本发明属于土木工程材料技术领域，涉及一种早强型水泥基相变储能砂浆，本发明还涉及该储能砂浆的制备方法。
背景技术：
相变储能材料已成为了建筑节能材料领域的研究热点，其中太阳能采暖建筑是相变材料在建筑行业中最具应用价值的领域之一。将相变材料合理应用于太阳能建筑围护结构当中，可提高建筑的热蓄存和热调节能力，从而提升建筑的室内热环境质量和降低建筑能耗，具有传统建筑材料所无法比拟的性能优势。水泥混凝土和水泥砂浆是建筑中用量最大的建筑材料，因此将相变材料与水泥基材料复合，更便于实现相变材料在建筑中的广泛应用；低熔点相变石蜡因其具有相变温度宽、储能密度大、化学稳定性好、无过冷和相分离现象，且原料来源广、价格低廉等优点，而常被用于制备水泥基相变复合材料，但相变石蜡是一种固-液相变材料，在使用过程中易出现渗漏问题。为了解决水泥基相变混凝土的石蜡渗漏问题，学者们提出了一些创造性的方法，如利用多孔钢渣粗骨料和多孔陶粒吸附相变材料作为混凝土的骨料，解决相变石蜡的渗漏问题；水泥砂浆是建筑中用量最大的建筑材料之一，应用领域广、应用方式灵活，因此将相变材料与水泥基砂浆复合制备相变储能砂浆，更便于实现相变材料在建筑中的广泛应用；但已公开的基于多孔性粗骨料解决相变石蜡渗漏方法，对不含粗骨料的相变储能砂浆并不能直接采用。此外，目前相变储能砂浆主要采用通用硅酸盐水泥作为胶凝材料，此类水泥的早期强度低、强度发展慢，相变储能砂浆力学性能不甚理想，特别相变材料掺量增大时，相变砂浆的力学性能降低尤为显著。总体上，我国水泥基相变储能砂浆技术多处于实验研究阶段，在实际工程中的应用十分有限。目前，水泥基相变储能砂浆的技术不足之处，主要存在以下几个方面：
(1)定形相变材料制备工艺复杂且易出现渗漏
为防止石蜡在发生固-液相变过程中出现渗漏，需要对相变石蜡进行定形化处理。文献1《相变珍珠岩工艺研究和相变砂浆控温模拟》(钱利姣,张雄,宋钦.硅酸盐学报,2013(7):987-993)，公开了一种利用多孔性膨胀珍珠岩真空吸附相变石蜡，制备相变珍珠岩细骨料的方法，该方法能够虽能够对相变石蜡起到一定的封装定形作用，但是必须借助真空设备才能完成，且防渗漏效果有限。文献2“专利号为cn104446238a”的中国专利公开了一种三元复合石蜡/玻化微珠相变储能砂浆及制备方法，该方法在利用真空设备实现玻化微珠吸附液态石蜡的基础上，采用苯丙乳液对含有相变材料的玻化微珠进行了二次封装，从而有效解决了液态石蜡的渗漏问题，但该方法的工艺复杂、材料制备成本高。文献3《定形相变墙体传热性能和力学性能的实验研究》(闫全英,霍冉,张林.建筑节能,2011(9):42-46.)公开了一种利用高密度聚乙烯与石蜡混融的定形相变材料制备方法，该方法利用高密度聚乙烯由熔融状态下冷却至常温后所形成的空间网络结构，实现对石蜡的封装包裹。但从文献4《定形相变材料的热性能》(秦鹏华,张寅平,杨睿,等.清华大学学报(自然科学版),2003,43(6):833-835.)公开的研究结果中不难发现,采用高密度聚乙烯制备定形相变材料虽然强度较高，但其封装效果、抗渗漏性及可加工性等均不及低密度聚乙烯。然而，采用低密度聚乙烯与石蜡混融的定形相变材料制备方法，目前未见有公开报道，其中的一个重要原因就是低密度聚乙烯的强度较低，会使定形相变材料的强度降低，易造成水泥基储能砂浆的强度显著降低，从而影响其工程应用。
(2)相变储能砂浆的强度低、强度发展慢
相变储能砂浆的强度其强度发展速度是影响其工程应用效果的重要因素，但由于定形相变材料的强度远不及细骨料(砂)的强度，因此相变储能砂浆强度会随着定形相变材料含量的增加而降低，且其强度增长也会愈加缓慢。文献5《相变储能砂浆的制备及其性能》(汪振双,赵宁.沈阳大学学报(自然科学版),2014,26(4):311-315.)公开了一种以复合硅酸盐水泥作为胶凝材料所制备的相变储能砂浆，结果显示，当相变材料含量达到水泥质量的40％时，砂浆28d抗压强度仅有2.41mpa。文献6“专利号为cn101144006a”的中国专利公开了一种由普通硅酸盐水泥(p.o42.5)、细骨料、外加剂、水以及填料复合而成的相变储能砂浆及其制备方法，但却并未对砂浆强度予以说明。