本發(fā)明屬于建筑材料技術領域，具體地說，涉及一種終凝期短的相變儲熱的混凝土材料及其制備方法和應用。

背景技術：

國家標準規(guī)定：硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥、復合硅酸鹽水泥等六類硅酸鹽水泥初凝時間不得早于45min，一般為1～3h；終凝時間除硅酸鹽水泥不遲于6.5 h 外，其余水泥終凝時間不得遲于10h，一般為5～8h凡初凝時間不符合規(guī)定者為廢品，終凝時間不符合規(guī)定者為不合格品。

混凝土在確保達到終凝的情況下，一般情況下，凝固時間越短越好，可以縮短施工時間。水泥達到終凝后，水泥的各項強度就成型了，也不會增長了，因此，在保證混凝土硬度的前提下，縮短終凝期是技術人員重點考慮的研究方向。

還有就是，大樓主框架施工完畢后，建筑工人需要向大樓噴水，這是因為當天氣干熱時，水蒸發(fā)很快，當水泥還未完全凝固前，水就蒸發(fā)沒了，水泥與水和空氣發(fā)生化學反應就停止，水泥無法完全凝固，其硬度就達不到設計要求。所以當其缺水時，要及時補水，確保水泥完全凝固。

儲熱混凝土是在普通混凝土中添加一定含量的相變蓄熱組分材料制成的一種新型水泥基復合材料。普通混凝土比熱容都比較小，在混凝土中添加一定含量的無機鹽晶體和碳纖維等儲熱組分，可改善其蓄熱性能，但碳纖維價格較高，在混凝土中使用將使儲熱混凝土的成本較高。

中國專利申請?zhí)枺?01510656866.2 ，公開日：2015-12-15的專利文獻公開了是一種利用淀粉渣改性生土材料的方法， 包括 ：(1) 將生土、無機膠凝材料按比例稱量混合 均勻 ；(2) 將淀粉渣干燥、粉磨 , 按比例稱量后加 水煮沸得到漿液 ；(3) 按一定配比稱量外加劑，并 將其與所述步驟 (2) 中制得的淀粉渣漿液混合均 勻 ；(4)將所述步驟(3)制得的混合液加入所述步 驟 (1) 的混合料中，強力攪拌均勻，將濕混后混合 料送入真空練泥機中練泥后，擠出成型，其中水的 質量為固體總質量的 22 ～ 30％ ；(5) 將所述步驟 (4)中擠出成型的生土材料，自然干燥養(yǎng)護28天。該發(fā)明制備工藝簡單，屬于低成本的新型環(huán)保建筑材料，其使用的原料來源廣泛，大大減少了原材 料與運輸?shù)某杀?。該發(fā)明雖然使用到了淀粉渣，但只是出于降低成本的需要。

技術實現(xiàn)要素：

要解決的技術問題

針對現(xiàn)有技術中混凝土終凝期長、影響施工周期以及儲熱混凝土熱量的儲存和釋放效率逐漸降低的問題，本發(fā)明提供了一種終凝期短的相變儲熱的混凝土材料及其制備方法和應用。它可以實現(xiàn)縮短混凝土終凝期，并可以讓其在短時間內完全凝固而不影響硬化質量，應用于外墻時，還有保溫的效果，而且還具備儲熱功能。

技術方案

本發(fā)明的技術原理是，水泥和水以后，發(fā)生一系列物理與化學變化，隨著水泥水化反應的進行，水泥漿體逐漸失去流動性、可塑性，進而凝固稱具有一定強度的硬化體，這一過程成為水泥的凝結，前期為初凝期，后期為終凝期，而整個凝固的過程，往往伴隨著的是放熱的過程，發(fā)明人充分利用初凝期的可塑性，將其與淀粉混合并和水攪拌后，將水泥活性部分激發(fā)后，會產生熱量，部分淀粉會有糊化成膠狀膨脹的效果，迅速進行真空冷凍干燥，在升華吸熱的前提下，料溫迅速降低，保持其活性和產生大量冰晶充實在凍體狀態(tài)的初凝體中，這些冰晶甚至能夠對水泥和淀粉的粉體顆粒表面進行破壞，甚至能夠刺破顆粒表面，然后進行真空冷凍干燥工藝，而真空冷凍干燥的作用是保持該活性，冰晶升華干燥后，在原位產生大量的細小空隙，形成灰白色蜂窩狀薄脆塊的結構，該結構由于水分含量小且膨松，為破碎至任意粒度的顆粒料打下良好的基礎。

