本发明属于土木工程材料技术领域，具体涉及一种压力成型水泥基相变储能砂浆，还涉及该储能砂浆的制备方法。
背景技术：
相变储能是利用相变材料物态变化来吸收和释放热能的，相比混凝土、石材等一般显热性材料，其具有更高的储热能力。相变石蜡是一种具有相变潜热大、热稳定性好、无过冷现象、价格低廉、材料来源广等优点的固-液相变材料，常被应用于建筑储能领域。当环境温度高于石蜡的相变温度时，石蜡发生熔化并吸收热量；而当环境温度低于相变温度时，石蜡发生凝固并释放热量。然而，受固-液物态变化特性的制约，纯石蜡难以直接应用于建筑工程中，而通常是将其作为储热功能组份与其他材料复合使用。水泥基材料是应用最为广泛的一类建筑材料，将相变石蜡与水泥基材料复合是解决将相变石蜡应用到建筑工程中的有效技术手段。由于水泥基相变储能材料是由相变材料与水泥基体共同构成，因此其既具有储热功能又具有良好的力学性能。这种“结构-功能一体化”的性能优势，可使水泥基相变储能材料以墙体材料、地坪材料等多种形式直接应有于建筑当中。然而，水泥基相变储能材料的储热能力与材料强度之间存在矛盾，表现为随着相变材料含量的增加，材料的储热能力提高，但材料强度却会显著降低。目前，水泥基相变材料的制备普遍采用浇筑成型的方法，虽然该方法工艺简单，但由其所制得的水泥基相变储能材料，通常密实度低、孔隙率大，不利于缓解材料储热能力与强度之间的矛盾，并且也不利于提升储能材料的蓄、放热效率。兼具良好的储热能力、力学强度和蓄、放热效率是水泥基相变储能材料发展的方向，也是亟待解决的工程推广应用技术瓶颈。综合国内外研究可以发现，目前水泥基相变储能材料尚存在以下不足之处：
(1)相变材料含量与力学性能的矛盾突出。
水泥基材料的成型一般采用浇筑成型方法，如水泥混凝土、水泥砂浆等。浇筑成型的材料，为了满足其施工工艺的要求，其拌和浆体一般采用较高的水灰比，但水灰比越大对强度越不利。水泥基相变储能材料的水泥含量较普通混凝土和砂浆少，并且缺少骨料支撑作用，当采用浇筑成型方法时，其强度会受到水灰比和相变材料含量的双重影响。相变材料含量与储能砂浆强度之间的突出矛盾，制约了该类材料储热性能和力学性能的协同优化，常表现为顾此失彼。文献1《复合相变储能砂浆的制备及其性能研究》(汪振双，胡敏.应用基础与工程科学学报，2016，24(2)：315-321)以复合硅酸盐水泥为胶凝材料，以石蜡为相变材料，采用浇筑成型方法，制备了一种复合相变储能砂浆，其中相变材料含量为水泥与砂总质量的5％，但28天抗压强度仅有8.0mpa。文献2《膨胀珍珠岩-石蜡相变储能砂浆的力学性能研究》(陈金平，杨权明，胡良强，刘东运.粉煤灰综合利用，2016，35(4)：34-38)以膨胀珍珠岩作为石蜡的载体，制备了定形相变材料，并将其于水泥基体复合。研究结果表明，相变材料会显著降低砂浆的强度。文献3《低熔点石蜡微胶囊掺量对相变蓄热砂浆性能的影响》(张剑，晏华，陈淑莲，王雪梅.新型建筑材料，2012，13(4)：13-16)以低熔点石蜡微胶囊为相变储能材料，制备了低熔点石蜡微胶囊相变蓄热砂浆。研究结果表明，当石蜡微胶囊的掺量超过10％时，抗压强度急剧下降，最大抗压强度不足5mpa。文献4《膨胀珍珠岩-石蜡相变储能砂浆的力学性能研究》(陈金平，杨权明，胡良强，刘东运，2016，34(4)：34-38)利用膨胀珍珠岩吸附石蜡，再将其应用到普通硅酸盐水泥当中制成相变储能砂浆，结果表明，当相变材料含量占水泥砂浆总质量的2.5％时，28天抗压强度降低14.0％。
(2)导热能力弱，蓄、放热效率低。