文献7《复合相变储能砂浆性能实验研究》(史巍，艾斌，侯景鹏.硅酸盐通报.2014,33(5):1004-1007.)公开了一种以强度等级42.5的普通硅酸盐水泥作为基体材料，以石蜡作为相变材料，所制备的水泥基相变储能砂浆性能及其制备方法，从所公开的内容可知，以普通硅酸盐水泥基相变储能砂浆的抗压强度增长速度较慢，且强度较低，当定形相变材料等体积替代砂的情况下，相变储能砂浆7d的抗压强度为5.07mpa。从已公开的文献中可以发现，现有水泥基相变储能砂浆均是以通用硅酸盐水泥作为基体材料，而通用硅酸盐水泥均存在强度发展速度慢、硬化过程收缩等特点，这对于相变材料含量大、缺少骨料支撑作用的相变储能砂浆的强度及强度增长速度均造成了不利影响。为满足工程应用中对材料强度的基本要求，现有水泥基相变储能砂浆中的相变材料含量难以大幅增加，这又会对储能砂浆的储热能力提升造成了不利影响，从制约了该类材料的广泛应用。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种早强型水泥基相变储能砂浆，解决了现有技术中存在的相变储能砂浆的强度增长速度慢、热储存能力差的问题。
本发明所采用的另一个目的是提供一种早强型水泥基相变储能砂浆的制备方法。
本发明所采用的技术方案是，早强型水泥基相变储能砂浆，按质量百分比由以下组分组成：相变储能砂浆基体材料67.8％-72.7％、定形相变材料10.9％-17.0％、拌和水15.2％-16.4％，上述各组分质量百分比之和为100％。
定形相变材料按质量百分比由以下组分组成：低密度聚乙烯38.4％、相变石蜡57.7％、片状石墨3.9％。
相变储能砂浆基体材料按质量百分比由以下组分组成：强度等级为42.5的快硬硫铝酸盐水泥49.9％、石英砂49.9％、聚羧酸高效减水剂0.03％、碳酸锂0.11％、硼酸0.06％。
石英砂的细度模数为2.5-2.7。
本发明所采用的另一个技术方案是，早强型水泥基相变储能砂浆的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，按质量百分比之和为100％，分别称取相变储能砂浆基体材料67.8％-72.7％、定形相变材料10.9％-17.0％、拌和水15.2％-16.4％，并倒入泥胶砂搅拌机中，搅拌3-5min，得到混合均匀的早强型水泥基相变储能砂浆材料；
步骤2，将早强型水泥基相变储能砂浆材料倒入试模成型，在标准条件下养护至规定龄期，即得。
相变储能砂浆基体材料的制备过程如下：
按质量百分比分别称取强度等级为42.5的快硬硫铝酸盐水泥49.9％、细度模数为2.5-2.7的石英砂49.9％、聚羧酸高效减水剂0.03％、碳酸锂0.11％、硼酸0.06％，倒入水泥胶砂搅拌机中，搅拌3-5min，混合均匀。
定形相变材料的制备过程如下：
按质量百分比分别称取低密度聚乙烯38.4％、相变石蜡57.7％、片状石墨3.9％，加热的同时搅拌，得到熔融体，将冷凝后的熔融体破碎为颗粒状，并过筛。
在定形相变材料的制备过程中，在集热式磁力搅拌器的油浴池中进行加热，并将集热式磁力搅拌器调至低速搅拌状态，等温度升至170-180℃后，在低速搅拌状态保持20-25min，随后调至高速搅拌状态保持10-15min，得到熔融体，熔融体在室温下进行冷凝。
在定形相变材料的制备过程中，过筛时选用2.5mm的圆孔筛。
本发明的有益效果是，将定形相变材料、相变储能砂浆基体材料和拌合水进行复合，制备出早旱型水泥基相变储能砂浆：其中定形相变材料中的相变材料选用低温相变石蜡，载体物质选用低密度聚乙烯(ldpe)，由于低密度聚乙稀相对于高密度聚乙稀等材料具有熔点低、延展性和柔韧性好等优点，通过简单的熔融共混方法即可制备出不易渗漏的定形相变材料，赋予早强型水泥基相变储能砂浆优异的热性能，特别是具有较高的相变潜热，从而实现对热能的存储与释放功能；其中相变储能砂浆基体材料是由强度等级为42.5的快硬硫铝酸盐水泥、石英砂、减水剂、促凝剂和缓凝剂构成，具有水化速度快、早期强度高，后期强度稳定增长等特点，促凝剂(碳酸锂)和缓凝剂(硼酸)的复合使用，能够使砂浆在一定时间内具有良好的工作性，超过该时间段后又能够快速凝结，有效解决了砂浆工作性好、凝结硬化快等性能之间的矛盾，水化、凝结、硬化后，为早强型水泥基相变储能砂浆提供结构支撑作用，特别是赋予其早强性能及优异的力学性能
