（材料学专业论文）吸热绝热水泥基建筑材料.pdf

舟，府云擎 毕业设计( 沦文) 报，匕纸 摘要 目前的建筑外墙，由于其颜色均1 i 能随温度变化而可逆变化，无法满足人们 夏季希望面对冷色调，冬季希望i f i l 刈i 暖色调的要求，并且水泥混凝土是应用最广 泛的建筑结构材料，故需要研制常张& 条f l ：一f 乡i - 墙颜色能随温度变化而可逆变化 的水泥基温致变色材料。另外，神；7 彳造处筑热环境的过程中，人们希望建筑物外 墙能冬季从太阳辐射中多吸热，i i 夏季从太阳辐射中少吸热，即外墙具有i 吸热绝 热效果。本文从上述要求出发，经过i j 验探索研究，研制山了水泥基吸热绝热建 筑材料，对其进行了水泥基本性能测试和吸热绝热效果测试，并分析了原因。 水泥基本性能实验表明，掺入l 【) 变色颜料微胶囊后水泥细度显著下降；标 准稠度用水量显著上升；初凝i i j m 、终凝时问无显著影响；安定性符合国家标准 要求。通过硬化水泥浆体力学队能测试实验，得到结论，掺入1 0 变色颜料微胶 囊后水泥抗压、抗折强度( 3 d ，7 d ，2 8 d ) 均出现降低，j f 均降幅约在3 0 左右。 采用在白水泥中掺加温致变色微胶嚏制备出了温致变色水泥基材料，试验结 果表明，蓝色水泥基材料( 掺1 0 临i i f i 致变色颜料微胶囊) 的颜色随温度变化可 在低温时的蓝色和高温时的白色之i l i ji 叮逆变化，其变色温度在4 2 左右；红色、 绿色水泥基材料( 掺1 0 温致变色颜料微胶囊) 的颜色也可随温度产生棚应的可 逆变化，其变色温度约在5 8 五! ，f i 。其l f | 红色水泥试件山低温时的红色变为高 温时的近似白色，说明该类材料符介处筑装饰对材料低温暖色调、高温冷色调、 且应能随温度可逆变化的要求，f i 尚需进一步研究降低其变色温度。 将黑温致变色颜料微胶囊与i ，i 水泥等材料配制成的水泥浆体涂刷于不透明 的水泥基板上制成黑色温致变色水；f i ! 板分别与白水泥板、普通硅酸盐水泥板、黑 涂料水泥板在木箱中进行对比试验。结果表明，在变色温度以下，黑色温致变色 水泥板可比白水泥板多吸收光能，使牟i 内气温多升高1 左右；i 面在变色温度以 上，黑色温致变色水泥板的i 致热效果消失，其反射绝热效果与白水泥板反射绝热 效果相似，表明所研制出的i i 及热绝热水泥基材料符合妥善处置利川太阳能营造建 筑热舒适环境的要求方向。 毕业改汁( 论文) 报告纸 关键词：温致变色，吸热绝热，水泥坫材料，建筑热舒适环境 i v 毕业设计( 论文) 报告纸 e n , g y a b ；o r b in ga n de n eg yr e fie ct。gner b s o r b ga n dr e r g y - r e te c tin g _ - c e m e n tb as e db ui idin gm a t eriai a b s t r a c t c u r r e n t l y ，t h eo u t e rw a il f jj b u il d i n gc o u l dn o ta d j u s tt h e i rc o l o r w i t ht h er o t a t i o no ft h ew e a t h e l 1 c o p i ew o u l dl i k et ol i v ei nac o o lt o n e a t m o s p h e r ei ns u m m e ra n dn e e daw a r l l lt o n eo n ei nw i n t e rh o w e v e r c e m e n t i st h em o s tp o p u l a rc o n s t r u e tiv p 1 uil d in gm a t e r i a li nt h ew o r l dw i t h o u t ad o u b t s ot h em a t e r i a ls c i e n tis l sa r ep u s h e dt od e v e l o pan e wk i n do f b u ii d m a t e r i a l ，w h i c hc a nc h a n g eit sc o l o rr e v e r s i b l y d e p e n do nt h e e n vi r o n m e n t a lt e m p e r a t u r e ， e s l ) e cii iliya tt h er a g eo fn o r m a lt e m p e r a t u r e p e o p l ea l s oh o p et h a tt h eo u t e l w l t l1c o u l dh a v eac o o li n ga n dh e a t i n g f u n c t i o n ，w h i c hc a na b s o r bm o r ei m a t f r o mt