浇筑成型的水泥基相变储能材料密实度低、孔隙率高、导热能力弱，不利于水泥基相变储能材料与外界环境进行热交换，降低了水泥基相变储能材料的蓄、放热效率。文献5《三元复合石蜡/玻化微珠相变储能砂浆的制备》(王晴，吴陶俊，丁兆洋，张存宝.硅酸盐通报，2015，34(3)：626-630)选用三元复合石蜡作为相变原材料，玻化微珠作为吸附载体，eva乳液和苯丙乳液作为封装材料，采用浇筑成型法将封装好的定型石蜡/玻化微珠相变材料加入到普通砂浆中，使材料的导热系数由0.8790w/m·k下降到0.3372w/m·k。文献6《石蜡胶囊的制备及其对砂浆热导和力学性能的影响》(李进，陈佩圆，马海彬，王宇轩，王东平，2017，36(3)：1051-1063)以陶粒吸附石蜡制成石蜡胶囊相变材料，采用浇筑成型方法将其应用到普通硅酸盐水泥砂浆当中，当石蜡胶囊替代砂的质量百分比为42.2％时，基体的导热系数仅有0.35w/m·k。文献7《石蜡/膨胀珍珠岩基相变储能砂浆调温性能的研究》(柯倩倩，李玉香，朱晓燕，马雪，吴江，张俊，2015，(3)：62-65)研究了浇筑成型石蜡/膨胀珍珠岩相变储能砂浆的导热性能，研究发现，当相变材料掺量为5％时，储能砂浆导热系数的降低率达16.8％，降低幅度较大。现有研究结果表明，浇注成型制备水泥基相变储能材料时导热系数较低非常明显，制约了储能材料的蓄、放热效率的提升。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种压力成型水泥基相变储能砂浆，解决了现有水泥基相变储能材料技术中的相变材料含量少、材料强度低、导热系数小的问题。
本发明还提供了上述压力成型水泥基相变储能砂浆的制备方法。
本发明所采用的第一种技术方案是：一种压力成型水泥基相变储能砂浆，按质量百分比包括以下组分：相变储能砂浆基体材料66.1％-70.7％、定型相变材料17.7％-23.0％、拌和用水10.9-11.6％，上述各组份质量百分比之和为100％。
本发明的第一种技术方案的特点还在于，
相变储能砂浆基体材料按质量百分比包括以下组分：强度等级为42.5的快硬硫铝酸盐水泥49.8％、石英砂49.8％、聚羟酸高效减水剂0.25％、硼酸0.15％，上述各组份质量百分比之和为100％。
定型相变材料按质量百分比包括以下组分：低密度聚乙烯38.4％、相变石蜡57.7％、片状石墨3.9％，上述各组份质量百分比之和为100％。
本发明所采用的另一种技术方案是：一种压力成型水泥基相变储能砂浆的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1，按照质量百分比，分别称取相变储能砂浆基体材料66.1％-70.7％、定型相变材料17.7％-23.0％、拌和用水10.9-11.6％，上述组分之和为100％，并依次倒入水泥胶砂搅拌机中搅拌，得到混合均匀的散状浆料；
步骤2，将步骤1得到的散状浆料装填于压力成型试模中，并对该试模加压，然后卸载压力，在标准养护条件下养护至规定龄期，得到压力成型水泥基相变储能砂浆。
步骤二加压过程中，将试模放置于液压机承压台上在20秒内压强从0增加到1.5mpa匀速施压，再保持压强1.5mpa持续300s。
相变储能砂浆基体材料的制备过程如下：
按照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49.8％、石英砂49.8％、聚羟酸高效减水剂0.25％、硼酸0.15％，依次倒入水泥胶砂搅拌机中，混合均匀，得到干混的相变储能砂浆基体材料。
定型相变材料的制备过程如下：
按照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％，然后将上述组分混合后在加热的同时进行搅拌，得到混溶体，将混溶体依次经过冷却、凝固、破碎、过筛处理后得到定型相变材料。
在定型相变材料的制备过程中，将称取的低密度聚乙烯、相变石蜡、片状石墨在集热式磁力搅拌器的油浴锅中加热至150℃-170℃，加热的同时集热式磁力搅拌器机械搅拌，得到混溶体，混溶体在室温下冷却凝固。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的一种压力成型水泥基相变储能砂浆，具有相变材料组份含量高、蓄热能力强的优点。本发明中的相变材料含量最高可达总质量的23.0％，热焓值可达17.76kj/kg。材料的这一特性，可使其具有优异的热存储能力以及在建筑工程应用中的热调节能力。
