TiO2增强LC3混凝土与相变材料复合砌块的能源响应型砌体单元开发及其在绿色建筑中的应用

本文创新性地将石灰石煅烧粘土水泥（LC3）、纳米二氧化钛（TiO2）和微胶囊石蜡相变材料（PCMs）协同整合，开发出兼具机械强度、热调节和耐久性的多功能混凝土砌块（CMU）。研究通过五组砂浆配比实验证实：LC3可提升长期强度和抗碳化性能，TiO2纳米颗粒能优化基体密实度并补偿PCM导致的孔隙缺陷，而PCM则显著延长热滞后时间（thermal lag）达47分钟。该复合体系为可持续建筑围护结构提供了创新解决方案。

　　

Highlight

这项研究通过系统整合石灰石煅烧粘土水泥（LC3）、纳米二氧化钛（TiO₂）和微胶囊相变材料（PCMs），开发出具有能源响应特性的多功能混凝土砌块（CMU）。实验设计包含五组砂浆配比：从普通波特兰水泥（OPC）对照组到复合LC3-TiO₂-PCM体系，全面评估了其机械强度、热学性能和耐久性指标。

材料特性

• LC3通过火山灰反应和碳酸铝盐生成，显著提升28天抗压强度（+18.7%）和抗氯离子渗透性（RCPT值降低62%）

• TiO₂纳米颗粒（<100nm）作为成核位点，使基体孔隙率降低23%，并补偿PCM导致的强度损失

• 石蜡基PCM微胶囊（熔点28-32°C）使热扩散系数降低34%，实现47分钟热滞后

热力学表现

复合体系展现出卓越的温度调节能力：

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  表面温度峰值降低6.8°C

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  比热容提升29%

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  导热系数优化至0.89 W/m·K

耐久性突破

通过协同效应实现：

? 碳化深度减少54%

? 氯离子迁移系数下降至2.1×10^-12 m²/s

? 抗弯强度保留率达OPC基准的92%

Conclusion

该LC3-PCM-TiO₂三元体系成功平衡了结构完整性（28天抗压强度32.5MPa）、热惯性（昼夜温差缓冲7.2°C）和可持续性（CO₂减排21%），为智能建筑围护结构提供了革命性材料解决方案。