专利名称：一种稻壳灰-石蜡相变集料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及相变材料领域，具体的是用于对水泥混凝土控温的稻壳灰-石蜡相变集料。
背景技术：
大体积混凝土温度破坏一直都是非常严重的工程问题，目前，相变材料在混凝土中的应用已经成为了一个研究热点。相变材料具有蓄热特性，在温度升高至相变点时产生相变吸收热量，而当温度降低至相变点时时亦可以相变放出热量，因此可用于抑制大体积混凝土的水化热温升速率，从而避免混凝土的形变破坏。相变材料按照相变方式一般可分为4类固-固相变材料、固-液相变材料、固-气相变材料和液-气相变材料。固-固相变材料相变温度通常较高，不适于在混凝土中应用， 固-气相变材料和液-气相变材料由于相变时产生气体，体积膨胀较大，故亦不适合用于混凝土，而一些固-液相变材料刚好可以满足在混凝土中应用的要求。而在固-液相变材料中，石蜡是比较经济和实用的一种，现在在应用于混凝土中的相变材料大多为石蜡，但由于石蜡不适于直接用于混凝土中，且石蜡颗粒在稍高的气温下就会粘结在一起，不易保存，因此，在应用时需对其进行封装。目前，制备定型相变复合材料主要有3种方法微胶囊化、多孔材料吸附法、熔融共混法。微胶囊化相变材料是采用微胶囊技术将固-液相变材料(芯材)用合成高分子材料或无机化合物以物理或化学方法包覆起来制成的常态下稳定的固体微粒。但这种方法的工艺较为复杂且成本较高，不适合在大体积混凝土这种方量较大成本较低的材料中应用。 多孔材料吸附法是目前研究较广的定型封装技术，它是把多孔材料浸入熔融状态下的相变溶液，使相变材料填充于多孔材料的孔隙中。研究较多的用于吸附相变材料的多孔材料有膨胀珍珠岩、蛭石、海泡石、蒙脱土、膨胀石墨、陶粒等，但这些材料由于本身的性质特点等， 对相变材料的封装效率较低，且在实际应用中出现较为明显的漂浮现象。熔融共混法是指在高于高分子聚合物熔点的温度下，对相变材料和高分子聚合物进行熔融共混，当冷却至室温时，相变材料均勻地分散在已固化的高分子聚合物中，达到定型的目的，此方法相变材料容留量大、不渗漏、可以加工成需要的任何形状，但其导热能力差，价格高。现有的相变材料在与混凝土拌合时，大多有严重的上漂现象，而且相变材料的粒径越大，上漂越严重，这是由于相变材料较轻，颗粒越大，其浮力与重力的比值也越大，越易漂浮。因此，在混凝土中应用的相变材料应该具有较小的粒径，使得其在混凝土中所受到的浮力不大于其重力与所受的阻力之和，再者，应使相变材料表面具有较好的亲水性，从而提高相变材料与混凝土的和易性。只有所用相变材料与混凝土具有较好的和易性，对混凝土的其他性能不会造成损失或损失不大，而且相变材料要较为经济，才可使相变材料在混凝土中推广应用。本发明所涉及到的稻壳灰是由稻壳焚烧而来，我国是产稻大国，所产的稻壳灰的数量亦是非常巨大，目前，稻壳灰主要用于制备白炭黑、活性炭、二氧化硅和水玻璃等，但应用量有限。稻壳灰具有丰富的孔结构，掺入新拌混凝土时，需水量较大，严重影响其在混凝土中的推广应用。但稻壳灰大量的孔结构正好是石蜡的良好载体，具有较大的开发利用价值。
发明内容
为克服以上不足，本发明提供了一种经济实用的稻壳灰-石蜡相变集料及其制备方法。本发明内容的稻壳灰-石蜡相变集料的技术方案是这样实现的一种稻壳灰-石蜡相变集料，其特征在于它由稻壳灰、石蜡和矿物粉体三种物质构成，矿物粉体的质量占稻壳灰、石蜡和矿物粉体质量的35% 50%，其中石蜡与稻壳灰的质量比为1 1 1 1. 5。所述石蜡填充在稻壳灰的孔隙中，填充了石蜡的稻壳灰团聚在一起，呈颗粒状，如说明书附