(2)本发明的一种压力成型水泥基相变储能砂浆，具有良好的力学性能，主要表现为在高相变材料含量下仍具有理想的力学强度，并且强度增长速度快。
(3)本发明的一种压力成型水泥基相变储能砂浆，具有良好的蓄、放热效率。蓄、放热效率主要取决于材料的导热系数，本发明的导热系数可达0.8w/m·k以上，可使材料具备良好的与外界环境进行热量交换的能力。
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。
一种压力成型水泥基相变储能砂浆，按质量百分比包括以下组分：相变储能砂浆基体材料66.1％-70.7％、定型相变材料17.7％-23.0％、拌和用水10.9-11.6％，上述各组份质量百分比之和为100％。
相变储能砂浆基体材料按质量百分比包括以下组分：强度等级为42.5的快硬硫铝酸盐水泥49.8％、石英砂49.8％、聚羟酸高效减水剂0.25％、硼酸0.15％，上述各组份质量百分比之和为100％。
定型相变材料按质量百分比包括以下组分：低密度聚乙烯38.4％、相变石蜡57.7％、片状石墨3.9％，上述各组份质量百分比之和为100％。
一种压力成型水泥基相变储能砂浆的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1，按照质量百分比，分别称取相变储能砂浆基体材料66.1％-70.7％、定型相变材料17.7％-23.0％、拌和用水10.9-11.6％，上述组分之和为100％，并依次倒入水泥胶砂搅拌机中搅拌，得到混合均匀的散状浆料；
步骤2，将步骤1得到的散状浆料装填于压力成型试模中，并对该试模加压，然后卸载压力，在标准养护条件下养护至规定龄期，得到压力成型水泥基相变储能砂浆。
步骤二加压过程中，将试模放置于液压机承压台上在20秒内压强从0增加到1.5mpa匀速施压，再保持压强1.5mpa持续300s。
相变储能砂浆基体材料的制备过程如下：
按照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49.8％、石英砂49.8％、聚羟酸高效减水剂0.25％、硼酸0.15％，依次倒入水泥胶砂搅拌机中，混合均匀，得到干混的相变储能砂浆基体材料。
定型相变材料的制备过程如下：
按照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％，然后将上述组分混合后在加热的同时进行搅拌，得到混溶体，将混溶体依次经过冷却、凝固、破碎、过筛处理后得到定型相变材料。
在定型相变材料的制备过程中，将称取的低密度聚乙烯、相变石蜡、片状石墨在集热式磁力搅拌器的油浴锅中加热至150℃-170℃，加热的同时集热式磁力搅拌器机械搅拌，得到混溶体，混溶体在室温下冷却凝固。
实施例1：
步骤1：按照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49.8％、石英砂(细度模数为2.5-2.7)49.8％、聚羟酸高效减水剂0.25％、硼酸0.15％，依次倒入水泥胶砂搅拌机中，以140±5r/min的转速搅拌3min，混合均匀得到干混的相变储能砂浆基体材料。
按照质量百分比分别称取低密度聚乙烯38.4％、相变石蜡57.7％、片状石墨粉3.9％于烧杯中，在集热式磁力搅拌器的油浴锅中加热至160℃，加热的同时集热式磁力搅拌器机械搅拌，得到石蜡和聚乙烯的混溶体，取出烧杯放置在室温下冷却凝固，再将凝固的石蜡与聚乙烯的混溶体机械破碎呈颗粒状，再过2.5mm孔径的圆孔筛，得到定型相变材料。