h es u ni nw i n t e ra n dr e f l e c t m o r er a d i a t i o ni ns u n n i e r 1 nm yd i s s e r t a t i o n ，ac o o l i n ga n dh e a t i n g c e m e n t b a s em a t e r i a l ( c i i c m ) i l a sl m e nd e v e l o p e dt h r o u g he x p e r i m e n t a l r e s e a r c h b a s i cq u a l i t ya n dc o o ii n g h e a t i n gf u n c t i o no ft h i sm a t e r i a l h a v eb e e nt e s t e d 。a n dt h ei l i a ini - o a s o nh a sb e e nd is c u s s e ds u b s e q u e n t l y c i i c ma r ep r e p a r e db ya d d iij g 1 ) e n c a p s u l a t e dm i c r ot h e r m o c h r o m i c p i g m e n t si n t ow h it ec e m e n t t h ei e s uit so fc i i c mh a s i cq u a li t yt e s t ss h o w t h a tt h ec e m e n tf i n e n e s sr a t i od t 。o p ss i g n i f i c a n t l y ，t h ec e m e n ts t a n d a r d c o n s i s t e n c ew a t e rd e m a n dh a sar e , , , a r k a b l ei n c r e a s e ，a n dt h e r ei sn oe f f e c t o nc e m e n ti n i t i a ls e t t i n gt i m ea n di i h a ls e t t i n gt i m e s t a b i l it yo fc i i c m a l s op e r m it st h er e q u i r e m e n to rc f lin e s es t a n d a r d m e c h a n i c a lt e s t so n h a r d e n e dp a s t e ss h o w st h a tt i l ec ( ) l l l l ) r e s s i r ea n df l e x u r a ls t r e n g t h s ( 3 d ， 7 d ，2 8 d ) a r ea l1d r o p p e do f i i y ：1 0 b l u ec t l c mb e c o m e sw h it ein i ig h t e m p e r a t u r e a n db l u ei nl o w t e m p e r a t u r er e v e r s i b l y ，i nw hi c hc o1o fc h a n g in gt e m p e r a t u r ei sa l m o s t4 2 s od or e dc i i c ma n dg r e e nc i i c mw h o s ec o l o rc h a n g i n gt e m p e r a t u r ea r e a ha b o u t5 8 i na d d it i o n r e dc i i c mc a nm e e tw it ht h er e q u i r e m e n to f p e o p l et o1 i r ei nac o o lt o n ea t m o s p h e r ei ns u m m e ra n daw a r mt o n eo n e i nw i n t e r ab l a c kp l a t es a m p l ec a na h s o r hm o r e1i g h te n e r g yt h a naw h it eo n e i nh e a t i n gf u n c t i o ne x p e r i m e n tb e l o wc o l o rc h a n g i n gt e m p e r a t u r e ：a n d a b o v ec o l o rc h a n g i n gt e m p e r a t u r e ，ith a sah e a t i n gr e f l e c ti o nf u n c t i o n j u s