建筑用相变储能混凝土的材料制备和力学性能

王 正 一

（郑州信息科技职业学院，河南 郑州 450046）

近年来，随着全球经济发展程度和科技发展实力的逐渐提高，社会能源的整体消耗水平不断攀升，这一方面归结于日益增长的公众生活质量需求，另一方面与基础建设、基础建筑的能源消耗有着密不可分的关系。在我国，建筑建材领域的能源消耗约占到整体消耗量的30%，且随着各地基建需求的不断上升，该趋势还将进一步提高。巨大的能源消耗给我国社会的资源管理控制和生态环境保护工作带来了严峻挑战，如不可再生资源保有量低、自然生态环境破坏等问题均在当下的社会中显得尤为突出。由此，进一步倡导节能降耗生产，推动环境保护工作，并不断地研发新兴节能技术已然成为当下时代发展的迫切要求。

鉴于此，本文着眼于建筑过程中新兴建筑建材的研发工作，探讨了建筑用相变储能混凝土材料在实际工程任务中的应用潜力与应用效果，并就材料的制备过程与工艺和材料的力学性能分析工作进行重点研究，这将为我国建筑领域的长期可持续发展提供参考与指导。

1 相变储能材料的基础理论概要

了解相变储能材料的基本性质、原理及分类是将该类材料应用在建筑行业的重要步骤，其不但能够帮助一般工程人员快速认识该类材料的应用场景，而且在实际应用过程中具有一定的辅助性作用。通过了解与掌握相变储能材料应用领域的基础概要知识，科研人员能够更好地打牢知识基础，而工程人员则能够充分解决实际施工过程中的各类问题。

1.1 相变储能材料的基本特质

相变储能材料（phase change material,PCM）是一种材料物质状态能够随温度的变化而变化，进而提供潜热或热能的特殊材料物质。通过相变过程，该类材料能够自动地吸收、存储或释放能量。同时，在相变储能材料的形态变化过程中，材料自身的温度不会随着环境温度差异而发生变化，且材料发生形态改变时的温度称之为相变温度，释放的能量称之为相变潜热。

1.2 相变储能材料的节能原理

得益于相变储能材料的自身特性，该类材料具有优异的节能效果。例如，固-液相变储能材料是一种较为常见的相变材料，当外界环境温度超过该类材料的相变温度时，材料将吸收外界环境热量，并将其以潜热能的形式存储在材料内部，且物质的形态也将由液态转变为固态。随后，在外界环境低于相变温度时，材料则将内部潜热加以释放，即相变循环过程实现了能量从吸收到存储再到释放的自然循环，不仅有效地控制了外界环境温度，而且对外部能量进行了很好的存储与利用。

1.3 相变储能材料的基本分类

现阶段，已经发现可作为相变储能材料的物质多达两万余种，而这之中实际投入生产使用的却仅在少数。纵观市场现况，相变储能材料多分为有机相变储能材料、无机相变储能材料和复合相变储能材料三大类。其中，有机相变储能材料主要指脂肪酸、石蜡多元醇等多种有机高分子材料；无机相变储能材料主要指各类无机水合盐及金属材料；复合相变储能材料则是由两种或多种单一相变储能材料复合而成，主要用于弥补单一材料应用过程中的部分性能缺陷。

2 建筑用相变储能混凝土的材料制备方法

相变储能混凝土材料的制备工艺主要依靠两类材料的混合来实现，而良好的结合方法能够将材料的储能效果最大化，进而更好地适配于建筑工程任务。目前，常用的建筑用相变储能混凝土的制备工艺包括浸泡制备法、直接混合制备法、微胶囊制备法和多孔介质吸附制备法四种。

（1）建筑用相变储能混凝土材料的浸泡制备法：在浸泡法制备工艺中，材料制作人员通过将液体状态下的相变储能材料与建筑混凝土进行融合，继而使液体的相变材料充分集中在建筑基材的空隙之中，并利用混凝土材料分子之间的范德华力来吸附液体相变材料。整体而言，该制作方法相对简便，能够按照具体的建筑任务需求进行灵活配置，且生产出的相变储能混凝土材料分布较为均匀。同时，浸泡制备方法有着制作效率高、制作速度快等明显优势，这在建筑需求飞速攀升的当下社会有着极其重要的应用意义。

