多孔材料基储能建筑构件的热-力性能研究
本论文系统研究了硅藻土和膨胀石墨两种多孔材料与相变材料制备工艺及复合相变材料的性能表征,然后用相变陶粒等体积取代陶粒轻骨料混凝土中的陶粒,系统研究相变储能混凝土材料的应力应变关系和调温功能。第一种载体硅藻土,其含有活性二氧化硅,会有水泥反应,因此选择应用较多的绿色建材石膏为基材,并在基材中加入高导热和高韧性的碳纤维,提升储能石膏的导热性和力学性能。第二种载体是导热性和吸附性更强的膨胀石墨,研究两种相变储能石膏材料的热-力性能,发现膨胀石墨基相变储能石膏热转换效率更高,调温效果显著;又因为膨胀石墨的膨胀倍数多样,于是选取了三种不同膨胀倍数的膨胀石墨作为载体,通过对比三种相变储能石膏的热-力性能,选择最佳膨胀倍数的膨胀石墨载体。微型定形相变材料应用在石膏中强度较低,只能做围护结构,即便应用在混凝土中,也只是取代细骨料,根据实验显示,20%的含量就能使基材强度大幅下降。为此选取陶粒作为载体吸附石蜡,简化制备工艺,用相变陶粒等体积取代陶粒轻骨料混凝土中的陶粒,研究储能混凝土材料的应力应变关系和调温功能。具体的实验结论总结如下:（1）硅藻土基定形相变材料经表征满足实际应用的要求,但硅藻土具有活性二氧化硅,会与水泥材料中的氢氧化钙反应,导致石蜡渗漏。因此选用绿色建材石膏作为基材。碳纤维的导热性较强和韧性较好,在储能石膏中既增强了基材的导热性,提升了热转换效率,又改善了储能石膏的力学性能。（2）硅藻土对石蜡的吸附率较低,以及对应的储能石膏材料在掺加碳纤维的情况下,导热系数仍然较低。于是选取膨胀石墨做载体,进行与硅藻土相同的测试,对比不同储能石膏材料的热-力性能,得出结论:膨胀石墨基定形相变材料（EG/P）的热焓约为硅藻土基定形相变材料（DP）的六倍;石膏的导热系数与EG/P的含量呈正比,与DP的含量呈反比;添加1%碳纤维之后,EG/P组的房屋模型中心点的温度明显降低,与对照组相比,房屋模型中心点温度最多降低了3.2℃,而碳纤维对DP组房屋模型的中心点温度基本无影响;膨胀倍数为160倍时,膨胀石墨吸附率和导热系数较高,应用到石膏中,储能石膏板对房屋模型中心点温度的改善最明显。（3）选择宏观多孔材料陶粒做载体吸附石蜡,经表征相变陶粒具有较高的热存储能力。应用在轻骨料混凝土中,等体积取代粗骨料,经测试相变混凝土的强度高于轻骨料混凝土,但随着相变陶粒的增加,强度呈下降趋势,当100%取代粗骨料时,混凝土强度仅下降了0.3MPa,且该组混凝土柱中心点最高温度降低4.7℃。
- 作者：
- 张博
- 学位授予单位：
- 深圳大学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2020年
- 导师姓名：
- 崔宏志
- 中图分类号：
- TU528
- 关键词：
- 硅藻土；定形相变材料；碳纤维；石膏；膨胀石墨；陶粒；轻骨料混凝土
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