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意想不到！工業(yè)副產(chǎn)石膏竟成保溫材料新寵，大多數(shù)人竟然不知道

意想不到！工業(yè)副產(chǎn)石膏竟成保溫材料新寵，大多數(shù)人竟然不知道(圖1)

意想不到！工業(yè)副產(chǎn)石膏竟成保溫材料新寵，大多數(shù)人竟然不知道(圖2)

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1.2 工業(yè)副產(chǎn)石膏種類

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1.3 石膏材料優(yōu)點(diǎn)

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材料性能

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發(fā)泡法制備的石膏基保溫材料孔徑在100μm 范圍內(nèi)氣孔率越小，100μm-400μm 范圍內(nèi)氣孔率越大，則抗壓強(qiáng)度越高。摻入減水劑、纖維素醚、海泡石、 EVA 乳液等均可提高其強(qiáng)度。對(duì)于加入輕骨料制備的石膏基保溫材料而言，其力學(xué)性能主要依靠輕骨料自身強(qiáng)度。

2.5 石膏基輕質(zhì)保溫材料的應(yīng)用

由于石膏基材料的耐水性原因，石膏輕質(zhì)保溫材料主要適用在墻、地面、頂?shù)膬?nèi)部保溫，根據(jù)實(shí)際需要，可制備容重800kg/m³到300kg/m³，導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)到0.01W/m²·K。

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石膏基相變儲(chǔ)能材料的研究進(jìn)展

3.1 相變儲(chǔ)能材料及分類

相變材料(Phase Change Materials PCMs)與建筑材料結(jié)合可形成具有蓄熱和調(diào)溫功能的新型建筑材料，他是通過氣-固、氣-液、固-液變化來實(shí)現(xiàn)蓄熱和溫度調(diào)節(jié)的左右，達(dá)到居住舒適和節(jié)能的目的。利用相變材料對(duì)太陽能進(jìn)行儲(chǔ)存，可以起到調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度、降低空間采暖空調(diào)能耗的重要作用。

按化學(xué)成分分類：

1.有機(jī)相變材料如石蠟、脂肪酸和多元醇等，具有較高的相變潛熱，相變溫度范圍寬，不易發(fā)生過冷和相分離現(xiàn)象；

2.無機(jī)相變材料包括無機(jī)水合鹽、熔融鹽等，它們具有較高的相變潛熱、不具可燃性和低成本等優(yōu)點(diǎn)。

3.2 相變儲(chǔ)能材料的制備技術(shù)和性能

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吸附型復(fù)合相變材料

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利用多孔介質(zhì)的吸附性，作為載體吸附相變材料。常用的吸附材料包括無機(jī)多孔礦物和膨脹石墨等。多孔膨脹具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的吸附性能，且具有良好的導(dǎo)熱性。

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納米復(fù)合相變儲(chǔ)能材料

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納米復(fù)合相變儲(chǔ)能材料原理是將相變儲(chǔ)能材料與納米材料進(jìn)行復(fù)合，在相變過程中，納米粒子可以起到導(dǎo)熱強(qiáng)化劑、增稠劑和成核劑的作用，進(jìn)而提高無機(jī)水合鹽熱導(dǎo)率、解決相分離及過冷等問題。

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微膠囊復(fù)合相變材料

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通過壁材對(duì)芯材的封裝，在微膠囊形成過程中將相變材料與外界隔離，形成具有核殼結(jié)構(gòu)的微膠囊相變材料，同時(shí)微膠囊的限域作用可將相變材料限制在一定區(qū)域內(nèi)，達(dá)到提高相變材料分散性能的目的。高分子聚合物作為常用的微膠囊壁材材料，研究較多的主要有三聚氰胺-甲醛樹脂、脲醛樹脂、丙烯酸樹脂等。

3.3 石膏基相變儲(chǔ)能材料

石膏基相變儲(chǔ)能材料是在石膏基材料中引入相變儲(chǔ)能材料制備的一種兼具石膏材料優(yōu)良保溫隔熱性能又具有儲(chǔ)能蓄熱功能的新型建筑材料。

相變石膏建材的制備方法包括:

(1) 吸附浸漬法：將相變材料熔化為液態(tài)以后，將石膏板浸漬吸附液態(tài)相變材料，制備相變儲(chǔ)能建筑材料。

(2) 直接混合法：將相變材料分散均勻后摻入到石膏建材中制備相變儲(chǔ)能建筑材料。

3.4 石膏基相變儲(chǔ)能材料熱性能

當(dāng)相變材料摻量為23%時(shí)，相變石膏板儲(chǔ)熱能力較普通石膏板提高了約11倍；研究表明1.5cm厚含相變材料質(zhì)量約45%的相變石膏板其儲(chǔ)熱能力是普通石膏板的5倍，其熱性能相當(dāng)于12cm厚的磚墻結(jié)構(gòu)。

相關(guān)研究方面有：

1.將膨脹珍珠巖吸附癸酸-十四醇復(fù)合相變材料直接摻入石膏中；

2.以石蠟為芯材的微膠囊相變材料，將制備的微膠囊相變材料摻入到石膏板中；

3.將十八烷與蜂蠟封裝在多孔材料中并復(fù)合在石膏板后具有儲(chǔ)熱與保溫作用；

4.以膨脹石墨吸附 Na2CO3·10H2O-Na2HPO4·12H2O二元無機(jī)水合鹽相變復(fù)合材料，并且在石膏中摻入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的相變復(fù)合材料。

