探究智能建材创新,筑牢建筑安全节能防线
西京学院省级“大学生创新训练计划”项目《材智守护——智能感知-相变储能一体化水泥基复合材料创制》顺利开展并取得阶段性成果,该项目紧扣智能建造与“双碳”战略需求,聚焦水泥基复合材料功能升级,通过智能感知与相变储能双功能一体化创制,探索建筑材料安全监测与节能调控的协同路径,为绿色智能建筑提供关键材料支撑,为建筑安全与节能减排研究注入了新的活力。
建筑安全与建筑能耗始终关乎人民群众的生命财产安全和民生福祉。随着我国城镇化进程加快,高层、超高层建筑不断增多,建筑结构的安全监测与节能减排需求日益迫切。传统水泥基材料功能单一,难以同时实现结构状态实时感知与室内温度自适应调控;而智能感知与相变储能材料多处于独立发展阶段,一体化集成研究仍处起步阶段。智能感知-相变储能一体化水泥基复合材料属于新型功能建材,可突破传统材料单一承载局限,构建“安全监测-节能调控”双重守护体系,有效提升建筑结构运维安全性与室内热舒适度。开展该材料创制研究,能够为绿色智能建筑提供理论依据与关键材料支撑,对落实双碳战略、推动建材产业转型升级具有重要现实意义。
在研究过程中,团队成员克服重重困难,通过系统文献调研明确技术难点,筛选并复合改性感知元件,开发“硅烷偶联剂接枝+纳米涂层包覆”复合改性技术,提升元件与水泥基基体的界面相容性与粘结强度。在此基础上,以普通硅酸盐水泥为基料,掺入改性相变材料、改性感知元件及复合外加剂,通过正交试验优化相变材料掺量、感知元件掺量、水胶比等参数,实现储能、感知与力学性能的协同提升。借助SEM、XRD、DSC等手段,系统测试相变温度、相变潜热、蓄放热速率等储能性能,温度与应力感知灵敏度、响应速度、信号稳定性等感知性能,以及抗压、抗折强度与抗冻融、抗碳化等耐久性能,从微观结构与界面状态揭示双功能耦合机理,总结出智能感知与相变储能协同作用的内在规律及性能调控机制。研究成果为该材料的工程应用以及同类功能建材相关研究提供一定的理论支持和技术支撑,为建筑行业的绿色可持续发展做出贡献。
对于未来的研究方向,项目团队成员表示将继续深入探究该材料双功能协同机制与工程适配等关键问题。同时,他们还将关注其规模化制备与工程应用验证,为此类功能建材的工程应用及相关研究提供更加全面和深入的技术支持。
据悉,该项目团队成员由西京学院王思悦、刘恩彦、程柯樊、陈意昆及谢俊杰五位本科生组成,涵盖土木工程、工程造价与计算机科学等多个专业,形成跨学科研究梯队。该项目属于西京学院大学生创新训练项目,是学校落实创新创业人才培养的重要载体。学校持续依托大创平台,引导本科生参与科学研究,鼓励学生把专业知识和工程现实问题结合,培育学生创新思维、科研素养与实干精神,一批又一批本科生在大创项目中增长本领,在科技创新实践中锤炼成长。
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