-stable encapsulated PCM particles. These encapsulated particles were then used as aggregates in cement formulation to obtain composite PCM concrete. The composite PCM concrete was characterized for their thermal and mechanical properties. The thermal storage performance of the composite PCM concrete was studied though contrast experiments in a model room. The results indicate that the composite PCM concrete has a good thermal stability demonstrated through 600 thermal cycles. At a load of 60% (by mass) composite PCM particles in the aggregates, the compressive strength and flexural strength of the concrete is increased respectively by 22.3% and 13.2% after 600 thermal cycles. The model room contrast experiments showed that the centre and interior average temperatures of the model house are 5 ℃ and 6 ℃ lower than that of the ordinary model room, with the phase change process lasting approximately 25 minutes. Analyses suggest when a concrete wall of 202 mm thickness is mixed with 4.20 kg/m2PCM composite particles, it could achieve the same thermal insulation effect as a 282 mm thickness wall, illustrating the substantial enhancement of thermal storage capacity of the wall through the use of PCM.

phase change materials; silica sol; phase change ceramsite(PCCs); thermal storage concrete

10.12028/2095-4239.2016.0078

TU528

A

2095-4239（2017）02-255-08

2016-09-28；修改稿日期：2016-11-26。

湖北省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2015BAA107）。

朱教群（1964—），男，研究員，博士生導(dǎo)師，主要從事新能源材料及蓄熱混凝土制備等方面的研究，E-mail：zhujiaoq@whut.edu.cn。