步骤二：按照质量百分比之和为100％分别称取干混的相变储能砂浆基体材料70.7％、定型相变材料17.7％、拌和用水11.6％，并依次倒入水泥胶砂搅拌机中，以140±5r/min的转速搅拌3min，得到混合均匀的散状浆料。随后，将该散状浆料装填于压力成型试模中，置于液压机承压台上，并将该试模放置于液压机承压台上在20秒内压强从0增加到1.5mpa匀速施压，再保持压强1.5mpa持续300s，然后卸载压力，在标准养护条件下养护至规定龄期，得到压力成型水泥基相变储能砂浆。
实施例2：
步骤1：按照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49.8％、石英砂(细度模数为2.5-2.7)49.8％、聚羟酸高效减水剂0.25％、硼酸0.15％，依次倒入水泥胶砂搅拌机中，以140±5r/min的转速搅拌3min，混合均匀得到干混的相变储能砂浆基体材料。
按照质量百分比分别称取低密度聚乙烯38.4％、相变石蜡57.7％、片状石墨粉3.9％于烧杯中，在集热式磁力搅拌器的油浴锅中加热至160℃，加热的同时集热式磁力搅拌器机械搅拌，得到石蜡和聚乙烯的混溶体，取出烧杯放置在室温下冷却凝固，再将凝固的石蜡与聚乙烯的混溶体机械破碎呈颗粒状，再过2.5mm孔径的圆孔筛，得到定型相变材料。
步骤二：按照质量百分比之和为100％分别称取干混的相变储能砂浆基体材料68.3％、定型相变材料20.5％、拌和用水11.2％，并依次倒入水泥胶砂搅拌机中，以140±5r/min的转速搅拌3min，得到混合均匀的散状浆料。随后，将该散状浆料装填于压力成型试模中，置于液压机承压台上，并将该试模放置于液压机承压台上在20秒内压强从0增加到1.5mpa匀速施压，再保持压强1.5mpa持续300s，然后卸载压力，在标准养护条件下养护至规定龄期，得到压力成型水泥基相变储能砂浆。
实施例3：
步骤1：按照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49.8％、石英砂(细度模数为2.5-2.7)49.8％、聚羟酸高效减水剂0.25％、硼酸0.15％，依次倒入水泥胶砂搅拌机中，以140±5r/min的转速搅拌3min，混合均匀得到干混的相变储能砂浆基体材料。
按照质量百分比分别称取低密度聚乙烯38.4％、相变石蜡57.7％、片状石墨粉3.9％于烧杯中，在集热式磁力搅拌器的油浴锅中加热至160℃，加热的同时集热式磁力搅拌器机械搅拌，得到石蜡和聚乙烯的混溶体，取出烧杯放置在室温下冷却凝固，再将凝固的石蜡与聚乙烯的混溶体机械破碎呈颗粒状，再过2.5mm孔径的圆孔筛，得到定型相变材料。
步骤二：按照质量百分比之和为100％分别称取干混的相变储能砂浆基体材料67.5％、定型相变材料21.51％、拌和用水10.99％，并依次倒入水泥胶砂搅拌机中，以140±5r/min的转速搅拌3min，得到混合均匀的散状浆料。随后，将该散状浆料装填于压力成型试模中，置于液压机承压台上，并将该试模放置于液压机承压台上在20秒内压强从0增加到1.5mpa匀速施压，再保持压强1.5mpa持续300s，然后卸载压力，在标准养护条件下养护至规定龄期，得到压力成型水泥基相变储能砂浆。
实施例4：
步骤1：按照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49.8％、石英砂(细度模数为2.5-2.7)49.8％、聚羟酸高效减水剂0.25％、硼酸0.15％，依次倒入水泥胶砂搅拌机中，以140±5r/min的转速搅拌3min，混合均匀得到干混的相变储能砂浆基体材料。
按照质量百分比分别称取低密度聚乙烯38.4％、相变石蜡57.7％、片状石墨粉3.9％于烧杯中，在集热式磁力搅拌器的油浴锅中加热至160℃，加热的同时集热式磁力搅拌器机械搅拌，得到石蜡和聚乙烯的混溶体，取出烧杯放置在室温下冷却凝固，再将凝固的石蜡与聚乙烯的混溶体机械破碎呈颗粒状，再过2.5mm孔径的圆孔筛，得到定型相变材料。