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
早强型水泥基相变储能砂浆，按质量百分比由以下组分组成：相变储能砂浆基体材料67.8％-72.7％、定形相变材料10.9％-17.0％、拌和水15.2％-16.4％，上述各组分质量百分比之和为100％。
定形相变材料按质量百分比由以下组分组成：低密度聚乙烯38.4％、相变石蜡57.7％、片状石墨3.9％。
相变储能砂浆基体材料按质量百分比由以下组分组成：强度等级为42.5的快硬硫铝酸盐水泥49.9％、石英砂49.9％、聚羧酸高效减水剂0.03％、碳酸锂0.11％、硼酸0.06％。
石英砂的细度模数为2.5-2.7。
早强型水泥基相变储能砂浆的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，按质量百分比之和为100％，分别称取相变储能砂浆基体材料67.8％-72.7％、定形相变材料10.9％-17.0％、拌和水15.2％-16.4％，并倒入泥胶砂搅拌机中，搅拌3-5min，得到混合均匀的早强型水泥基相变储能砂浆材料；
步骤2，将早强型水泥基相变储能砂浆材料倒入试模成型，在标准条件下养护至规定龄期，即得。
相变储能砂浆基体材料的制备过程如下：
按质量百分比分别称取强度等级为42.5的快硬硫铝酸盐水泥49.9％、细度模数为2.5-2.7的石英砂49.9％、聚羧酸高效减水剂0.03％、碳酸锂0.11％、硼酸0.06％，倒入水泥胶砂搅拌机中，搅拌3-5min，混合均匀。
定形相变材料的制备过程如下：
按质量百分比分别称取低密度聚乙烯38.4％、相变石蜡57.7％、片状石墨3.9％，加热的同时搅拌，得到熔融体，将冷凝后的熔融体破碎为颗粒状，并过筛。
在定形相变材料的制备过程中，在集热式磁力搅拌器的油浴池中进行加热，并将集热式磁力搅拌器调至低速搅拌状态，等温度升至170-180℃后，在低速搅拌状态保持20-25min，随后调至高速搅拌状态保持10-15min，得到熔融体，熔融体在室温下进行冷凝。
在定形相变材料的制备过程中，过筛时选用2.5mm的圆孔筛。
实施例1：
步骤1，按质量百分比分别称取强度等级为42.5的快硬硫铝酸盐水泥49.9％、细度模数为2.5的石英砂49.9％、聚羧酸高效减水剂(粉剂)0.03％、碳酸锂0.11％、硼酸0.06％，倒入水泥胶砂搅拌机中，搅拌3min，混合均匀，得到相变储能砂浆基体材料的干粉料；
按质量百分比分别称取低密度聚乙烯38.4％、20℃的相变石蜡57.7％、片状石墨粉3.9％，并倒入烧杯中，将烧杯放到集热式磁力搅拌器的油浴池中进行加热，将集热式磁力搅拌器的温度设定为170℃，并将集热式磁力搅拌器调至低速搅拌状态，等温度升至170℃后保持20min，随后调至高速搅拌状态保持10min，得到熔融体，将熔融体在室温下冷凝后，将其机械破碎为颗粒状，并过2.5mm的圆孔筛，得到定形相变材料的干粉料；
按质量百分比之和为100％，分别称取拌和水16.4％、相变储能砂浆基体材料的干粉料72.7％、定形相变材料的干粉料10.9％，并依次倒入泥胶砂搅拌机中，搅拌3min，得到混合均匀的早强型水泥基相变储能砂浆材料；
步骤2，将早强型水泥基相变储能砂浆材料倒入试模成型，在标准条件下养护至规定龄期，即得。
实施例2：
步骤1，按质量百分比分别称取强度等级为42.5的快硬硫铝酸盐水泥49.9％、细度模数为2.6的石英砂49.9％、聚羧酸高效减水剂(粉剂)0.03％、碳酸锂0.11％、硼酸0.06％，倒入水泥胶砂搅拌机中，搅拌4min，混合均匀，得到相变储能砂浆基体材料的干粉料；