t1 i k et h ew h i t eo n e t h ec i i c mc a nm e e tt h en e e dd i r e c t i o ni ns o l a r e n e r g yu t i l i z a t i o n st o c r e a t eat h e r m a ll yc o m f o r t a b l eb u il d i n g e n vir o n m e n t v 胁矢擎 毕业设计( 论文) 报告纸 k e yw o r d s ：t h e r m o c h r o m i c ，c o o li n ga n dh e a t i n g ，c e m e n tb a s e dm a t e r i a l ， t h e r m a l l yc o m f o r t a b l eb u il d i n ge n v i r o n m e n t 舟府天擎 毕业设计( 论文) 报告纸 1 1 课题背景及意义 1 1 1 太阳辐射 1 导论 太阳辐射能是地球上热量的堆本来源，是决定气候的主要i 大| 素，也是建筑 物外部最主要的气候条件之一。人足一个巨大的炽热气球体，中心区域温度 高达几千万度，表面平均温度6 0 0 ( 1 1 ( ，它以l 乜磁波的形式向宇 空间辐射能量， 总称为太阳辐射。 太阳与地球之问的s l 均距离约为1 5 x 1 0 8 k m ，在太阳与地球的中心连线上， 地球表面某点至太i ；i l 的张角仅为：1 2 ，队l 此，可近似地将太阳投射到地球上的 光线视为一组平行光束。山于人| ；l l 术身的特征以及它与地球之问的空问关系， 适得地球大气层外与太1 5 u 光线垂i f i fi i ：的辐射强度几乎是一个定值。 太阳辐射通过大气层时，将受人气1 1 1 各类气体如臭氧、二氧化碳、水汽和 灰尘等物的i 及收；还会被云层中的小埃、冰品、微小水珠及各种气体分子反射 或折射而形成漫向辐射，这辐射f j 匕f i , j 一部分返回宇宙空问中去，一部分到达地 面。我们把改变了方向到达地球农i f i ：无特定方向的这部分太阳辐射称为散射 辐射，其余未被i 吸收、反射及折5 j j 的人i j l i 辐射仍按原来的方向透过大气层直达 地面，此部分称为直射辐射。直射4 1 , 1q , i 和敞射辐射之和称为总辐射，如图1 所示。 ， i ii ； q i ii u ， 2 ，| j 力思3 i 阁，栩；qi 为凼 a 百 子a 在第i 个水平a 。下的效应。我f | j i i i i f i 的首要问题是：这个因子a 究竟对因 变量有无显著影响? 这相当于要求枪验 h d ：i il 。- l 2 = ua 。 由qi 的定义推得，“| ll = p2 = i ia ”等价于“nl = q2 = aa = o 。刚此， 等价地要求检验：q1 = e l2 = ua = o 2 5 舟倚赤擎 毕业设计( 沦文) 报宁i 纸 如果检验结果是不能拒绝i i o ，那么可以认为因子a 实际上无显著作刚，进 一步可找出影响程度大小。 d卅 记统计量s s = ( x t 广x t ) 2 硝 g = l s s = m y 4 z 一 纠 口 r t l s s e = yy( x l j - - x i ) 2 j r j 一 硝 = l 1 晶 x 1 3 一夕 朋智 x 2 ：1 秘 直观上，s s 反映了全体数据l i 的波动；s s 反映了山于因子a 在各个水平 下的不同作用而在数据中引起的波动，其中常数因子m 表示对傅一个总体x 道 复观测了m 次：s s e 反映了由于随机误差的作用而在数据中引起的波动称s s 为总离差平方和，称s s 为因子a 的离差严方和，称s s e 为汉差平方和。 在等重复实验的单因子方差分析0 i j 题i l | ，s s 与s s e 相互独立，且 去s s e z2 ( n a ) ，其中n = 硼l 当i o 成立时，1 1s s e z2 ( a 1 ) 。对1 ：假 o o 设检验问题，我们取检验统计量 s 孓a ， f ：- - 7 ( a - i ) s s e s 一口) 当h o 成立时，f - f ( a - 1 ，n - a ) 。此，在显著性水平q 下，山 f ) f 1 一o ( a - 1 。n a ) 决定了一个检验的拒绝域。在歹体汁算时，给出方差分析表较为方便 2 8 。 显著性水平q = 0 0 5 ，表示当下结沦t “实验人员对所测含变色颜料微胶囊有显 著影响 时，在1 0 0 次中有9 5 次足l r 确的，有5 次可能犯错误。 4 1 1 水泥细度检验 纯白水泥及掺1 0 蓝变色颜料微胶囊水泥细度对比实验结果见表8 。 