・８３６・ 建 筑 技 术 第４２卷第９期２０１１年９月 Ｖｏ１．４２ Ｎｏ．９ Ｓｅｐｔ．２０１ １ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 相变蓄能石膏板的性能研究及应用 周建中，陈红霞，冯菊莲，罗小红 （北新集团建材股份有限公司，１０００９６，北京） 摘要：选用微胶囊相变材料与石膏胶凝材料直接混合的方法，通过对现有的普通纸面石膏板生产工艺进 行改进，实现相变蓄能纸面石膏板的规模化生产。对生产的相变蓄能纸面石膏板物理性能和热参数测试及使用 效果的模拟测试表明，该产品作为建筑内墙材料时可将室内温度波动控制在较窄的范围内，能增加居住环境的 热舒适性。 关键词：相变微胶囊；纸面石膏板；热参数；热舒适性 中图分类号：ＴＵ５５１．３９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００—４７２６（２０１１）０９—０８３６—０３ ＰＲＥＰＡＲＡＴＩｏＮ ＡＮＤ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ ＯＦ ＰＣＭ ＰＬＡＳＴＥＲＢｏＡＲＤ ＺＨＯＵ Ｊｉａｎ－ｚｈｏｎｇ，ＣＨＥＮ Ｈｏｎｇ－ｘｉａ，ＦＥＮＧ Ｊｕ－ｌｉａｎ，ＬＵＯ Ｘｉａｏ－ｈｏｎｇ （Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｎｅｗ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｐｕｂｌｉｃ Ｌｉｍｉｔｅｄ Ｃｏｍｐａｎｙ，１０００９６，Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＰＣＭ ｐｌａｓｔｅｒｂｏａｒｄ ｗａｓ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ ａｄｄｉｎｇ ＰＣＭ ｍｉｃｒｏｃａｐｓｕｌｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｏｆ ｃｏｍｍｏｎ ｇｙｐｓｕｍ ｐｌａｓｔｅｒｂｏａｒｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｈｅａｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｔｅｓｔｓ ｉｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ＰＣＭ ｐｌａｓｔｅｒｂｏａｒｄ，ａｓ ｔｈｅ ｗａｌｌ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｃａｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｒｏｏｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ ｉｎ ａ ｎａ￣ｏｗ ｒａｎｇｅ，ｗｈｉｃｈ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｍｆｏｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｏｍ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＰＣＭ ｍｉｃｒｏｃａｐｓｕｌｅｓ；ｐａｐｅｒｆａｃｅ ｐｌａｓｔｅｒｂｏａｒｄ；ｈｅａｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ；ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｍｆｏｒｔ 目前，将相变材料弓１入石膏板的方式可分为直接 混合法、浸渍法和封装法三种。 