秸秆定型相变墙体板材的制备与性能研究

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建筑耗能和秸干焚烧引起的环境问题,都是当今社会关注和研究的热点,也是急需解决的社会难题。建筑耗能占世界能源消耗的30%到40%,建筑业也造成了全球35%的温室气体排放。水稻种植每年生产大量的稻秆,据估计全球秸秆年产量约为7.409~1.1114亿吨。然而,只有一小部分稻秸秆被有效利用,大量的稻秆被丢弃在田间或直接焚烧,不仅对生物质资源造成了巨大的浪费,还造成了严重的污染。本研究在上述大背景下,利用秸秆良好保温建材特性,制备了高性能秸秆定型相变板材,拥有很好的保温隔热性能,制得的板材具有环保节能、防腐性能好、保温隔热性能优良等优异的物理化学性能。相变材料石蜡的使用显著提升秸秆板材的保温隔热性能,使秸秆板材成为极有潜力的节能建筑保温材料。另一方面,高掺量秸秆板材的成功开发极大提高了秸秆的利用率,解决了秸秆利用难的问题。通过对材料的微观表征和热力学等物理化学性能的测试,得出如下结果:(1)以水稻秸秆为骨料,硫铝酸钙水泥为胶凝材料,制备了稻秆-硫铝酸钙水泥复合保温建筑材料。研究了稻秆长度(L)、稻秆与硫铝酸钙水泥的质量比(Wr/W)、成型方式对复合材料的形貌、力学性能、热学性能、以及吸水吸湿性能的影响。结果表明,与浇筑成型相比,压铸成型制备的复合材料结构更加密实,具有更高的力学强度,更低的吸水率和吸湿率,更小的导热系数。以L=1.0cm、Wr/W=12%、通过压铸成型制备的复合材料导热系数为0.071 W/(m·K)、抗压强度为21.0 MPa、抗折强度为13.5 MPa、吸水率为11.0%、吸湿率为10.0%。(2)以稻草为载体,制备了石蜡基稳定相变材料(PCM)。首先采用超声破碎法制备石蜡微乳液,将制得微乳液喷洒在稻草上。然后进行真空浸渍,将石蜡封装入稻草中,再用聚乙烯醇(PVA)成膜包覆稻草中的石蜡颗粒。扫描电镜显示,石蜡成功封装进稻草中,PVA涂层在石蜡颗粒上。差示扫描量热法表明,所制备的材料具有较高的相变焓,约为133.4 J/g。泄漏试验表明,该材料具有良好的循环稳定性。连续融-冻循环100次后,只有1.6%左右的石蜡损失。(3)在(1)、(2)的基础上制备了高性能秸秆定型相变板材,通过研究石蜡的封装量(Wp)和稻秆与硫铝酸钙水泥的质量比(Wr/W),对复合材料的膨胀及腐坏性能、力学性能、热学性能、以及吸水吸湿性能的影响,得出石蜡会降低板材力学性能,但能显著提升板材的防水性能、热学性能、防腐性能。最佳配合比为Wp:Wr=2:1、Wr/W=70%、通过压铸成型制备的复合材料导热系数为0.054 W/(m·K)、静曲强度为6.7 MPa、吸水率为7.0%、吸湿率为5.5%、以及良好的防吸水膨胀及腐坏性能、和隔热性能。
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