本發(fā)明選擇石油瀝青作為儲熱主要成分的技術原理為：石油瀝青是一種低成本、高儲熱性能的商用相變材料，其相變溫度42℃，相變潛熱為325kJ/kg，體積儲熱密度為320MJ/m3，但在將石油瀝青應用于混凝土材料的過程中，容易出現(xiàn)過冷和相分離現(xiàn)象，導致材料析出，降低循環(huán)壽命，嚴重制約石油瀝青在混凝土中的實際應用，將石油瀝青填充在丁基橡膠膠囊中，并將丁基橡膠膠囊過熱密封，制配成包裹有石油瀝青的丁基橡膠膠囊，將相變的包裹有石油瀝青的丁基橡膠膠囊摻和在混凝土中制備成一種相變儲熱混凝土。

將包裹有石油瀝青的丁基橡膠膠囊和淀粉、水泥和水一起混合后進行凍干，石油瀝青中的水分進行徹底的升華后，膠囊產生的脫水通道被淀粉或水泥補位，在膠囊的表面形成保護層，加強了膠囊的吸熱和放熱的持久性。

為達到上述目的，本發(fā)明提供的技術方案為：

一種終凝期短的相變儲熱的混凝土材料，包括水泥、淀粉、砂、天然卵石子、包裹有石油瀝青的丁基橡膠膠囊，各組分重量份數(shù)為：水泥18份～20份，淀粉1份～2份，砂40～50份，包裹有石油瀝青的丁基橡膠膠囊10～15份，天然卵石子15～25份；其中：水泥、包裹有石油瀝青的丁基橡膠膠囊和淀粉用水混合均勻后，用真空冷凍干燥工藝進行干燥后使用。

一種終凝期短的相變儲熱的混凝土材料的制備方法，步驟為：

A、混合后攪拌：將水泥、包裹有石油瀝青的丁基橡膠膠囊和淀粉混合均勻后，加水攪拌均勻成初凝體；

B、攤?。簩⒊跄w迅速攤薄至模具中；

C、凍干：轉入真空冷凍干燥倉內凍干后呈灰白色蜂窩狀薄脆塊；

D、破碎：將薄脆塊進行破碎成顆粒料；

E、真空包裝；

F、應用：具體應用過程中，拆包裝后混合砂、天然卵石子、水使用。

優(yōu)選地，所述步驟B模具的厚度為2～5cm；包裹有石油瀝青的丁基橡膠膠囊的制備方法為將石油瀝青填充到丁基橡膠膠囊中，過熱密封丁基橡膠膠囊制備出包裹有石油瀝青的丁基橡膠膠囊。