收稿日期：２０１１－０６—０５ 直接混合法和浸渍法引入相变材料时，相变材料 与石膏板基体长期直接接触可能改变基体的性能，相 变材料泄漏还可能对基体产生影响。封装法包括宏观 和微观两种，宏观封装是将相变材料密封在合适的容 器内，再把这个容器放置在石膏板中，采用宏观封装技 基金项目：圜家科技支撑计划（２００６ＢＡＡ０４Ｂ０２），国家科技支撑计划 （２００６ＢＡＪ０２Ａ０９） 作者简介：周建中（１９６２一），男，湖南涟源人，教授级高级工程师，ｅ—ｍａｉｌ： ｃｈｘ＠ｂｎｂｍ．ｃｏｍ．ｃｎ 术的相变石膏板不能任意钻孔，，且在安装过程需增加 额外工作量因而增加了成本，封装后的相变材料与石 ｋＰａ，达到设计要求。 应根据振冲器型号、地质条件、填料性质等，在施工前 根据ｐ—ｓ曲线上线性关系阶段的 力值和沉降值， 可算出复合地基的变形模量。经计算，９个试验点复合 地基的变形模量均大于２０ＭＰａ，达到了设计的要求。 通过现场试验确定。 （３）目前对碎石桩复合地基的工作性状、沉降计 算方法等还没有统～的观点。结合建筑物沉降观测资 料，还可以做进一步的深入研究。 参考文献 ［１］曾昭礼．我国振冲地基应用回顾［ｃ］．杭州：复合地基学术讨论会．， １９９６． ５ 结语 工程实践表明，对松散砂土及卵石地基采用水振 冲碎石桩处理，对提高砂土密实度，消除地基液化，提 高地基承载力效果较理想，本处理方案是成功的。 （１）水振冲碎石桩工艺成熟，施工简便，工期短， 质量较易控制，且桩体可就地取材，造价低。在成都地 区较普遍存在的松散砂土、卵石地基上建造高层建筑 ｆｌ７层左右）地基加固处理中，水振冲碎石桩具有较好 的推广应用前景。 ［２］盛崇文．振冲桩、挤崮桩和石灰桩［Ｃ］．上海：第一届全国地基处理 学术讨论会．１９８６． ［３］唐建．王也宜．振冲碎石桩处理液化地基的设计与施工［Ｊ］．建筑科 学，２００４，２０（３）：４２—４５． ［４］ＪＧＪ７９—２００２，建筑地基处理技术规范［Ｓ］． ［５］ＧＢ５０００７—２００２，建筑地基基础设计规范［Ｓ］． ［６］ＧＢ５０２０２—２００２，建筑地基基础工程施工质量验收规范［ｓ］． ［７］蒋欢，紫民．振冲碎石桩在地基加固处理中的应用［Ｊ］．水文地质 上 程地质，２ｏｏ８，３：３９—４２． （２）振冲密实电流、填料量、留振时间等施工参数 ２０１１年９月 周建中，等：相变蓄能石膏板的性能研究及应用 １．２生产工艺和设备 －８３７・ 膏板基体间热传导能力降低，影响其对室内空间的“控 温”效果。 以北新集团建材股份有限公司２５００万ｍ 纸面石 微观封装技术则是将相变材料封装在几微米的胶 膏板线为基础，增加相变微胶囊材料的添加系统，并对 囊中，在纸面石膏板生产的搅拌阶段将其与石膏粉直 各工艺参数进行相应调整，微胶囊相变材料的干基掺 接混合制成相变石膏板，克服了直接混合法、浸渍法 和宏观封装法的缺点，正受到越来越多研究者的关 注。 量为２０％。 １．３测试方法 建筑石膏的标准稠度用水量和强度测定参照 ＧＢ／Ｔ １７６６９—１９９９（建筑石膏》；纸面石膏板物理性能 测试参照ＧＢ／Ｔ ９７７５—２００８（纸面石膏板》；采用Ｑｕａｎ— 常用于建筑材料中的相变材料有长链烷烃、脂酸 类及它们的混合物。Ｋｅｄｌ等以十八烷浸渍和直接混合 得到相变石膏板用于被动太阳能利用。Ｓｈａｐｉｒｏ等针对 弗罗里达的气候特点试图找出适合引入石膏板作为储 能物质的相变材料，这些材料包括甲基酯、棕榈酸甲酯 的混和物及短链酸和癸酸、月桂酸混和物；尽管它们有 相对高的储热容量，但相变温度没有完全包括炎热气 候地区的宜居温度范围。Ｆｅｌｄｍａｎ等将普通石膏板浸泡 在相变材料溶液中和在传统石膏板生产的搅拌阶段直 接掺入２１％～２２％的硬脂酸丁酯相变材料制得储能石 膏板，并分析比较了这两种方法得到的相变石膏板内 部相变材料量分布及物理性能和储热效果。