表8 水泥细度检验实验结果 - _ _ - - _ i _ _ _ i _ _ _ _ l - - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ l - - i _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ - - _ _ _ _ l l - _ _ _ _ _ - _ - _ i - - 一i i 编号水泥试样组成( g ) 筛余物质量( g )筛余百分数( ) 1 b 3 0 ( 5 9 ) + 白水泥( 4 5 9 ) 2 b 3 0 ( 5 9 ) + 白水泥( 4 5 9 ) 3 b 3 0 ( 5 9 ) + t t 水泥( 4 b g ) 4 b 3 0 ( 5 9 ) + 白水泥( 4 5 9 ) 5 白水泥( 5 0 9 ) 1 0 6 1 3 2 1 5 1 1 0 8 2 2 0 6 白水泥( 5 0 9 ) 1 8 7 7白水泥( 5 0 9 ) 2 0 6 2 1 2 6 3 o 2 2 4 4 3 7 4 1 8白水泥( 5 0 9 ) 1 8 3 3 7 由表8 初步可见，掺与刁 4 9 6 ，因此拒绝h o ，即认为掺入1 0 变色颜料微胶囊对白水 泥2 8 d 抗压强度有显著影响。进一步，通过比较抗压强度均值的大小得出，加 入1 0 变色颜料微胶囊后，白水泥2 8 d 抗压强度有明显下降。 r ( 抗压强度均值差值) = 8 9 9 2 - 5 5 3 3 = 3 4 5 9 m p a 下降幅度：ar r = 3 4 5 9 8 9 9 2 = 3 8 5 ( 4 ) h o ：掺入1 0 蓝变色颜料微胶囊对白水泥3 d 抗折强度无显著影响。 x = 1 6 4 3 3 毕业设计( 论文) 报告纸 a 1 2 ，m = 3 ，n = a m = 6 s sa - m ( x i 一x ) 2 = 2 4 a j 竹 s s e = 罗y( x ；j - x i ) 2 = 3 2 7 j r 一r 一 一 s s a f，、2 4 2 f = s s e 旦二1 2 = ! = 2 9 3 6 3 2 7 u v ( ，一口) 4 a = 0 0 5 ，f 1 - a ( a l ，n - a ) = f o ( 1 ，4 ) = 7 7 1 列出方差分析表： 易见2 9 3 6 7 7 l ，因此拒绝h o ，即认为掺入1 0 变色颜料微胶囊对白水泥 3 d 抗折强度有显著影响。进一步，通过比较抗折强度均值的大小得出，加入1 0 变色颜料微胶囊后，白水泥3 d 抗折强度有明显下降。 r 折( 抗折强度均值差值) = 1 8 4 1 4 4 = 4 m p a 下降幅度：r 折r # i = 4 1 8 4 = 2 1 7 ( 5 ) 心：掺入1 0 蓝变色颜料微胶囊对白水泥7 d 抗折强度无显著影响。 a z ，m = 3 ，n = a m = 6 s s 4 ：m ( x i 一l ) l 2 6 4 6 t d s s e = yy ( x ；j - x i ) ：= 3 9 7 j _ _ j 一 ) l = 1 9 6 毕业设计( 论文) 报告纸 f =吼- 1 ) s s e 【 一口) 2 6 4 6 = 碧= 2 6 6 6 9 7 3 ，a a = 0 0 5 ，f 1 - a ( a 一1 ，n a ) = f 。( 1 ，4 ) = 7 7 1 列出方差分析表： 易见2 6 6 6 ) 7 7 1 ，因此拒绝h o ，即认为掺入1 0 变色颜料微胶囊对白水泥 7 d 抗折强度有显著影响。进一步，通过比较抗折强度均值的大小得出，加入1 0 变色颜料微胶囊后，白水泥7 d 抗折强度有明显下降。 ar 折( 抗折强度均值差值) = 2 1 7 - 1 7 5 = 4 2 m p a 下降幅度：r 折r 折= 4 2 2 1 7 = 1 9 4 ( 6 ) h o ：掺入1 0 蓝变色颜料微胶囊对白水泥2 8 d 抗折强度无显著影响。 a 一2 ，m = 3 ，n = axm = 6 s s = m ( x i 一兄) 2 = 1 7 4 9 6 口n l s s e = yy( x i f - - x i ) 2 - - 8 6 5 j i _ 一j - _ h 。l f = 17 4 9 6 ， 2 甫踟94 a = 0 0 5 ，f 1 一g ( a - i ，b a j = f 。蛞( 1 ，4 ) = 7 了l 列出方差分析表： k = 2 2 3 3 d 一曲 二 一盟 目倚矢擎 槲姗告袅 方差来源平方和自由度均方和f 值 易见8 0 9 ) 7 7 l ，因此拒绝h 0 ，即认为掺入1 0 变色颜料微胶囊对白水泥 2 8 d 抗折强度有显著影响。进一步，通过比较抗折强度均值的大小得出，加入 1 0 变色颜料微胶囊后，白水泥2 8 d 抗折强度有明显下降。 r 折( 抗折强度均值差值) = 2 4 7 3 - 1 9 9 3 = 4 8 0 m p a 下降幅度：r 折r 折= 4 8 0 2 4 7 3 = 1 9 4 综上所述，1 0 变色颜料微胶囊的掺入对白水泥的3 d ，7 d ，2 8 d 抗折，抗 压强度均有大幅降低，列表1 1 如下： 表1 1 硬化水泥浆体强度对照表 为了直观起见，将蓝、白硬化水泥浆体3 d ，7 d ，2 8 d 抗折，抗压强度作绘 制于图3 n 。