磷石膏相变储能基体材料制备研究

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磷石膏,主要成分为二水硫酸钙,产量大但利用率较低,实现工业副产物磷石膏的大规模综合利用已成为急需解决的问题。利用储能技术降低能耗,在时间和空间上实现能源的转移是目前研究的热点,是解决能耗问题的最有效的途径之一。但利用磷石膏作为基体制备复合相变储能建筑材料在国内外研究较少。  本课题结合目前基体材料研究现状,分别利用物理发泡法和化学发泡法对磷石膏进行改性轻质化,研究各个因素对磷石膏孔隙率、密度和强度的影响,再进行搭载储能材料试验。  首先选择合适的磷石膏缓凝剂,并确定其用量,然后通过物理发泡法改性磷石膏,研究了泡沫量,水灰比和缓凝剂量各个因素对磷石膏密度、孔隙率和抗折、抗压强度的影响。结果表明,试验条件为泡沫量为250 mL,水灰比为65%,缓凝剂量为0.5%时,改性效果最好,扩大孔隙率的同时满足强度要求。此时孔隙率增大到55.89%,抗折强度为1.33 MPa,抗压强度为2.51 MPa。  然后采用碳酸钙和硫酸铝化学发泡法改性磷石膏,探究了缓凝剂用量、水灰比、碳酸钙和硫酸铝的用量各个因素对磷石膏密度、孔隙率和抗折、抗压强度的影响。实验表明:硫酸铝和碳酸钙用量对磷石膏孔隙率影响较大。试验条件为水灰比65%,缓凝剂量0.5%,硫酸铝加入量为1.5%,碳酸钙加入量0.9%时,制备的改性磷石膏性能较好,孔隙率增大到59.76%,增加14.48%,抗折强度为1.38 MPa,抗压强度为1.58 MPa。  物理发泡法和化学发泡法均能有效扩大其孔隙率,为相变材料提供更多空间,但抗压和抗折强度均会随之降低。化学发泡法改性磷石膏,浆体入模后继续膨胀,硬化脱模后的试块出现明显的分层;物理发泡法所用的十二烷基硫酸钠用量少、发泡效果好,制备的发泡磷石膏制品表面平整。因此,分别采用未改性的磷石膏和物理发泡法制备的改性磷石膏作为基体材料,石蜡为相变材料制备两种复合相变储能磷石膏。磷石膏的石蜡容留量由28.7%增大到34.6%,石蜡和磷石膏材料之间无化学相互作用,相变温度53.0℃,相变焓43.1 J/g,具有较好的调温控温性能,发泡改性的相变储能磷石膏的调温控温最佳。磷石膏经发泡改性后作为基体材料制备磷石膏基相变储能材料,实现了在保证轻质适用于高层建筑的条件下,有效减缓温度的波动,降低能耗,同时为磷石膏的资源化利用提供了新途径。
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