这篇文档属于类型a，即报告了一项原创性研究。以下是针对该研究的学术报告：

作者与机构
本研究由Isfahan University of Technology (IUT)土木工程系的Alireza Mahvash、Davood Mostofinejad和Alireza Saljoughian合作完成，发表于2025年的《Journal of Energy Storage》（第114卷，文章编号115933）。

学术背景
研究领域聚焦于建筑节能材料，具体方向为通过相变材料（Phase Change Materials, PCMs）优化混凝土的热力学性能。近年来，建筑行业占全球能源消耗的三分之一，而PCMs因其在相变过程中吸收/释放潜热的特性，被广泛认为是降低建筑能耗的潜在解决方案。然而，传统PCM混凝土存在泄漏、机械性能下降等问题。本研究首次提出将浮石（pumice）与硅灰（silica fume）结合作为PCM载体，以聚乙烯二醇（PEG 1000）和石蜡（paraffin）为相变材料，旨在开发兼具高PCM负载量、低泄漏率且热性能优化的新型混凝土。

研究流程与方法
1. 材料制备与浸渍
- 材料选择：采用工业级PEG 1000（熔点38–41°C）和石蜡（熔点50–60°C），硅灰（ASTM C1240标准）及多孔浮石。
- 真空浸渍法：通过真空泵将PCMs浸渍至浮石和硅灰中，优化配比为：
- PEG 1000组：浮石:PEG:硅灰 = 2.5:1.0:0.5
- 石蜡组：浮石:石蜡:硅灰 = 1.67:1.0:0.67
- 泄漏测试：通过滤纸烘烤法（60°C，5小时）验证PCM稳定性，确保泄漏量低于临界值（图7）。

1. 混凝土配合比设计

   • 设计8组配比（表4），包括对照组（无PCM）、浮石全替代组及不同PCM替代率（10%、20%、30%）。
     
   • 控制坍落度为80–100 mm，水泥用量340 kg/m³（ACI 211标准）。
     

2. 性能测试

   • 热性能分析：
     
     • 差示扫描量热法（DSC）：测定PCMs的熔融焓（PEG 1000为125.7 J/g，石蜡为152.6 J/g）及相变温度范围（图13）。
       
     • 热重分析（TGA）：验证PCMs在26–300°C的热稳定性（石蜡质量损失23.9%，PEG 1000为10.8%）（图14）。
       
     • 导热系数测试：使用KD2 Pro设备（ASTM D5334标准），显示石蜡组导热系数降幅最大（56%）。
       
   • 力学性能测试：
     
     • 抗压强度（ASTM C39）和抗折强度（ASTM C78）显示，PCM替代导致强度下降（如30%石蜡替代组抗压强度降低96%）。
       
   • 模拟环境测试：
     
     • 阳光-湿度模拟：基于伊朗阿巴丹气象数据（最高52°C），测试混凝土表面温度变化（图19-20）。
       
     • 热性能测试：通过热成像仪记录120分钟加热/冷却周期内的温度分布（图21-23）。
       

3. 数据分析

   • 采用对比分析法，评估PCM类型、替代率对热/力学性能的影响，并通过标准差验证数据可靠性（如DSC测试重复3次）。
     

主要结果
1. 热性能提升
- 20%石蜡替代组导热系数降低77%，表面温度下降31%（图18-19），归因于石蜡的低导热性（0.0191 W/mK）和高潜热。
- 阳光模拟显示，PCM混凝土可延迟热量传递，降低室内外温差（图22c-d）。

1. 力学性能权衡

   • PCMs导致抗压强度显著下降（石蜡组降幅高于PEG 1000），主因是PCM阻碍水泥水化及界面粘结（图15-16）。
     
   • 硅灰的加入部分缓解了孔隙率增加的问题，但未能完全抵消PCM的负面影响。
     

2. 吸水率差异

   • PEG 1000组吸水率上升18%（孔隙未被完全填充），而石蜡的疏水性使其吸水率降低26%（图17）。
     

结论与价值
1. 科学价值
- 首次提出“浮石-硅灰”双载体体系，通过协同作用将PCM负载量提升60%以上（PEG 1000）和71%（石蜡），且泄漏率可控。
- 揭示了PCM类型对混凝土性能的差异化影响，为材料选择提供理论依据。

1. 应用价值
   
   • 该材料适用于高温地区建筑围护结构，可降低空调能耗（如石蜡组减少42%表面温度）。
     
   • 尽管机械性能下降，但10%替代率下仍满足非承重结构要求（抗压强度19.4 MPa）。
     

研究亮点
1. 方法创新：开发了基于真空浸渍的PCM复合工艺，并通过泄漏测试优化配比。
2. 跨学科整合：结合材料科学（PCMs）、土木工程（混凝土设计）及能源学（热性能模拟）。
3. 环境适配性：针对阿巴丹气候（高温干燥）定制PCM相变温度，提升地域适用性。

其他发现
- 石蜡在高温下的热稳定性优于PEG 1000（TGA结果），但需考虑其疏水性对施工的影响。
- 未来研究可探索纳米材料（如石墨烯）以进一步改善导热性能与机械强度的平衡。

此研究为建筑节能材料领域提供了可工业化的解决方案，其多尺度性能表征方法也为类似研究树立了范式。