盘图3 2 可见掺入l o 变色颜料微胶囊后水泥抗压、抗折强度( 3 d ， 7 d ，2 8 d ) 均出现降低，平均降幅约在3 0 左右。 4 1 4x 射线衍射定性分析 a ) 白水泥 白水泥水化3 d ，受压断裂后用无水酒精终止水化x r d 图谱如图3 3 所示。 1 02 0 3 04 05 06 07 0 2 - t h e t a ( d e g r e e ) 图3 3 白水泥水化3 d 受压断裂后用无水酒精终止水化x r d 图谱 自水泥水化7 d ，受压断裂后用无水酒精终止水化x r d 图谱如图3 4 所示。 3 7 目倚赤擎 毕业设计( 论文) 报告纸 图3 4 白水泥水化7 d 受压断裂后用无水酒精终止水化x r d 图谱 白水泥水化2 8 d ，受压断裂后用无水酒精终止水化x r d 图谱如图3 5 听示。 图3 5 自水泥水化2 8 d 受压断裂后用无水酒精终止水化x r d 图谱 由图3 3 - 3 5 白水泥水化3 d ，7 d ，2 8 dx r d 图谱，可对自水泥的水化产物进 行定性分析。本实验x r d 图谱表现出来的水化产物有c a ( o h ) ：，三硫型硫铝酸钙 ( 钙砚石a f t ) 、c a h 、c s h 及未完全化的c 3 s 和c 2 s 。其中，石灰石( c a c o j ) 舟倚赤擎 毕业剐糊报告纸 作为惰性混合材基本不参与水化反应。在3 d 龄期时，c 。s 和c 2 s 还有相当一部 分未水化；在7 d 龄期时，c 。s 和c ：s 含量明显下降：在2 8 d 龄期时，c 。s 和c ：s 很少。随龄期的增长，c a ( o h ) ：越来越少，c - s - h 量随龄期的增长越来越多， c a 小l ( o h ) 2 随龄期的增长越来越多。 b ) 掺入1 0 蓝变色颜料微胶囊水泥 掺入1 0 蓝变色颜料微胶囊水泥水化3 d ，受压断裂后用无水酒精终止水化 x r d 图谱如图3 6 所示。 圈3 6 掺入1 0 蓝变色颜料微胶囊水泥水化3 d 受压断裂后用无水酒精终止水化x r d 图谱 掺入l o 蓝变色颜料微胶囊水泥水化7 d ，受压断裂后用无水酒精终止水化 x r d 图谱如图3 7 所示。 舟胁云擎 毕业设计( 论文) 报告纸 们 乱 。 圣 函 c 皇 呈 图3 7 掺入1 0 蓝变色颜料微胶囊水泥水化7 d 受压断裂后用无水酒精终止水化x r d 图谱 掺入1 0 蓝变色颜料微胶囊水泥水化2 8 d ，受压断裂后用无水酒精终止水化 图3 8 掺入1 0 监变色颜料微胶囊水泥水化2 8 d 受压断裂后h j 无水酒精终止水化x r d 图谱 掺入1 0 蓝变色颜料微胶囊水泥空气中养护2 8 d ，未受压断裂未用无水酒精 终止水化x r d 图谱如图3 9 所示。 衔六学 毕业设计( 论文) 报告纸 艿 乱 g 誊 们 c 旦 三 图3 9 掺入1 0 蓝变色颜料微黢囊水泥空气中养护2 8 d 未受压断裂来用无水酒精终止水化x r d 图谱 掺入1 0 蓝变色颜料微胶囊水泥沸煮3 小时后空气中养护2 8 dx r d 图谱 图4 0 掺入1 0 蓝变色颜料微胶囊水泥沸煮3 小时后空气中养护2 8 dx r d 图谱 4 1 | 刁陪赤擎 珊姗告纸 由图3 6 4 0 掺入1 0 蓝变色颜料微胶囊水泥x r d 图谱可见掺入1 0 蓝变色 颜料微胶囊水泥的水化产物种类与纯白水泥基本相同，只是晶终有a f m 形成。 比较主要水化产物的单个谱线，可发现掺入1 0 蓝变色颜料微胶囊后水化产 物数量下降。 41 5 扫描电镜照片分析 a ) 白水泥 白水泥水化3 d ，受压断裂后用无水酒精终止水化s 酬照片如图4 l 所示 图4 l 自水泥水化3 d 受压断裂后f l j 无水酒精终止水化s e m ! | l 片 白水泥水化7 d ，受压断裂后用无水酒精终止水化s e m 照片如图4 2 所示 圈蛇白水泥承化7 d 受压断裂后用无水稻精终止水化sd f 照片 自水泥水化2 8 d ，受压断裂后未用无水酒精终止水化s f 2 d 照片如图4 3 所示 同府赤擎 毕业设计( 论文) 报告纸 图4 3 白水泥水化2 8 d 受压断裂后来用无水酒精终止水化s 删j ! l i 片 从扫描电镜照片图4 卜4 3 上可看出白水泥水化产物大部分是立方扳状氢氧 化钙晶体与针状钙矾石及部分c s 一凝胶。这些针状晶体互相措接在一起，凝 胶填充在其中，随着龄期的延长，晶体和凝胶数量不断增多，结构致密，使硬 化水泥石表现出强度高的性能。 b ) 掺入1 0 蓝变色颜料微胶囊水泥 掺入1 0 蓝变色颜料微胶囊水泥水化3 d 受压断裂后用无水酒精终止水化 s 肌照。拓蓖“所示。 幽“掺入1 洲蓝变色颜料微胶囊水泥水化3 d 壁压断裂岳坩无水酒精终j h 水化s 酬照片 掺入1 0 蓝变色颜料微胶囊水泥水化7 d ，受压断裂后用无水酒精终止水化 s e m 照片如图4 5 所示。 