步骤二：按照质量百分比之和为100％分别称取干混的相变储能砂浆基体材料66.8％、定型相变材料22.22％、拌和用水10.98％，并依次倒入水泥胶砂搅拌机中，以140±5r/min的转速搅拌3min，得到混合均匀的散状浆料。随后，将该散状浆料装填于压力成型试模中，置于液压机承压台上，并将该试模放置于液压机承压台上在20秒内压强从0增加到1.5mpa匀速施压，再保持压强1.5mpa持续300s，然后卸载压力，在标准养护条件下养护至规定龄期，得到压力成型水泥基相变储能砂浆。
实施例5：
步骤1：按照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49.8％、石英砂(细度模数为2.5-2.7)49.8％、聚羟酸高效减水剂0.25％、硼酸0.15％，依次倒入水泥胶砂搅拌机中，以140±5r/min的转速搅拌3min，混合均匀得到干混的相变储能砂浆基体材料。
按照质量百分比分别称取低密度聚乙烯38.4％、相变石蜡57.7％、片状石墨粉3.9％于烧杯中，在集热式磁力搅拌器的油浴锅中加热至160℃，加热的同时集热式磁力搅拌器机械搅拌，得到石蜡和聚乙烯的混溶体，取出烧杯放置在室温下冷却凝固，再将凝固的石蜡与聚乙烯的混溶体机械破碎呈颗粒状，再过2.5mm孔径的圆孔筛，得到定型相变材料。
步骤二：按照质量百分比之和为100％分别称取干混的相变储能砂浆基体材料66.1％、定型相变材料23.0％、拌和用水10.9％，并依次倒入水泥胶砂搅拌机中，以140±5r/min的转速搅拌3min，得到混合均匀的散状浆料。随后，将该散状浆料装填于压力成型试模中，置于液压机承压台上，并将该试模放置于液压机承压台上在20秒内压强从0增加到1.5mpa匀速施压，再保持压强1.5mpa持续300s，然后卸载压力，在标准养护条件下养护至规定龄期，得到压力成型水泥基相变储能砂浆。
如表1所示为实施例1、实施例2、实施例5制备得到的压力成型水泥基相变储能砂浆的热焓值、抗压强度、导热系数参数对比。
表1
从表1中可见，实施例1的热焓值为12.91kj/kg，导热系数为0.9731w/(m·k)，并且具备较高的抗压强度，其中1天、7天和28天的抗压强度分别为7.35mpa、9.05mpa和10.56mpa。实施例2和实施例5较实施例1的配比有所变化，主要是定形相变材料含量增加，而其它组份含量相应减少。从测试数据可以看出，随着定形相变材料含量的增加，实施例2和实施例5具有更高的热焓值，分别为15.53kj/kg和17.76kj/kg，与实施例1相比，分别提高了20.3％和37.6％。对比三个实施例可以发现，虽然相变材料含量增加使压力成型水泥基相变储能砂浆的导热系数和抗压强度略有降低，但依然性能良好。实施例2和实施例5的导热系数分别为0.8339w/(m·k)和0.8012w/(m·k)，实施例2和实施例5的1天、7天和28天抗压强度分别5.99mpa、7.67mpa、7.93mpa和4.87mpa、5.53mpa、6.16mpa。从抗压强度测试数据的变化规律上可以看出，三个实施例均具有早强的特点，实施例1、实施例2和实施例5的1天抗压强度分别到了28天强度的69.6％、75.5％和79.1％。综合三个实施例的性能参数可见，本发明的压力成型水泥基相变储能砂浆不仅具有热焓值高、导热系数大，并且具有较高的抗压强度及早强快硬性能。
本发明的一种压力成型水泥基相变储能砂浆，储能砂浆基体材料是由水泥、石英砂、减水剂、缓凝剂(硼酸)构成。其中，水泥为42.5快硬硫铝酸盐水泥，具有水化速度快、早期强度高，后期强度发展稳定等特点。石英砂可起到对基体材料的增强作用。减水剂与缓凝剂的使用，能够使储能砂浆工作性能更好。采用压力成型能够提高相变储能砂浆的密实度，有利于提高材料的强度和相变材料含量以及材料导热性能。
本发明中所采用的压力成型方法，能够使基体采用较小的水灰比而达到较高密实度，弱化水泥基相变储能砂浆的相变材料含量与强度、导热系数之间的矛盾，从而获得综合性能优异的水泥基相变储能砂浆。