图1所示；所述矿物粉体包裹在颗粒表面，如说明书附图2所示。所述石蜡与稻壳灰的的质量比为1 1 1 1.5。所述矿物粉体为粉煤灰、矿粉、硅灰、石灰石粉或磷渣粉中的一种。所述矿物粉体的质量占稻壳灰-石蜡相变集料质量的35% 50%。本发明还进一步提供了这种稻壳灰-石蜡相变集料的制备方法，其特征在于它包括如下步骤1)原料的选取按矿物粉体的质量占稻壳灰、石蜡和矿物粉体质量的35% 50%，其中石蜡与稻壳灰的质量比为1 1 1 1.5，选取稻壳灰、石蜡和矿物粉体；2)将稻壳灰和石蜡经过筛分、混合后，置于容器中密封，在高温环境中保温6 10 小时后，将容器内的气体放出，密封，然后将容器置于低温环境中保温2 6小时；取出容器，将稻壳灰与石蜡的复合产物分散成粒径小于或等于1. 18mm的颗粒；再将颗粒与矿物粉体混合，使矿物粉体粘结在表面，得到稻壳灰-石蜡相变集料。该方法中所采用的稻壳灰原料粒径小于或等于1. 18mm ；所采用的石蜡原料在常温下为固态，粒径小于或等于2. 36mm。石蜡与稻壳灰的质量比为1 1 1 1.5。所述高温环境为石蜡相变的吸热主峰最高点所对应的温度的1. 5 3. 5倍，所述低温环境为石蜡相变的吸热主峰最高点所对应的温度的0. 8 1. 5倍。工业石蜡有各种标号，比如常用的48号、52号、56号、58号、62号等，例如48号就是指石蜡相变点的平均值是48°C，52号就是指石蜡相变点的平均值是52°C。石蜡是碳原子数约为18 30的烃类混合物，主要组分为直链烷烃(约为80% 95% )，还有少量带个别支链的烷烃和带长侧链的单环环烷烃(两者合计含量20%以下)。每类蜡又按熔点，一般每隔2°C，分成不同的品种。说明书中所提及的石蜡相变的吸热主峰最高点所对应的温度，如说明书附图3和附图4所示，图3为48号石蜡的DSC曲线，图4为58号石蜡的DSC曲线。也就是说，不同的石蜡的相变的吸热主峰最高点所对应的温度是不同的。本发明优选的高温环境为石蜡相变的吸热主峰最高点所对应的温度的2. 5倍，优选的低温环境为石蜡相变的吸热主峰最高点所对应的温度的1. 2倍。
本发明稻壳灰-石蜡相变集料的制备方法中，所用矿物粉体为粉煤灰、矿粉、硅灰、石灰石粉或磷渣粉中的一种，其用量为稻壳灰-石蜡相变集料质量的35% 50%。本发明还提供一种优选的使粉体粘结在颗粒表面的方法将所述矿物粉体分为等质量的两份，取其中一份粉体与稻壳灰与石蜡的复合产物颗粒混合，置于石蜡相变的吸热主峰最高点所对应的温度的0. 9倍的环境中保温20分钟， 取出，再与另一份粉体充分混合。本发明是利用稻壳灰的多孔性质，将石蜡融入稻壳灰的空隙中，通过高温和低温的调节，使容器内产生负压环境，从而增加石蜡在稻壳灰中的融入量，较大地提高石蜡的封装效率，再将稻壳灰与石蜡的复合产物分散成小的颗粒，然后用粉体对该产物进行表面改性，以使之适应混凝土的工作要求。应用例1稻壳灰-石蜡相变集料为颗粒状，因此在使用时应该将其代替部分砂使用。将稻壳灰-石蜡相变集料按等质量取代砂和等体积取代砂两种拌合砂浆，其石蜡净掺量为胶凝材料的15%，结果表明，采用等质量取代时，砂浆的胶凝性较差，无流动性，当增加用水量和减水剂用量时仍不能改善流动性，而且出现严重的泌水现象，相当于砂用量过大。但采用等体积取代时，拌合砂浆和易性良好，甚至优于基准样，因此稻壳灰-石蜡相变集料应该采用等体积取代。应用例2取水泥600g进行温升试验，为了便于对比，试验组掺加稻壳灰与石蜡的复合产物 (颗粒)，相对石蜡净掺量为水泥质量的15%，对比组分别为纯水泥浆体、掺加标准砂和纯石蜡颗粒，其中，标准砂用量与试验组复合产物同体积，纯石蜡颗粒与试验组的石蜡净掺量相同，试验结果如说明书附图5所示。由图5可以看出，试验组具有优越的控温性能，说明稻壳灰与石蜡的复合产物明显优于纯石蜡的控温性能，其使水泥水化热的温升速率有较大幅度的减小，温峰明显降低。 而且试验表明，掺加稻壳灰与石蜡的复合产物的浆体与掺加纯石蜡的浆体的体积相差并不大，前者的体积仅为后者的1. 117倍。应用例3本试验采用IOOmmX IOOmmX IOOmm立方混凝土试块，试验水胶比为0. 38，减水剂为聚羧酸减水剂，固含量为10%，混凝土配合比见表1。成型方案A.不掺加稻壳灰-石蜡相变集料的混凝土试样，即为基准组试样。B.掺加稻壳灰-石蜡集料的混凝土试样，相对净石蜡掺量分别为10%和20%。表1混凝土配合比