i 习降赤擎 姗告纸 刚4 5 掺八l 吣蓝变色颜料微腔囊水泥永化7 d 受压断裂后用无水酒精终止水化s 叫照片 掺入l0 9 6 蓝变色颜料微胶囊水泥水化2 8 d 受压断裂后用无水酒精终止水化 s e m 照片如图4 6 所示。 幽4 6 掺 1 0 蓝变色颜料微胶囊水泥水化2 8 d 受压断裂后用无水酒精终止水化s 曲照片 从扫描电镜照片上图4 3 4 6 可见，掺入l 嘶蓝变色颜料微胶囊水泥硬化浆 体由大量钙矾石的针状晶体、六方板状的氢氧化钙和c s h 凝胶交织在一起构 成基体，小球状微腔囊密布于基体中。断裂面上部分微胶囊受力变形并有微 腔囊脱落后留下的一个个凹坑。 c ) 掺入1 0 蓝变色颜料微胶囊水泥水化2 8 d 后未破型未用无水酒精终止水 化s e m 照片如图4 7 所示。 型4 7 掺 l o 蓝变色颧辩徽腔囊水耗水化2 8 d 后未破型未用无水酒精终止水化s 曲照片 d ) 掺入1 0 绿变色颜抖微胶囊水泥水化2 8 d 后未破型未用无水酒精终止水 化s e m 照片如图4 8 所示， 目府赤擎 毕业设计( 论文) 报告纸 圉4 8 掺八i 册绿变色颜料徽胶囊水泥水化2 8 d 后未破型未用无水酒精终止水化s f 2 1 照片 e ) 掺入1 0 红变色颜料微胶囊水泥水化2 8 d 后未破型未用无水酒精终止水 化s e m 照片如图4 9 所示。 幽4 9 掺入1 0 红变色颜料微胶囊水泥水化2 8 d 后来破型朱用无水酒精终止水化s f 2 4 照片 从扫描电镜照片上图4 7 4 9 可见，掺入1 0 蓝变色颜料微胶囊水泥硬化浆 体在未破型条件下，小球状微胶囊形态保持相当完整，密布于由无数钙矾石的 针状晶体、六方扳状的氢氧化钙和c - s h 凝胶交织在一起构成的水泥基体中。 f ) 掺入1 0 蓝变色颜料微胶囊水泥沸煮3 小时空气中养护2 8 d 后s e m 照片 如图5 0 所示。 目5 0 掺入1 0 蓝变色颜料蚀腔羹表诓滞煮3 小时空气中养护2 8 d 后s e l 4 照片 舟倚矢擎 眺姗告纸 从扫描电镜照片上图5 0 可见，经沸煮后，蓝变色颜料微胶囊都严重地被破 坏了，形态基本上都不完整，部分只剩下胶囊外壳。 由水泥强度实验结果分析( 见表1 1 ) 可知，1 0 蓝变色颜料微胶囊掺入后， 硬化水泥净浆3 d 抗折强度降低了2 1 7 ；7 d 抗折强度降低了1 9 4 ；2 8 d 抗折 强度降低了1 9 4 ；3 d 抗压强度降低了3 0 9 ；7 d 抗压强度降低了3 4 9 ：2 8 d 抗压强度降低了3 8 5 。可以认为，1 0 蓝变色颜料微胶囊加入白水泥后，水泥 强度下降明显。 ( 1 ) 浆体组成和强度的关系 从白水泥水化3 d ，7 d ，2 8 d 受压断裂后s e m 照片( 图4 0 一4 2 ) 可见，硬化白 水泥浆体是由无数钙矾石的针状晶体和多种形貌的c - s - h 凝胶，再夹杂着六方 板状的氢氧化钙和三硫型水化硫铝酸钙等晶体交织在一起而构成的；它们密集 连生交叉结合，又受到颗粒间的范德华力或化学键的影响，就成为由无数晶体 编织而成的“毛毡”，而具有较高的强度。 掺1 0 蓝变色颜料微胶囊水泥化2 8 d 未破型s e m 照片与自水泥的2 8 d 受压 断裂后s e m 照片相对比，可发现掺入1 0 蓝变色颜料微胶囊后，微胶囊如小乒 乓球般密布于整个水泥水化产物之中，形态基本完整，在一定程度上妨碍了 c - s - h 凝胶微晶间的连生和结合，而我们已知，c - s - h 凝胶在水泥强度发展中起 着最重要的作用，由此可见，微胶囊在水泥基体中的密布；进而影响了c - s - h 凝胶微晶间的紧密结合，而造成水泥强度明显下降的一个重要原因。 另外，如从掺1 0 蓝变色颜料微胶囊水泥水化3 d ，7 d ，2 8 d 受压断裂后s e m 照片可知，( 图4 3 - 4 5 ) 断裂面上残存的微胶囊小球或受压变形或从水泥基体中 脱落，留下一个个凹坑。可见具有球状外形的微胶囊强度较低。在荷载作用下 应力一部分集中于此并导致随后的破坏一部分开始于微胶囊部分：另一部分开 始于水泥基体中存在的毛细孔和微裂纹。 ( 2 ) 硅酸盐矿物的含量与水泥强度的关系 硅酸盐矿物的含量是决定水泥强度的主要因素，2 8 d 强度基本上依赖于c 。s 含量。c ，s 含量不仅控制早期强度，而且对后期强度的增长也有关系。c 2 s 的含 量在早期一直到2 8 d 以前，对强度的影响不大，但却是决定后期强度的主要因 素，当左宝水泥中掺加1 0 微胶囊后，c 。s 、c 2 s 的数量均较自水泥下降1 0 ，也 4 6 同倚击擎 毕业设计( 论文) 报告纸 将导致体系强度降低 4 2 吸热绝热效果分析 4 2 1 变色温度的测定 采用快速法测试发现蓝色水泥试件( 5 # ) 颜色随温度变化可在低温时的蓝 色和高温时的白色( 3 # 普通白纸，7 # 面l 化白水泥净浆小试件) 之间可逆变化， 变色温度在4 2 左右；红色水泥试件( 1 # ) 、绿色水泥试件( 2 # ) 颜色随温度 变化可在低温时的红色、绿色和高温时的近似白色之间可逆变化，变色温度均 在5 8 左右，如图5 1 5 2 所示。