相變控溫混凝土的理論基礎(chǔ)研究和制備.pdf

1、目前，在混凝土中引入相變材料實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土的溫度控制，以避免溫度變化對(duì)混凝土的破壞，已經(jīng)成為了一個(gè)新的研究課題。相變材料具有蓄熱特性，在溫度升高至相變點(diǎn)時(shí)產(chǎn)生相變吸收熱量，而當(dāng)溫度降低至相變點(diǎn)時(shí)亦可以相變放出熱量，因此可用于抑制大體積混凝土的水化熱溫升速率，有效地控制混凝土內(nèi)部的溫度變化。
　　 論文在已有的研究成果的基礎(chǔ)上，建立了相變控溫混凝土的絕熱溫升模型，并提出了相變控溫混凝土的基本理論。針對(duì)幾種相變材料對(duì)水泥水化歷程的控溫

2、作用進(jìn)行了研究，并對(duì)其控溫性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。分別開發(fā)了一種P-水泥相變粗集料和一種R-P相變細(xì)集料，并研究分析了相變陶粒、P-水泥相變集料和R-PA對(duì)混凝土工作性能、力學(xué)性能和耐久性能的影響，并通過ANSYS軟件，模擬計(jì)算了普通混凝土和相變控溫混凝土的溫度場(chǎng)和溫度應(yīng)力。
　　 主要?jiǎng)?chuàng)新性成果如下：
　　 1.根據(jù)水泥水化放熱規(guī)律，分析了普通混凝土內(nèi)部溫度的變化，建立了相變控溫混凝土的絕熱溫升模型，提出了相變控溫混凝土的基本

3、理論，并利用ANSYS軟件，模擬計(jì)算了普通混凝土和相變控溫混凝土的溫度場(chǎng)和溫度應(yīng)力。
　　 (1)建立了相變控溫混凝土的絕熱溫升模型，將溫升過程分成三段，形成以下絕熱溫升模擬計(jì)算公式：
　　 (2)利用相變控溫混凝土的絕熱溫升模型，通過ANSYS軟件模擬計(jì)算得到，相變控溫混凝土P-C10中心點(diǎn)的最高溫度比普通混凝土P-C0中心點(diǎn)的最高溫度約低3.8℃，且P-C10中心點(diǎn)溫峰值比P-C0延遲3～4h。
　　 (3)

4、普通混凝土和相變控溫混凝土在計(jì)算模型的溫度邊界及約束邊界條件下，最大溫度梯度與最大溫度應(yīng)力均出現(xiàn)在模型長(zhǎng)邊方向上，P-C0的100號(hào)節(jié)點(diǎn)溫度應(yīng)力最大值比P-C10同節(jié)點(diǎn)約大2.2MPa(拉應(yīng)力)；P-C0的172號(hào)節(jié)點(diǎn)溫度應(yīng)力最小值比P-C10同節(jié)點(diǎn)約小1.1MPa(壓應(yīng)力)。
　　 2.開發(fā)設(shè)計(jì)了一種混凝土水化溫升測(cè)試儀，研究了一級(jí)相變材料、二級(jí)相變材料和礦物摻合料對(duì)水泥混凝土水化溫升的控溫效果，論證了利用相變材料作為控溫材料

5、的可行性。
　　 (1)設(shè)計(jì)的混凝土水化溫升測(cè)試儀與傳統(tǒng)絕熱溫升儀相比具有更好的可操作性，可進(jìn)行多通道同步測(cè)試，增加了試驗(yàn)的可對(duì)比性。
　　 (2)在一級(jí)相變控溫體系G-C體系、Y-C體系、Z-C體系、Pa-C體系和Pb-C體系中，10％摻量下削峰效應(yīng)和延遲效應(yīng)最好的是Pb-C體系，降溫幅度為28.5％，最高溫度到達(dá)時(shí)間tmax延緩9.8h；削峰效應(yīng)最差的是Z-C體系，降溫幅度為1.8％；石蠟類相變材料與有機(jī)酸類相變材料

6、相比具有較好的削峰效應(yīng)和延遲效應(yīng)。
　　 (3)在二級(jí)相變控溫體系中，以Pb為高溫相變材料，當(dāng)Pa作為低溫相變材料時(shí)，其削峰作用最優(yōu)；當(dāng)有機(jī)酸作為低溫相變材料時(shí)，相變點(diǎn)越低，體系的削峰作用越好；Pa2-Pb8、Y2-Pb8和G2-Pb8體系的降溫幅度分別為18.2％、10％和14％。
　　 3.分別制備了相變陶粒和開發(fā)了一種P-水泥相變集料作為混凝土粗集料，研究了相變粗集料對(duì)水泥混凝土的控溫能力；將相變粗集料取代部分粗集

7、料配制相變控溫混凝土并進(jìn)行熱循環(huán)養(yǎng)護(hù)，研究了相變控溫混凝土的物理力學(xué)性能和耐久性能。
　　 (1)采用真空吸附法制備了三種相變陶粒，其粒徑在5～20mm范圍內(nèi)，吸附率分別為9.9％、17.9％和31.3％；根據(jù)球-殼結(jié)構(gòu)模型，采用定量常溫包覆法制備了P-水泥相變集料，粒徑在5～10mm范圍內(nèi)，包覆率達(dá)到30％以上。制備的相變粗集料均對(duì)水泥水化具有較好的削峰和延遲效應(yīng)，且單位體積的P-水泥相變集料削峰和延遲效應(yīng)優(yōu)于相變陶粒。

8、>　　 (2)相變控溫混凝土中P凈摻量為膠凝材料質(zhì)量的10％時(shí)，相變陶粒混凝土抗壓強(qiáng)度較普通混凝土低，P-水泥相變集料混凝土抗壓強(qiáng)度與普通混凝土相當(dāng)；經(jīng)過熱循環(huán)后，相變控溫混凝土抗碳化和抗氯離子滲透性能提高，P-水泥相變集料混凝土的體積穩(wěn)定性優(yōu)于普通混凝土。
　　 4.利用R的多孔性，開發(fā)了一種R封裝P的技術(shù)，通過表面改性技術(shù)制備了一種細(xì)集料R-PA，提高了其與混凝土的工作適應(yīng)性，研究了R-PA對(duì)水泥水化溫升和水化進(jìn)程的影響，

9、以及R-PA對(duì)混凝土的力學(xué)性能和耐久性能的影響。
　　 (1)利用工業(yè)R和P制備了R-PC，并采用石灰石粉對(duì)其進(jìn)行表面改性制備了R-PA。R-PA中P的質(zhì)量比為35％左右。R-PA在混凝土中分布比較均勻，相變控溫混凝土的和易性較好。
　　 (2)R-PC可使水泥漿體的類拋物線形溫升曲線開口變大，有明顯的削峰和延遲效應(yīng)，有效地控制了水泥水化的溫升速率。
　　 (3)從R-PA相變控溫混凝土的強(qiáng)度規(guī)律來看，R-PA的