優(yōu)選地，所述真空冷凍干燥倉內的真空冷凍干燥的曲線為：

a、升華速凍期：干燥倉抽真空至200Pa以內，保持1～1.5h；

b、升溫期：15～20分鐘內板溫升溫至100～110℃，保持真空至200Pa以內；

c、升華高峰期：板溫100～110℃保持1～1.5h，真空保持160±5Pa；

d、中溫期：板溫降至80～90℃保持1.5～2h，真空保持60～80Pa；

e、解析干燥期：板溫降至60～70℃保持1～2h，真空保持40～60Pa；

f、恒溫期：板溫降至55℃、物料溫度50±1℃，真空保持40～50Pa，板溫和物料溫度呈兩條水平平行線保持50～60min后破真空出倉。

優(yōu)選地，所述步驟D中，破碎粒度為橡膠膠囊的大?。桓稍锴€中，物料溫度不大于52℃。

一種終凝期短的相變儲熱的混凝土材料在鋪設混凝土地面的應用，應用步驟如下：

A.水泥漿的制備：破碎后顆粒料、砂、天然卵石子和水計量后混合攪拌形成二次初凝體；

B.鋪設：將二次初凝體直接鋪設至鋪平的地面；

C.硬化：進入終凝期硬化結束后即可使用。

一種終凝期短的相變儲熱的混凝土材料在建筑外墻的應用，應用步驟如下：

A.水泥漿的制備：破碎后顆粒料、砂、天然卵石子和水計量后混合攪拌形成二次初凝體；

B.鋪設：將二次初凝體直接抹平至建筑外墻；

C.硬化：進入終凝期硬化結束后即可使用。

一種終凝期短的相變儲熱的混凝土材料在樁基鋼筋籠的應用，應用步驟如下：

A.水泥漿的制備：破碎后顆粒料、砂、天然卵石子和水計量后混合攪拌形成二次初凝體；

B.澆注：將二次初凝體直接澆注至樁基鋼筋籠中；

C.硬化：進入終凝期硬化結束后即可使用。

一種終凝期短的相變儲熱的混凝土材料制備混凝土塊的應用，應用步驟如下：

A.水泥漿的制備：破碎后顆粒料、砂、天然卵石子和水計量后混合攪拌，攪拌速度為800～1500rpm，攪拌5～10min，形成二次初凝體；

B.澆筑：將A步驟制得的相變儲熱混凝土漿注入模具中，20～30℃下養(yǎng)護10～20天，硬化得到相變儲熱混凝土塊。

有益效果

采用本發(fā)明提供的技術方案，與已有的公知技術相比，具有如下顯著效果：

（1）本發(fā)明的一種終凝期短的相變儲熱的混凝土材料，淀粉、包裹有石油瀝青的丁基橡膠膠囊和水泥在初凝期結束前進行凍干后再破碎，淀粉能夠充分利用混凝土凝固期間的放熱產生糊化膠狀的效果，并和砂、膠囊結合，產生牢固的包覆效果，由于膠狀的傳熱效果差，還會產生保溫的效果，多孔狀結構的凍干粉體材料，形成水分的吸入通道，吸水迅速，水迅速和混凝土中各成分進行物理和化學反應，由于膠狀淀粉的存在，還避免了水泥的聚團效應，當反應完全時，水分通道才會閉合，而此時，膠狀淀粉的持水性能又對未完全參與反應的水泥進行水分的持續(xù)供給，這樣，即保證了混凝土的硬化的完全性，又縮短了混凝土的終凝期，進而縮短了施工周期并保持了吸熱和放熱的持久性；

（2）本發(fā)明的一種終凝期短的相變儲熱的混凝土材料的制備方法，步驟B模具的厚度為2～5cm，保證了在凍干倉中升華吸熱速凍的迅速性；升華吸熱速凍的溫度可達-18～-22℃，符合發(fā)明人測定的該混合體的冷凝點，以便于能夠產生足夠多的細小冰晶，產生最大冰晶生成帶，升華吸熱速凍時間可以為60～90分鐘，根據(jù)物料厚度進行相應的調整；

（3）本發(fā)明的一種終凝期短的相變儲熱的混凝土材料制備方法，真空冷凍干燥的曲線是發(fā)明人根據(jù)物料冷凝點、物料厚度、凍干過程中物料升溫速率綜合考慮的結果，制得的灰白色蜂窩狀薄脆塊即保持了其活性，又盡量避免了內部淀粉的過度糊化而影響使用時水分的吸收，石油瀝青中的水分進行徹底的升華后，膠囊產生的脫水通道被淀粉或水泥補位，在膠囊的表面形成保護層，加強了膠囊的吸熱和放熱的持久性；