其中红色水泥试件由低温时的红色变为高温时 的近似白色说明该类材料符合建筑装饰对材料低温暖色调、高温冷色调、且 应能随温度可逆变化的要求，但尚需进一步研究降低其变色温度。 而经3 小时沸煮过的蓝色水泥试件( 6 # ) 、酒精浸泡过的蓝色水泥试件( 4 # ) 失去颜色可逆变化性。从图4 9 可见经过沸煮3 小时含有1 0 蓝温致变色颜料微 胶囊的水泥微胶囊外形被严重破坏，这可能造成其不再具有温致变色效果：酒 精浸泡后蓝温致变色水泥也失去温致变色效果，其原凼尚有待继续探索。 #：2 = 幽5 i 低温时试件状态 与在a s t e c 涂料中掺入b 3 0 ，r 3 0 酗5 2 箱内温度在5 8 时试件状态 g 3 0 系列温致变色颜料微胶囊后，用慢 两陪云擎 抛姗告纸 速法( 将试样置于室内环境中，放置2 4 小时以上，以市内空气温度计测量变色 温度的方法) 测定的3 2 、3 2 c 、3 3 变色温度相比较，水泥基材料的变色温 度升高了1 0 2 5 c 。究其原因，主要有三个方面。一是涂料基材料采用慢速法 测定变色温度，升温速度较慢，有足够的时间进行热平衡；而水泥基材料的变 色温度采用快速法( 每2 分钟升高l ，保温3 分钟) 升温速度相当快，可能 导致热平衡不够充分。二是在不同介质中，温度的传导速度不同，并且受到试 样体积、形状的影响。而水泥基材料试样较薄膜式的涂料基材料相对而言大得 多。三是材料的热容量问题。由于水泥基材料试样的热容量较薄膜式的涂料基 材料大得多，这也是造成变色温度两者相差较大的一个重要方面。可能还有一 些目前未知的原因有待发现。 4 2 2 模型法吸热绝热效果测定 a ，3 0 2 0 0 w 将整个测试系统于3 0 下恒温3 0 分钟后，在2 0 0 w 自炽灯光照下，试件吸 热效果实验结果见表1 2 。 表1 23 0 。c 2 0 0 w 吸热实验结果 由表1 2 可见，黑涂科板在环境温度恒定3 0 ，2 0 0 w 灯光照条件下，l 小 时内升高6 c ：这说明实验模型在一定程度上可以反映材料在光照条件下的吸 热效果。白水泥在同等条件下可使箱内空气升温1 5 c ；黑湿致变色水泥板在 同等条件下可使箱内空气舟温2 5 。为了使实验结果更直理，特作曲线墨5 3 表示。 两衙矢擎 毕业设计( 论文) 报告纸 图5 33 0 2 0 0 w 吸热效果图 由上述结果可见，所制备出的温致变色水泥基材料具有一定的吸热效果， 若将温致变色微胶囊材料掺量进一步提高，将会使其吸热效果进一步增大。 b ，6 0 2 0 0 w 将整个测试系统于6 0 c 下恒温3 0 分钟后，在2 0 0 w 皂炽灯光照下试昝吸 热效果实验结果见表1 3 。 表1 36 0 c 2 0 0 w 绝热实验结果 由表1 3 可见，黑涂料板在环境温度恒定6 0 ，2 0 0 w 灯光照条件下，l 小 时内升高7 ；白水泥在同等条件下可使箱内空气开温3 1 2 ：黑温致变色水泥板 在6 0 c 表面已呈现白色，在同等条件下可使箱内空气升温3 c 。为了使实验结 果更直观，特作曲线图5 4 表示。 4 9 目胁犬擎 毕业设计( 论文) 报告纸 图5 46 0 2 0 0 w 绝热效果图 实验结果说明：在不考虑实验误差条件下，3 0 * ( 2 条件下黑温致变色水泥板 吸热效果与自水泥板相比，有多升l 左右的效果；6 0 。c 条件下黑温致变色水 泥板绝热效果与白水泥板相比，有近似的作用。 吸热绝热水泥基材料的吸热机理是依靠掺入温致变色颜料微胶囊的体吸收 型材料温致变色颜料在其变色温度之下时，呈现出黑色，这种黑色的颜料当太 阳光照射在其上时，由于其分子、原子、电子等所处的能级由低向高跃迁，从 而产生一定波长的吸收现象，将太阳光转化为质的这种光谱选择性吸收现象， 将太阳光转化为热能，表现为吸热过程。到目前为止，要精确地描述物质的这 种光谱选择性吸收现象，还不是轻而易举的。在此只能对这一问题作一简单的 分析： 假定不考虑对流换热吸热涂层表面达到热平衡时，吸收的太阳辐射里等于 吸热涂层表面辐射的能量： i a c ts = e 0 a r 从而t 4 = ( as ) ( i o ) 式中i 二太阳辐射强度 a 吸热面面积 a 。一吸热面对太阳辐射的吸收率 e 吸热面的热发射率 o 斯蒂芬一波尔兹曼常数 5 0 冈倚矢擎 毕业洲报告纸 由表( 3 6 ) 可见，吸热面的平衡温度与( q 。) 有关。当i 一定时，t 与 ( q 。) 成正比，( q 。) 越大，则t 越高。 在3 0 2 0 0 w 和6 0 2 0 0 w 条件下，在和内温度升高1 左右，吸热效果 不明显，这与黑变色颜料微胶囊掺入百分数太低有关。黑涂料qs = 0 9 3 0 9 4 ， n = 0 4 2 0 5 0 ，在实验所用材料( q 。) 中最高，所以它的吸热效果最好。 当环境温度高于温致变色颜料变色温度后，温致变色颜料的吸热现象消失， 导致整个涂层的qs 下降，从而使其具有一定的绝热效果。这时，颜料对光的 最大吸收峰移向紫外光区，这种吸收不会引起涂层温度升高。