3.5 石膏基相變儲(chǔ)能材料相容性

將相變材料和建筑材料相復(fù)合，利用相變材料相變過程中吸收或放出的相變潛熱，增加建筑材料的蓄熱能力，提高建筑材料熱慣性。

目前研究的相變儲(chǔ)能建筑構(gòu)件在宏觀層面上采用無機(jī)多孔材料或者高分子材料對(duì)相變材料進(jìn)行封裝，相變材料在長(zhǎng)期相變循環(huán)中不可避免的發(fā)生泄漏，導(dǎo)致建筑材料受到侵蝕，影響建筑基體力學(xué)性能和耐久性；將相變材料以微膠囊形式進(jìn)行封裝從而和建筑構(gòu)件進(jìn)行結(jié)合，一方面增大了相變材料的分散性能、傳熱面積、傳熱效率，另一方面通過微膠囊殼材將相變材料同建筑基體隔離起來，避免二者的直接接觸，大大減少了相變材料發(fā)生滲漏從而影響建筑基體性能的概率。

展望小結(jié)

1.研究天然植被和可再生資源作為填料，如木棉、羊毛等。

2.開發(fā)具有多功能的復(fù)合保溫材料，不僅要有較高的強(qiáng)度、優(yōu)良的保溫隔熱等3.基本性能，還需要有防火、隔音、調(diào)節(jié)溫度等性能，應(yīng)用于更多領(lǐng)域。

4.尋求更好的封裝方式來延長(zhǎng)石膏基相變儲(chǔ)能墻體材料的使用壽命，進(jìn)一步提高相變材料和石膏建材的相容性。

5.開發(fā)具有較高導(dǎo)熱性能和安全的有機(jī)相變材料，使石膏基相變建材具有較優(yōu)的力學(xué)性能和耐久性。

6.解決無機(jī)水合鹽過冷度和相分離問題，并與石膏建材高效復(fù)合。

7.開發(fā)SiO2為壁材的鹽微膠囊相變材料，并將其用于建筑節(jié)能材料。

石膏基保溫砂漿配合比優(yōu)化與性能

實(shí)驗(yàn)過程

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聚苯顆粒和?；⒅榧?jí)配對(duì)保溫材料各項(xiàng)性能的影響

在輕骨料體積不變的前提下，加入玻化微珠等體積代替聚苯顆粒，?；⒅閾搅糠謩e為總骨料體積的0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5。

隨著?；⒅檎急鹊脑黾?，復(fù)摻保溫砂漿干、濕密度、抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度逐漸增大，吸潮率先降低后增加，導(dǎo)熱系數(shù)逐漸上升，上升速率也逐漸降低。并當(dāng)?；⒅閾搅空伎傒p骨料體積的0.3時(shí)，其干密度、抗折、抗壓強(qiáng)度逐漸趨于平穩(wěn)，吸潮率達(dá)到最小值。由于聚苯顆粒骨料的粒徑較大且單一，堆積效果差，顆粒之間有較多大孔隙存在，隨著玻化微珠的加入，代替部分聚苯顆粒，能很好地填充在大顆粒間的孔隙，從而降低砂漿的孔隙率。

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聚苯顆粒和?；⒅榧?jí)配對(duì)保溫材料孔隙率的影響

為了研究石膏基保溫材料的孔結(jié)構(gòu)，體視顯微鏡被用來拍攝試樣的孔結(jié)構(gòu)。此外，通過使用Image-Pro Plus（IPP）軟件來有效測(cè)試石膏基保溫材料中孔隙結(jié)構(gòu)的數(shù)量和幾何形狀。

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聚苯顆粒和?；⒅椴煌?jí)配的微觀照片

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輕骨料摻量對(duì)保溫材料各項(xiàng)性能的影響

輕骨料摻量分別為85.7g、96.4 g、107.1g、117.8g、128.5g、139.2g，玻化微珠摻量為總骨料體積的0.3。

隨著輕骨料摻量隨之增加，保溫材料的干、濕密度逐漸降低，抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度均下降，下降速率在輕骨料超過107.1g時(shí)變緩，吸潮率逐漸增加，導(dǎo)熱系數(shù)逐漸下降，當(dāng)輕骨料摻量為117.8g時(shí)，保溫材料的干密度為378.9kg/m3,抗折強(qiáng)度為0.67MPa，抗壓強(qiáng)度為0.84MPa，導(dǎo)熱系數(shù)為0.0707 W/(m·k)。

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結(jié)論

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將?；⒅楹途郾筋w粒復(fù)摻制備石膏基輕質(zhì)地面保溫材料，可改善骨料級(jí)配，從而提高石膏保溫砂漿的強(qiáng)度。綜合復(fù)摻保溫砂漿的強(qiáng)度和干密度，結(jié)合孔隙結(jié)構(gòu)，?；⒅閾搅空伎傒p骨料體積的0.3為宜。

隨著輕骨料摻量隨之增加，保溫材料的干、濕密度逐漸降低，抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度均下降，下降速率在輕骨料摻量超過107.1時(shí)變緩，吸潮率增加速率變大，導(dǎo)熱系數(shù)逐漸下降，當(dāng)輕骨料摻量為117.8g時(shí)，保溫材料的干密度為378.9kg/m3,抗折強(qiáng)度為0.67MPa，抗壓強(qiáng)度為0.84MPa，導(dǎo)熱系數(shù)為0.0707 W/(m·k) 。

本文來源：石膏建材網(wǎng)

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