（4）本發(fā)明的一種終凝期短的相變儲熱的混凝土材料，破碎至膠囊的顆粒粒度，灰白色蜂窩狀薄脆塊也為均勻的粒度分布打下良好的基礎；干燥曲線中，物料溫度不大于52℃，避免在倉中淀粉過度糊化；

（5）本發(fā)明的一種終凝期短的相變儲熱的混凝土材料在鋪設混凝土地面的應用，由于終凝期短，地面養(yǎng)護周期短，短時間內即可通行，而且硬化完全，硬度高，淀粉膠體的存在，還產生的吸水放水的效果，能夠保持地面的長時間持水，減少地面應力的過度變化而產生裂紋；

（6）本發(fā)明的一種終凝期短的相變儲熱的混凝土材料在建筑外墻的應用，工序簡單，無需反復灑水補充水分，和包裹有石油瀝青的丁基橡膠膠囊協(xié)同作用，還有保溫的效果，也能避免墻面應力的過度變化而產生裂紋；

（7）本發(fā)明的一種終凝期短的相變儲熱的混凝土材料在樁基鋼筋籠的應用，淀粉膠體的存在，和鋼筋的結合度高，避免由于混凝土的離筋產生對整個樁基的破壞。

具體實施方式

下面結合具體的實施例，對本發(fā)明作詳細描述。

實施例1

本實施例的一種終凝期短的相變儲熱的混凝土材料，包括水泥、淀粉、砂、天然卵石子、包裹有石油瀝青的丁基橡膠膠囊，各組分重量份數(shù)為：水泥18份，淀粉1份，砂40份，包裹有石油瀝青的丁基橡膠膠囊10份，天然卵石子15份，水泥為粉煤灰硅酸鹽水泥；

本實施例的一種終凝期短的相變儲熱的混凝土材料的制備方法，步驟為：

A、混合后攪拌：將水泥、包裹有石油瀝青的丁基橡膠膠囊和淀粉混合均勻后，加水攪拌均勻成初凝體；包裹有石油瀝青的丁基橡膠膠囊的制備方法為將石油瀝青填充到丁基橡膠膠囊中，過熱密封丁基橡膠膠囊制備出包裹有石油瀝青的丁基橡膠膠囊；

B、攤薄：將初凝體迅速攤薄至模具中，模具的厚度為2cm；

C、凍干：轉入真空冷凍干燥倉內凍干后呈灰白色蜂窩狀薄脆塊，凍干工藝為：

a、升華速凍期：干燥倉抽真空至200Pa以內，保持1h；

b、升溫期：15分鐘內板溫升溫至100℃，保持真空至200Pa以內；

c、升華高峰期：板溫100℃保持1h，真空保持160±5Pa；

d、中溫期：板溫降至80℃保持1.5h，真空保持60～80Pa；

e、解析干燥期：板溫降至60℃保持1h，真空保持40～60Pa；

f、恒溫期：板溫降至55℃、物料溫度50±1℃，真空保持40～50Pa，板溫和物料溫度呈兩條水平平行線保持50min后破真空出倉。

D、破碎：將薄脆塊進行破碎成顆粒料；

E、真空包裝；

本實施例的一種終凝期短的相變儲熱的混凝土材料，在鋪設混凝土地面的應用，應用步驟如下：

A.水泥漿的制備：破碎后顆粒料、砂、天然卵石子和水計量后混合攪拌形成二次初凝體；

B.鋪設：將二次初凝體直接鋪設至鋪平的地面；

C.硬化：進入終凝期硬化結束后即可使用。

經測算，粉煤灰硅酸鹽水泥的終凝期為4.5小時左右，本實施例的一種終凝期短的相變儲熱的混凝土材料縮短周期至少50%；制得的本實施例的相變儲熱混凝土地面每立方的理論儲熱量可達360kW.h，取得了明顯的儲熱效果。