另外整个涂层在 高温下具有较高的热发射率，也会使涂层的热量多散发出去一些，从而使涂层 温度较低，接近白水泥板。 毕业设计( 论文) 报告纸 5 结论 5 1 掺1 0 蓝温致变色颜料微胶囊材料对水泥性能的影响 将蓝温致变色颜料微胶囊材料按水泥质量的1 0 力i i 入到水泥体系中，按照 水泥细度试验的标准，对掺1 0 蓝温致变色颜料微胶囊水泥进行了细度试验， 结果表明掺入后水泥细度下降3 7 0 。同时，水泥的标准稠度用水量增加1 2 ； 初凝时间、终凝时间变化不大；安定性试验仍合格。在水泥净浆强度试验中， 发现硬化水泥浆体抗折强度3 d 、7 d 、2 8 d 均下降2 0 左右，其抗压强度3 d 、7 d 、 2 8 d 下降3 0 - 3 8 5 之间。通过x 射线衍射对比分析得出，蓝温致变色颜料微胶 囊材料按水泥与白水泥水化产物基本相同但数量减少。电子扫描电镜的照片也 表明，小球状的微胶囊密布于水泥基体中，由于微胶囊自身强度不高等原因， 故对水泥亚微观结构、力学性能产生了一定影响。 5 2 掺1 0 蓝温致变色颜料微胶囊材料对水泥吸热绝热性能的 影响 采用在白水泥中掺加温致变色微胶囊制备出了温致变色水泥基材料，试验 结果表明，蓝色水泥基材料( 掺1 0 蓝温致变色颜料微胶囊) 的颜色随温度变 化可在低温时的蓝色和高温时的白色之间可逆变化，其变色温度在4 2 左右； 红色、绿色水泥基材科。掺1 0 温致变色颜料微胶囊) 的颜色也可随温度产生 相应的可逆变化，其变色温度约在5 8 左右。其中红色水泥试件由低温时的红 色变为高温时的近似白色，说明该类材料符合建筑装饰对材料低温暖色调、高 温冷色调、置应能随温度可逆变化的要求，但尚需进一步研究降低其变色温度。 将黑温致变色颜料微胶囊与白水泥等材料配制成的水泥浆体涂刷于不透明 的水泥基扳上制成黑色温致变色水泥板分别与白水泥板、普通硅酸盐水泥板、 黑涂料水泥钣在木箱中进行对比试验。结果表明，在变色温度以下，黑色温致 变色水泥皈可比皂水泥扳多吸收光能，使箱内气温多升高1 左右；而在变色 5 2 目府矢擎 掀告纸 温度以上，黑色温致变色水泥板的吸热效果消失，其反射绝热效果与白水泥板 反射绝热效果相似，表明所研制出的吸热绝热水泥基材料符合妥善处置利用太 阳能营造建筑热舒适环境的要求方向。 5 3 目胁云擎 毕j i k 设计( 论文) 报 纸 6 致谢 本文是在导师马一平教授精心 廿i - 完成的，在两年半的学习期问，马老 师严谨求实、精益求精的治学态艘。峰深广博的学识和：忘我的工作精神时时感 染着我，影响着我。从马老师身i ：我学剑了探索科学的方法和对事业执著追求 的精神。这些都足我今后在- e f t ，。爿和生活上中应珍惜的宝贵财富。在此谨 向马一j f 教授表示衷心感谢! 在论文实验工作中，材料学院夸j i i 令教授、应用数学系柴根象教授等给予 了许多方面的帮助和关心，胶凝： 料实验室陈老师提供了实验便利条件，在此 谨向诸位老师表示感谢。 作者还要向c l i 科院硅酸盐研岁溯i 的黄鹏老师及海洋学院祁景玉老师表示感 谢，感谢他们在材料性能及微观 i l i f ；j 测试办丽提供的帮助。 感谢国家自然科学基金项阡一“变色龙 式建筑涂料及其变色机理研究( 项 目批准号：5 9 9 7 8 0 3 6 ) 、空调型建筑涂料及= l t ；i 吸热绝热机理研究( 项目批准号： 5 0 2 7 8 0 7 1 ) 和上海市重点学科建没j | ；i i 卜一先进功能水泥螭材料研究给予的资助 支持。 徐家懿 二零零四年二月 衙云擎 毕业设计( 论文) 报告纸 7 参考文献 1 岑幺j 霞太阳能热利用北京：清华大学出版社，i 9 9 7 i - 8 2 柳孝图建筑物理北京：中国建筑工业出版社，1 9 9 1 1 0 - 1 2 3 3 程守洙，江之水普通物理学第三册第5 版北京：高等教育出版社，1 9 9 8 3 1 4 3 1 4 4 葛绍岩热辐射性质及其测量北京：科学出版社，1 9 8 9 2 - 3 5 南京航空学院等编传热学北京：国防工业出版社，1 9 8 2 1 7 3 - 1 7 8 6 l i n d o nc t h o m a s h e a tt r a n s f e r n e w j e r s y ：p r e n t i c eh a l l ，1 9 9 2 2 6 0 2 6 3 7 山田雅士建筑口) 断热东京：井上窨院，1 9 8 2 1 4 4 - 1 4 6 8 涂逢祥建筑节能，任重道远。新型建筑材料，1 9 9 5 ，2 8 - 1 0 。 9 熊祥祖磷酸盐保温隔热涂料的研究与制备节能，1 9 9 6 5 ，8 - 1 2 。 1 0 叶树华磷酸盐复合绝热涂料的保温性能新型建筑材料，1 9 9 4 1 2 2 7 2 9 ：i l ：w j b a t t ye t c n a t u r a l c o o i i n gt e c h n i q u e sf o rr e s i d e n t i a lb u i l d l n g si nh o = c ii m a