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文檔簡介
1、能源危機(jī)與環(huán)境污染是當(dāng)今社會兩大突出問題,化石能源的燃燒,造成這兩大問題日益嚴(yán)峻,利用混凝土吸收太陽能具有巨大潛力。對于混凝土集熱的研究和開發(fā)已成為發(fā)達(dá)國家的重要課題,并取得了一系列的研究成果,而我國對于混凝土集熱的研究處于起步階段。
普通水泥混凝土力學(xué)性能良好,但是其熱學(xué)性能欠佳,因此,開展混凝土組成對材料力學(xué)和熱學(xué)性能影響研究,掌握石墨、炭黑、氧化鐵黑等對混凝土材料力學(xué)與熱學(xué)性能的影響規(guī)律,對研發(fā)太陽能吸熱混凝土具有重
2、要的理論與現(xiàn)實(shí)意義。
論文首先研究了石墨、炭黑、氧化鐵黑單摻對水泥力學(xué)與熱學(xué)性能的影響規(guī)律,在此基礎(chǔ)上,利用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法研究了石墨、炭黑、氧化鐵黑復(fù)摻對水泥力學(xué)與熱學(xué)性能的影響規(guī)律,利用SEM等測試手段研究了石墨、炭黑及氧化鐵黑單摻和復(fù)摻對水泥水化微觀形貌的影響。隨后進(jìn)行了砂漿復(fù)摻實(shí)驗(yàn),碳化硅替換部分石英砂實(shí)驗(yàn)以及最后的鋼纖維增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)。
石墨、炭黑、氧化鐵黑都提高了水泥的熱學(xué)性能,但同時(shí)降低了力學(xué)性能。
3、隨著三種材料單摻量的增加,材料的力學(xué)性能逐漸下降,熱學(xué)性能逐漸提高,對光的吸收系數(shù)增大。其中氧化鐵黑對力學(xué)性能影響較小,石墨對提高導(dǎo)熱系數(shù),熱擴(kuò)散系數(shù)最有效,炭黑對提高光吸收系數(shù)及降低體積熱容效果最佳。復(fù)摻加入會使材料力學(xué)性能進(jìn)一步降低,熱學(xué)性能進(jìn)一步提高。SEM分析表明:石墨、炭黑和氧化鐵黑的加入改變了水泥微觀形貌,引入了孔洞裂紋等晶格缺陷。
研究表明:熱學(xué)性能對實(shí)際吸熱影響顯著,熱學(xué)參數(shù)的高低與實(shí)際吸熱溫度的高低具有一
4、致性。單摻時(shí),隨著摻入材料量的增多,吸熱溫度增高。復(fù)摻的實(shí)際吸熱效果優(yōu)于單摻,石墨、炭黑和氧化鐵黑發(fā)揮了各自材料優(yōu)勢,對集熱效果改善明顯。石墨外摻16wt%,炭黑外摻16wt%,氧化鐵黑外摻12wt%時(shí),吸熱平均溫度最高,比空白樣提高了8.30℃。在砂漿實(shí)驗(yàn)中,只進(jìn)行復(fù)摻(正交)實(shí)驗(yàn)。全面研究了石墨、炭黑及氧化鐵黑對水泥砂漿各性能參數(shù)的影響規(guī)律及機(jī)理。砂漿吸熱實(shí)驗(yàn)表明:復(fù)摻砂漿試樣中最高溫度比砂漿空白樣溫度提高了7.82℃。SEM分析表
5、明:石墨、炭黑和氧化鐵黑復(fù)摻對水砂漿微觀形貌影響明顯,引入的孔洞裂紋等晶格缺陷較多,水泥石與骨料的結(jié)合面變差。
在正交砂漿實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,選擇最優(yōu)的石墨、炭黑,氧化鐵黑對水泥的外摻質(zhì)量分?jǐn)?shù)。進(jìn)一步提高材料的熱學(xué)性能,研究不同碳化硅替換量對復(fù)合材料力學(xué)和熱學(xué)性能的影響并對機(jī)理進(jìn)行探討。研究表明:最優(yōu)摻量為碳化硅占總重的質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%。利用SEM分析發(fā)現(xiàn),水泥石與碳化硅的接觸界面比石英砂緊密,但是加入過多的碳化硅會引入較多的孔洞
6、。
用啞鈴型鋼纖維對復(fù)合材料的力學(xué)性能進(jìn)行增強(qiáng),結(jié)果表明:鋼纖維顯著提高復(fù)合材料的抗壓抗折強(qiáng)度,對熱學(xué)性能也有一定提高。水化至28d時(shí),鋼纖維體積摻量為4.5v%的水泥基復(fù)合材料抗折強(qiáng)度達(dá)到了9.37MPa,抗壓強(qiáng)度提高至48.91MPa。絕干容重2302.6kg·m-3,導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到了8.3415W·(m·K)-1,熱擴(kuò)散系數(shù)為8.3648×106m2·s-1,體積熱容為142.35MJ·(m3·K)-1。
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