實施例2

本實施例的一種終凝期短的相變儲熱的混凝土材料，包括水泥、淀粉、砂、天然卵石子、包裹有石油瀝青的丁基橡膠膠囊，各組分重量份數(shù)為：水泥20份，淀粉2份，砂50份，包裹有石油瀝青的丁基橡膠膠囊13份，天然卵石子25份，水泥為42.5級普通硅酸鹽水泥；

本實施例的一種終凝期短的相變儲熱的混凝土材料的制備方法，步驟為：

A、混合后攪拌：將水泥、包裹有石油瀝青的丁基橡膠膠囊和淀粉混合均勻后，加水攪拌均勻成初凝體；包裹有石油瀝青的丁基橡膠膠囊的制備方法為將石油瀝青填充到丁基橡膠膠囊中，過熱密封丁基橡膠膠囊制備出包裹有石油瀝青的丁基橡膠膠囊；

B、攤?。簩⒊跄w迅速攤薄至模具中，模具的厚度為5cm；

C、凍干：轉入真空冷凍干燥倉內凍干后呈灰白色蜂窩狀薄脆塊，凍干工藝為：

a、升華速凍期：干燥倉抽真空至200Pa以內，保持1.5h；

b、升溫期：20分鐘內板溫升溫至110℃，保持真空至200Pa以內；

c、升華高峰期：板溫110℃保持1.5h，真空保持160±5Pa；

d、中溫期：板溫降至90℃保持2h，真空保持60～80Pa；

e、解析干燥期：板溫降至70℃保持2h，真空保持40～60Pa；

f、恒溫期：板溫降至55℃、物料溫度50±1℃，真空保持40～50Pa，板溫和物料溫度呈兩條水平平行線保持60min后破真空出倉。

D、破碎：將薄脆塊進行破碎成顆粒料；

E、真空包裝。

本實施例的一種終凝期短的相變儲熱的混凝土材料，在建筑外墻的應用，應用步驟如下：

A.水泥漿的制備：破碎后顆粒料、砂、天然卵石子和水計量后混合攪拌形成二次初凝體；

B.鋪設：將二次初凝體直接抹平至建筑外墻；

C.硬化：進入終凝期硬化結束后即可使用。

經測算，42.5級普通硅酸鹽水泥的終凝期為6-10小時，本實施例的一種終凝期短的相變儲熱的混凝土材料縮短周期至少200%；制得的本實施例的相變儲熱混凝土外墻每立方的理論儲熱量可達380kW.h，取得了明顯的儲熱效果。

實施例3

本實施例的一種終凝期短的相變儲熱的混凝土材料，包括水泥、淀粉、砂、天然卵石子、包裹有石油瀝青的丁基橡膠膠囊，各組分重量份數(shù)為：水泥19份，淀粉1.4份，砂45份，包裹有石油瀝青的丁基橡膠膠囊15份，天然卵石子20份，水泥為火山灰質硅酸鹽水泥；

本實施例的一種終凝期短的相變儲熱的混凝土材料的制備方法，步驟為：

A、混合后攪拌：將水泥、包裹有石油瀝青的丁基橡膠膠囊和淀粉混合均勻后，加水攪拌均勻成初凝體；包裹有石油瀝青的丁基橡膠膠囊的制備方法為將石油瀝青填充到丁基橡膠膠囊中，過熱密封丁基橡膠膠囊制備出包裹有石油瀝青的丁基橡膠膠囊；