权利要求
1.一种稻壳灰-石蜡相变集料，其特征在于它由稻壳灰、石蜡和矿物粉体三种物质构成，矿物粉体的质量占稻壳灰、石蜡和矿物粉体质量的35% 50%，其中石蜡与稻壳灰的质量比为1 1 1 1. 5。
2.按权利要求1所述的稻壳灰-石蜡相变集料，其特征在于所述石蜡填充在稻壳灰的孔隙中，填充了石蜡的稻壳灰团聚在一起，呈颗粒状；所述矿物粉体包裹在颗粒表面。
3.按权利要求1或2所述的稻壳灰-石蜡相变集料，其特征在于所述矿物粉体为粉煤灰、硅灰、石灰石粉或磷渣粉中的一种。
4.一种稻壳灰-石蜡相变集料的制备方法，其特征在于它包括如下步骤1)原料的选取按矿物粉体的质量占稻壳灰、石蜡和矿物粉体质量的35% 50%，其中石蜡与稻壳灰的质量比为1 1 1 1.5，选取稻壳灰、石蜡和矿物粉体；2)将稻壳灰和石蜡经过筛分、混合后，置于容器中密封，在高温环境中保温6 10小时后，将容器内的气体放出，密封，然后将容器置于低温环境中保温2 6小时；取出容器，将稻壳灰与石蜡的复合产物分散成粒径小于或等于1. 18mm的颗粒；再将颗粒与矿物粉体混合，使矿物粉体粘结在表面，得到稻壳灰-石蜡相变集料。
5.按权利要求4所述的稻壳灰-石蜡相变集料的制备方法，其特征在于所述稻壳灰粒径小于或等于118mm ；所述石蜡在常温下为固态，粒径小于或等于2. 36mm。
6.按权利要求4所述的稻壳灰-石蜡相变集料的制备方法，其特征在于所述高温环境为石蜡相变的吸热主峰最高点所对应的温度的1. 5 3. 5倍，所述低温环境为石蜡相变的吸热主峰最高点所对应的温度的0. 8 1. 5倍。
7.按权利要求4或6所述的稻壳灰-石蜡相变集料的制备方法，其特征在于所述高温环境为石蜡相变的吸热主峰最高点所对应的温度的2. 5倍，所述低温环境为石蜡相变的吸热主峰最高点所对应的温度的1. 2倍。
8.按权利要求4所述的稻壳灰-石蜡相变集料的制备方法，其特征在于使矿物粉体粘结在颗粒的表面是这样实现的将所述矿物粉体分为等质量的两份，取其中一份矿物粉体与稻壳灰与石蜡的颗粒混合，置于石蜡相变的吸热主峰最高点所对应的温度的0. 9倍的环境中保温20分钟，取出，再与另一份矿物粉体充分混合。
全文摘要
本发明涉及一种稻壳灰-石蜡相变集料及其制备方法。一种稻壳灰-石蜡相变集料，其特征在于它由稻壳灰、石蜡和矿物粉体三种物质构成，矿物粉体的质量占稻壳灰、石蜡和矿物粉体质量的35％～50％，其中石蜡与稻壳灰的质量比为1∶1～1∶1.5。利用工业稻壳灰与石蜡，经过混合、加热，使石蜡熔入稻壳灰的孔隙中，通过高温与低温的温度调节使容器内形成一定的负压，大大提高石蜡在稻壳灰中的熔入量，将稻壳灰与石蜡的复合产物筛分成小颗粒状，并利用粉体对其包裹改性，制备成稻壳灰-石蜡相变集料，该相变集料制备工艺简单、成本低、石蜡含量大、控温效果好，与混凝土具有较好的适应性。
文档编号C09K5/06GK102303958SQ201110127668
公开日2012年1月4日 申请日期2011年5月17日 优先权日2011年5月17日
发明者张建亮, 杨文 , 牛翠峰, 王军, 马保国 申请人:中建三局建设工程股份有限公司, 中建商品混凝土有限公司, 武汉理工大学