按质量百分比分别称取低密度聚乙烯38.4％、20℃的相变石蜡57.7％、片状石墨粉3.9％，并倒入烧杯中，将烧杯放到集热式磁力搅拌器的油浴池中进行加热，将集热式磁力搅拌器的温度设定为175℃，并将集热式磁力搅拌器调至低速搅拌状态，等温度升至175℃后保持23min，随后调至高速搅拌状态保持13min，得到熔融体，将熔融体在室温下冷凝后，将其机械破碎为颗粒状，并过2.5mm的圆孔筛，得到定形相变材料的干粉料；
按质量百分比之和为100％，分别称取拌和水15.8％、相变储能砂浆基体材料的干粉料70.2％、定形相变材料的干粉料14.0％，并依次倒入泥胶砂搅拌机中，搅拌4min，得到混合均匀的早强型水泥基相变储能砂浆材料；
步骤2，将早强型水泥基相变储能砂浆材料倒入试模成型，在标准条件下养护至规定龄期，即得。
实施例3：
步骤1，按质量百分比分别称取强度等级为42.5的快硬硫铝酸盐水泥49.9％、细度模数为2.7的石英砂49.9％、聚羧酸高效减水剂(粉剂)0.03％、碳酸锂0.11％、硼酸0.06％，倒入水泥胶砂搅拌机中，搅拌5min，混合均匀，得到相变储能砂浆基体材料的干粉料；
按质量百分比分别称取低密度聚乙烯38.4％、20℃的相变石蜡57.7％、片状石墨粉3.9％，并倒入烧杯中，将烧杯放到集热式磁力搅拌器的油浴池中进行加热，将集热式磁力搅拌器的温度设定为180℃，并将集热式磁力搅拌器调至低速搅拌状态，等温度升至180℃后保持25min，随后调至高速搅拌状态保持15min，得到熔融体，将熔融体在室温下冷凝后，将其机械破碎为颗粒状，并过2.5mm的圆孔筛，得到定形相变材料的干粉料；
按质量百分比之和为100％，分别称取拌和水15.2％、相变储能砂浆基体材料的干粉料67.8％、定形相变材料的干粉料17.0％，并依次倒入泥胶砂搅拌机中，搅拌5min，得到混合均匀的早强型水泥基相变储能砂浆材料；
步骤2，将早强型水泥基相变储能砂浆材料倒入试模成型，在标准条件下养护至规定龄期，即得。
下表为实施例1、实施例2、实施例3制备得到的早强型水泥基相变储能砂浆的性能对比。
表1实施例1～3制备得到的早强型水泥基相变储能砂浆的性能
从表1中能够看出，实施例1中养护1天的抗压强度和抗折强度分别为9.3mpa和3.1mpa，分别为养护28天的抗压强度和抗折强度的69.9％和70.5％；养护3天抗压强度和抗折强度分别为10.8mpa和3.3mpa，分别达到了养护28的抗压强度和抗折强度的81.2％和75.0％，实施例1的热焓值达到11.2j/g；实施例2和实施例3较实施例1配比有所变化，主要是定形相变材料含量增加，而其它组份含量相应减少，但从实施例2和实施例3的强度测试数据可以看出，实施例2和实施例3同样具有早强快硬的性能特点，并且材料的热焓值较实施例1分别提高了26.8％和56.3％，分别达到了14.2j/g和17.5j/g；综合三个实施例的性能参数可见，1d抗压强度为5.58-9.26mpa，3d抗压强度为6.51-10.78mpa，28d抗压强度为9.01-13.26mpa，本发明的早强型水泥基相变储能砂浆不仅具有早期强度高、强度发展快、强度增长稳定的特点，其强度能够通过调控相变储能砂浆基体材料、定形相变材料及拌和水的含量比例得以实现，而且还具有热焓值高，储热能力强的优点。
通过上述方式，本发明将定形相变材料、相变储能砂浆基体材料和拌合水进行复合，制备出早旱型水泥基相变储能砂浆：
其中定形相变材料中的相变材料选用20℃的低温相变石蜡，载体物质选用低密度聚乙烯(ldpe)，由于低密度聚乙稀相对于高密度聚乙稀等材料具有熔点低、延展性和柔韧性好等优点，通过简单的熔融共混方法即可制备出不易渗漏的定形相变材料，赋予早强型水泥基相变储能砂浆优异的热性能，特别是具有较高的相变潜热，从而实现对热能的存储与释放功能；
其中相变储能砂浆基体材料是由强度等级为42.5的快硬硫铝酸盐水泥、石英砂、减水剂、促凝剂和缓凝剂构成，具有水化速度快、早期强度高，后期强度稳定增长等特点，促凝剂(碳酸锂)和缓凝剂(硼酸)的复合使用，能够使砂浆在一定时间内具有良好的工作性，超过该时间段后又能够快速凝结，有效解决了砂浆工作性好、凝结硬化快等性能之间的矛盾，水化、凝结、硬化后，为早强型水泥基相变储能砂浆提供结构支撑作用，特别是赋予其早强性能及优异的力学性能。