（2）建筑用相变储能混凝土材料的直接混合制备法：直接混合制备是一种最为简单的材料制作方法，其主要按照质量配比或材料需求直接将相变材料与混凝土建材进行混合，该方法可以迅速地将传统混凝土材料进行改性，并按照建筑需求制备出各种尺寸、形状的相变储能混凝土材料。然而，在实际的工程应用过程中，材料在相变温度临界点的附近具有分子扩散迁移现象，即相变材料易与混凝土建材分离，从而导致渗出现象，这在一定程度上影响了材料的使用寿命。

（3）建筑用相变储能混凝土材料的微胶囊制备法：在建筑用相变储能混凝土材料的制备过程中，微胶囊制备法是一种重要的材料封装方法，该方法采用某种特定的包覆膜将生产材料进行包裹，并在表面形成微小粒子层。在实际的应用过程中，当外界环境温度上升时，相变储能混凝土将进行能量的吸收或释放，但该过程不会改变外部用以封装相变材料的高分子膜，从而避免了直接混合制备法面临的泄漏或分离问题。

（4）建筑用相变储能混凝土材料的多孔介质吸附制备法：多孔介质吸附制备法是一种新兴的相变储能混凝土制备方法，其通过使用比面积、孔隙率较大的多孔材料作为吸附截止，利用分子间的范德华力、离子浓度差、电场作用等特点将相变储能材料吸附至多孔介质内部，以制备出优质的定形相变材料。整体而言，该制作方法具有减少相变储能材料泄漏风险，操作简便、性价比高等多种应用优势，因此在现阶段的混凝土建材生产中广为利用。

3 建筑用相变储能混凝土的材料力学性能

将相变储能材料与混凝土建筑基材进行混合后，材料的力学性能会发生一定变化。具体而言，相较于普通混凝土材料，相变储能混凝土的强度相对较低，且不同类型的混合相变材料对混凝土本身的强度影响状况也具有一定差异。不同的相变储能混凝土制作方法也会对混凝土产生影响，浸泡制备法和直接混合制备法对混凝土本身的抗压强度和抗拉强度影响更大，而微胶囊制备法和多孔介质吸附制备法对混凝土本身的力学性能影响则相对更小，该结果对相变储能混凝土的实际建筑工程应用具有较强的指导意义，且能够快速辅佐不同场景、不同地域、不同建筑需求下的相变储能混凝土的制作过程。因此，在现阶段的建筑工程施工过程中，建筑设计人员会首先根据建筑的具体需求进行材料选择，并通过材料的对比试验、材料的性能检验以及材料的应用效果评估等手段来决定最终所使用的相变储能材料。在实际的建设与建筑施工阶段，建筑工人会使用预先决策好的相变材料制备方法来制备建筑材料，或在现有建筑材料中添加相变元素成分，以实现现有材料的性能升级。最终，在建筑交付及后期使用阶段，相关质检人员还会逐年对建筑的安全性能、材料使用状态等方面进行检测与监测，以防止后续安全事故的发生。通过以上材料应用流程，相变储能混凝土材料在建筑领域得到了极大的关注。

综上，相变储能材料是现阶段材料市场中一类极具应用潜力和市场前景的新型原材料，在建筑行业的实际工程任务中有着广阔的应用前景。通过对建筑用相变储能混凝土材料的制备工艺和力学性能进行分析，工程人员将更清晰地了解该类材料在实际建筑工作中的应用范畴与适用场景，且解决部分工程业务问题，这对于建筑领域的实践过程而言意义重大。尽管现有研究人员已经就建筑用相变储能混凝土材料的种类、制作、特点、性能等方面进行了充分研究，但大多数工作仍处于实验阶段，缺乏一定的实践应用为参考，且相变储能材料在复杂建筑场景下的应用效果亦有待考证，而这些方面也是未来科研人员及工程技术人员的重点研究方向。