[发明专利]一种钙矾石基储能泡沫轻质土及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种钙矾石基储能泡沫轻质土及其制备方法和应用。原料包括胶凝材料、水、泡沫群，胶凝材料为水化后产生钙钒石的材料，水与胶凝材料的质量比值0.5‑0.7，泡沫群的发泡倍率800～1000，标准泡沫密度45～55kg/m³，泡沫轻质土中所含泡沫的体积为50‑80％。泡沫轻质土，既能作为储能材料又能作为结构层承载材料。补偿水泥浆体的自身收缩，增强水泥早期强度，改善混凝土耐久性，能够较好的满足应用要求。作为储能材料达到融冰化雪，使路面“四季如春”，保证交通行驶安全的目的。

技术领域

本发明属于建筑材料制备技术领域，具体涉及一种钙矾石基储能泡沫轻质土及其制备方法和应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

在冬季严寒地区，当环境温度低于0℃时，就会出现路面积雪结冰的现象，不仅严重影响正常的交通秩序，而且容易发生交通安全事故，造成国民经济损失。对于传统的路面融冰化雪方法来讲，可能会导致路面不同程度的永久性损伤、对路面内部结构和耐久性产生严重损害，对桥面造成钢筋锈蚀、效率低下、能源消耗大、碳排放不符合目前碳达峰、碳中和的背景等缺点。正是由于传统的路面融冰化雪方法存在许多缺点，现在自融雪路面技术被越来越多的国家所重视，成为道路界研究的热点问题。自融雪技术是通过路面的特殊功能来融冰除雪，目前已经应用于路面的该类技术融冰除雪效果更彻底，但由于需要在铺设路面时就要做相应施工，初始投资较大，故目前应用还相对较少。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种钙矾石基储能泡沫轻质土及其制备方法和应用。本发明提出了一种新型钙矾石基相变储能泡沫轻质土，既能作为储能材料又能作为结构层承载材料。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

第一方面，一种钙矾石基储能泡沫轻质土，原料包括胶凝材料、水、泡沫群，胶凝材料为水化后产生钙钒石的材料，水与胶凝材料的质量比值0.5-0.7，泡沫群的发泡倍率800～1000，标准泡沫密度45～55kg/m³，泡沫轻质土中所含泡沫的体积为50-80％。

本发明中胶凝材料与水发生水化作用后生成钙钒石，钙矾石的主要作用是：1)进行储能放热，使路面达到融冰化雪的作用；2)钙矾石可促进水泥早期强度发展和补偿收缩。钙钒石储存热量，在高温干燥条件下发生如下式的脱水反应方程：

在吸水后放热，钙矾石吸水放热的公式：

上述脱水和吸水的过程为可逆反应过程。在放热的过程中起到融冰化雪的作用，保证路面上车辆的行驶安全。本发明中的泡沫轻质土是一种储能的泡沫轻质土，将能量进行储存吸水后进行释放，本发明中水泥基自身作为一个相变材料，实现了材料的结构-功能一体化。

胶凝材料和水形成水泥浆然后与泡沫群混合形成泡沫轻质土，在泡沫轻质土中形成多孔的结构。无发泡的钙钒石水泥结构，会由于温度变化产生的温度应力和钙矾石变化后产生的体积膨胀而产生的应力，使得材料在1～2个循环后就产生裂缝。本发明中由硫铝酸盐水泥水化生成的产物钙矾石，由于在混凝土内部形成多孔体系，使材料受力均匀，经发泡后减少其自身的内应力，避免应力集中，减少开裂，同时还可以增加热量以及湿度的传输速率。

第二方面，上述钙矾石基储能泡沫轻质土在路基施工中的应用。

由于本发明主要用于路基施工，处于地下密封状态，钙矾石不会与空气中的CO₂发生碳化反应如下：