發(fā)布時(shí)間：2020-04-16 03:01

【摘要】：建筑行業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱,隨著我國(guó)城鄉(xiāng)一體化進(jìn)程的快速發(fā)展,伴隨而來的建筑原材料、建筑能耗將進(jìn)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(guó)最大的終端能源消耗單位。因此制備綠色節(jié)能建材對(duì)推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展意義重大,這也將推動(dòng)我國(guó)建筑材料向高性能、環(huán)保的方向不斷發(fā)展。儲(chǔ)熱建筑材料是將儲(chǔ)熱材料添加到建筑材料之中,以發(fā)揮儲(chǔ)熱材料的儲(chǔ)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(chǔ)熱材料。采用環(huán)氧樹脂進(jìn)行封裝的CA-SA/陶粒復(fù)合儲(chǔ)熱材料與石膏混合,制備耐水相變儲(chǔ)熱石膏板。以鋼渣、偏高嶺土作為無機(jī)礦物摻合料,并結(jié)合不同的養(yǎng)護(hù)條件對(duì)石膏進(jìn)行改性研究,以獲得石膏膠凝材料最佳性能時(shí)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(duì)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(shí)驗(yàn)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(shí),干(濕)抗壓強(qiáng)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(hù)4h時(shí),其濕抗壓強(qiáng)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(cè)與實(shí)驗(yàn)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(diǎn)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(diǎn)和共晶潛熱分別為28.53℃和135.55J/g。由此可知,理論計(jì)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(chǔ)熱材料中特征官能團(tuán)的振動(dòng)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(chǔ)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(chǔ)熱材料中特征官能團(tuán)的振動(dòng)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(chǔ)熱材料分別進(jìn)行100次熱循環(huán)。結(jié)果表明,環(huán)氧樹脂包覆的復(fù)合儲(chǔ)熱材料表面完好,而聚合物水泥包覆的復(fù)合儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)熱材料摻加到石膏膠凝材料之中制備儲(chǔ)熱石膏板。結(jié)果表明,當(dāng)CA-SA/陶粒復(fù)合儲(chǔ)熱材料的摻量為25%時(shí),儲(chǔ)熱石膏板的干(濕)抗壓強(qiáng)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(chǔ)熱石膏板的耐水性良好,得到耐水儲(chǔ)熱石膏板。此時(shí),耐水儲(chǔ)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(chǔ)熱石膏板中CA-SA/陶粒復(fù)合儲(chǔ)熱材料的添加量由0%增加到25%時(shí),實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛢?nèi)部的溫度由22℃升高到30℃所需的時(shí)間由1430s增加到2164s,因此可知,耐水儲(chǔ)熱石膏板具有較好的儲(chǔ)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(jī)礦物摻合料和有機(jī)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(jī)改性劑可以較好的改善其耐水性，但有機(jī)改性劑不僅成本較高，而且會(huì)導(dǎo)致石膏制品的強(qiáng)度降低。采用無機(jī)礦物摻合料與石膏共同水化會(huì)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(qiáng)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(duì)石膏力學(xué)強(qiáng)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(shí)，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(qiáng)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TU52

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