B、攤?。簩⒊跄w迅速攤薄至模具中，模具的厚度為4cm；

C、凍干：轉入真空冷凍干燥倉內凍干后呈灰白色蜂窩狀薄脆塊，凍干工藝為：

a、升華速凍期：干燥倉抽真空至200Pa以內，保持1.3h；

b、升溫期：20分鐘內板溫升溫至100℃，保持真空至200Pa以內；

c、升華高峰期：板溫100℃保持1.2h，真空保持160±5Pa；

d、中溫期：板溫降至80℃保持1.5h，真空保持60～80Pa；

e、解析干燥期：板溫降至65℃保持1.5 h，真空保持40～60Pa；

f、恒溫期：板溫降至55℃、物料溫度50±1℃，真空保持40～50Pa，板溫和物料溫度呈兩條水平平行線保持55min后破真空出倉。

D、破碎：將薄脆塊進行破碎成顆粒料；

E、真空包裝；

本實施例的一種終凝期短的相變儲熱的混凝土材料，在樁基鋼筋籠的應用，應用步驟如下：

A.水泥漿的制備：破碎后顆粒料、砂、天然卵石子和水計量后混合攪拌形成二次初凝體；

B.澆注：將二次初凝體直接澆注至樁基鋼筋籠中；

C.硬化：進入終凝期硬化結束后即可使用。

經測算，火山灰質硅酸鹽水泥的終凝期為4至6小時，本實施例的一種終凝期短的相變儲熱的混凝土材料縮短周期至少100%；制得的本實施例的相變儲熱混凝土樁基鋼筋籠每立方的理論儲熱量可達386kW.h，取得了明顯的儲熱效果。

實施例4

本實施例的一種終凝期短的相變儲熱的混凝土材料，包括水泥、淀粉、砂、天然卵石子、包裹有石油瀝青的丁基橡膠膠囊，各組分重量份數(shù)為：水泥20份，淀粉1.6份，砂40份，包裹有石油瀝青的丁基橡膠膠囊13份，天然卵石子16份，水泥為火山灰質硅酸鹽水泥；

本實施例的一種終凝期短的相變儲熱的混凝土材料的制備方法，步驟為：

A、混合后攪拌：將水泥、包裹有石油瀝青的丁基橡膠膠囊和淀粉混合均勻后，加水攪拌均勻成初凝體；包裹有石油瀝青的丁基橡膠膠囊的制備方法為將石油瀝青填充到丁基橡膠膠囊中，過熱密封丁基橡膠膠囊制備出包裹有石油瀝青的丁基橡膠膠囊；

B、攤?。簩⒊跄w迅速攤薄至模具中，模具的厚度為3cm；

C、凍干：轉入真空冷凍干燥倉內凍干后呈灰白色蜂窩狀薄脆塊，凍干工藝為：

a、升華速凍期：干燥倉抽真空至200Pa以內，保持1.1h；

b、升溫期：15分鐘內板溫升溫至105℃，保持真空至200Pa以內；

c、升華高峰期：板溫105℃保持1.0h，真空保持160±5Pa；

d、中溫期：板溫降至80℃保持1.5h，真空保持60～80Pa；

e、解析干燥期：板溫降至60℃保持2.0h，真空保持40～60Pa；

f、恒溫期：板溫降至55℃、物料溫度50±1℃，真空保持40～50Pa，板溫和物料溫度呈兩條水平平行線保持50min后破真空出倉。

D、破碎：將薄脆塊進行破碎成顆粒料；

E、真空包裝；

本實施例的一種終凝期短的相變儲熱的混凝土材料，制備混凝土塊的應用，應用步驟如下：

A.水泥漿的制備：破碎后顆粒料、砂、天然卵石子和水計量后混合攪拌，攪拌速度為800～1500rpm，攪拌5～10min，本實施例中可以為攪拌速度1000rpm，攪拌10min，形成二次初凝體；

B.澆筑：將A步驟制得的相變儲熱混凝土漿注入模具中，20～30℃下養(yǎng)護10～20天，本實施例中可以為20℃下養(yǎng)護20天，硬化得到相變儲熱混凝土塊。

經測算，本實施例的一種終凝期短的相變儲熱的混凝土材料縮短周期至少100%；制得的本實施例的相變儲熱混凝土塊每立方的理論儲熱量可達410kW.h，取得了明顯的儲熱效果。

以上示意性地對本發(fā)明創(chuàng)造及其實施方式進行了描述，該描述沒有限制性。所以，如果本領域的普通技術人員受其啟示，在不脫離本創(chuàng)造宗旨的情況下，不經創(chuàng)造性的設計出與該技術方案相似的結構方式及實施例，均應屬于本專利的保護范圍。