Ａｔｈｉｅｎｉｔｉｓ 等对添￣Ｈ２５％硬脂酸丁酯的相变石膏板为墙板的实验 房屋进行模拟测试表明，相同条件下该房屋的室内白 天最高温度可降低４￣Ｃ，并能明显降低夜间热负荷。王 岐东等分别以硬脂酸丁酯和相变石蜡为相变材料，聚 乙烯醇为分散剂，石膏板为载体，通过直接加入法制备 了相变石膏板，并对其隔热保温性能和耐久性能进行 分析评价。马芳梅等分别以正十八烷和正十六烷混合 物、硬脂酸正丁酯和正十六烷混合物为相变材料，以石 膏纤维装饰板为基成墙板，并探讨了墙板表面结 霜的解决方法。冯国会等以含脂酸类混合物为相变材 料，采用直接浸渍法制成相变石膏板并分析其热性能。 上述研究所选用的相变材料并不完善．正十八烷或正 十六烷尽管熔点接近人体舒适温度且化学性质稳定， 广泛受到关注，但其价格高，且掺入石膏板中长时间处 于相变温度以下表面有严重的结霜倾向；而硬脂酸正 丁酯相变潜热较小。储能可逆性、长期稳定性、材料成 本和储能性能的提高一直是相变蓄能石膏板从实验室 走向工业化的瓶颈。 １相变蓄能纸面石膏板的制备 １．１材料 采用微胶囊相变材料，芯材为石蜡，相变温度为 ２５％，相变焓Ｙｊ１０９．１１ Ｊ／ｇ，微胶囊相变材料以乳液的形 式掺入，固体含量为３０％，平均粒径为８．０４ ｍ；熟石膏 粉为天然建筑石膏，比表面积￣４ ２００ ｃｍ２／ｇ。 ｔａ２００ ＦＥＧ型扫描电子显微镜（ＳＥＭ）观察相变蓄能纸 面石膏板板芯样品的表面形貌；采用ＭＥＴＴＬＥＲ ＤＳＣ８８２ｅ对相变蓄能纸面石膏板进行热分析（ＤＳＣ）。 ２相变蓄能纸面石膏板的性能 图１是相变蓄能纸面石膏板板芯的ＳＥＭ图，从图中 可看出，微胶囊相变材料均匀分布在水化石膏浆体中， 它与石膏浆体基体的界面之间存在空隙，因此相变材 料的掺入会影响石膏基体的强度。表１是掺入不同量的 微胶囊相变材料石膏试块的强度变化。 图１相变蓄能纸面石膏板板芯的ＳＥＭ图 表１不同掺量微胶囊相变材料的 石膏试块物理性能 绝干强度／ＭＰａ 掺量／％ 水膏比 抗折 抗压 ５ ６９５／９５０ ３．２３ ７．４ １０ ６９Ｏ／１ｏｏＯ ３．２ ７．２５ ２０ ６９０／９００ ２．６７ ６．４５ 表２为相变蓄能纸面石膏板的物理性能，从表中 可看出，掺入２０％微胶囊相变材料的纸面石膏板物理 性能指标符合《纸面石膏板》国家标准（ＧＢ／Ｔ ９７７５— ・８３８・ 建筑表２相变蓄能纸面石膏板的物理性能 序号 检验项目 检验值 标准指标 １ 外观质量 通过 平整，无波纹、 沟槽等缺陷 ２ 长度偏差／ｍｍ 一， 一６—０ ３ 宽度偏差／ｒａｍ －６～Ｏ ４ 厚度偏差／ｍｍ －０．４２ ±０．５ ５ 对角线长度差／ｍｍ Ｏ ≤５ ６ 楔形棱边宽度／ｍｍ ３４ ３０～８Ｏ ７ 楔形棱边深度／ｍｍ Ｏ．６８ Ｏ．６～１．９ ８ 纵向断裂荷载／Ｎ ５７４ ≥５２０ ９ 横向断裂荷载／Ｎ ２８５ ≥２００ １Ｏ 单位面积重量／（ｋｇ／ｍ ） １０．３ ≤１２．Ｏ １１ 护面纸与芯材粘结 不剥离 护面纸与板芯不剥离 １２ 硬度Ⅳ 端头１５５，棱边１７９ ≥７０ １３ 内照射指数 ＜０．１ ≤１．０ １４ 外照射指数Ｌ ＜０．１ ≤１＿３ ２００８）。图２为相变蓄能纸面石膏板板芯的ＤＳＣ图，从图 中可见，相变蓄能纸面石膏板板芯的相变温度为２５℃ 左右，降温结晶焓为２２．６５ Ｊ／ｇ，升温熔融焓为２３．２３ Ｊ／ｇ， 与微胶囊相变材料２０％的掺量相符。该产品在发生相 变时的潜热为２３０ｋＪ／ｍ ，热导率为０．２１ Ｗ／（ｍ・Ｋ）。 —ｄ －６ —， ｕ ５ １０ １５ ２０ ２５ ３０ ３５ ４０ ４５ ５０ 温度Ｔ／￣Ｃ 图２相变蓄能纸面石膏板板芯的ＤＳＣ图 ３相变蓄能纸面石膏板的应用 根据《民用建筑热工设计规范｝（ＧＢ５０１７６—１９９３） 中隔热设计要求，房间自然通风情况下，屋顶和东、西 外墙的内表面最高温度应低于夏季室外计算温度最高 值。目前，轻质保温墙体已广泛应用于现代建筑中，该 产品虽易满足冬季保温要求，但热惰性指标很难满足 隔热要求，因此宜在西墙内侧安装相变石膏板以增加 墙体的热惰性，防止墙体在夏季西晒时内表面温度过 高。图３所示的是同等条件下采用相变石膏板墙体和传 技术 第４２卷第９期 口【／咖蕞 ６ ４ ２ Ｏ ２ 图３夏季设计工况相变石膏板墙与传统墙体 隔热效果比较（北京地区） 统墙体隔热效果比较（北京地区）。由图可见，与其他建 筑材料相比，安装相变蓄能石膏板后能将室内温度的 波动控制在较窄范围内。 ４结语 将微胶囊相变材料掺入纸面石膏板中，并改进普 通纸面石膏板生产工艺。实现了相变蓄能纸面石膏板 的大规模生产。与其他轻质建材相比，能将室内温度波 动控制在较窄的范围内，增加人体的舒适度。因此，相 变蓄能纸面石膏板不仅具备了普通纸面石膏板轻质环 保的优点，还增加了建筑的舒适度，有利于建筑节能。 目前相变蓄能纸面石膏板的研究还处于初级阶段，对 相变蓄能石膏板具体推广应用技术将在今后的研究中 进一步展开。 参考文献 Ｋｅｄｌ Ｒ，Ｓｔｏｖａｌｌ Ｔ．Ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ ｉｎ ｓｕｐｐｏ￣ｏｆ ｔｈｅ ｗａｘ－ｉｍｐｒｅｇｎａｔｅｄ ｗａｌｌｂｏａｒｄ ｃｏｎｃｅｐｔ［Ｊ］．Ｕ．Ｓ．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ．Ｔｈｅｒｍａｌ ｅｎｅｒｇｙ ｓｔｏｒａｇｅ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｒｅｖｉｅｗ．Ｎｅｗ Ｏｒｌｅａｎｓ，Ｌｏｕｉｓａｎａ，ＵＳＡ ，１９８９． Ｓｈａｐｉｒｏ Ｍ．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｅｎｔｈａｌｐｙ ｓｔｏｒａｇｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｍｉｘ— ｔｕｒｅ ｏｆ ｍｅｔｈｙｌ ｓｔｅａｒａｔｅ ａｎｄ ｍｅｔｈｙｌ ｐａｌｍｉｔａｔｅ［Ｊ］Ｓｕｂｃｏｎｔｒａｃｔ ｒｅ— ｐｏｒｔ ｔｏ Ｆｌｏｒｉｄａ Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｅｎｔｅｒ，１９８９． Ｆｅｌｄｍａｎ Ｄ，Ｂａｎｕ Ｄ．Ｏｂｔａｉｎｉｎｇ ａｎ ｅｎｅｒｇｙ ｓｔｏｒｉｎｇ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｍａｔｅ— ｉｒａｌ ｂｙ ｄｉｒｅｃｔ ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａｎ ｏｒｇａｎｉｃ ｐｈａｓｅ ｃｈａｎｇｅ ｍａｔｅｒｉｌａ ｉｎ ｇｙｐｓｕｍ ｗａｌｌｂｏａｒｄ［Ｊ］．Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｔｅｒ．１９９１，２２：２３１－２４２． Ａｔｈｉｅｎｉｔｉｓ Ａ Ｋ，Ｌｉｕ Ｃ，Ｈａｗｅｓ Ｄ，ｅｔ ａ１．Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｅｒ－ ｍａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ａ ｐａｓｓｉｖｅ ｓｏｌａｒ ｔｅｓｔ－ｒｏｏｍ ｗｉｔｈ ｗａｌｌ ｌａｔｅｎｔ ｈｅａｔ ｓｔｏｒａｇｅ［Ｊ］．Ｂｕｉｌｄｉｎｇ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，１９９７，３２（５）：４０５— ４１Ｏ． 马芳梅．相变物质储能建筑材料性质研究的进展［Ｊｊ．保温材料与建 筑节能．１９９７，（８）：４０—４２． 冯国会，吕石磊，陈旭东，等．冬季工况下相变墙对室内环境影响 的试验［Ｊ］．沈阳建筑大学学报（自然科学版）．２００５，２１（６）：７０２— ７ｏ４．
