相變控溫混凝土的理論基礎研究和制備.pdf

1、目前，在混凝土中引入相變材料實現(xiàn)對混凝土的溫度控制，以避免溫度變化對混凝土的破壞，已經(jīng)成為了一個新的研究課題。相變材料具有蓄熱特性，在溫度升高至相變點時產(chǎn)生相變吸收熱量，而當溫度降低至相變點時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。針對幾種相變材料對水泥水化歷程的控溫

2、作用進行了研究，并對其控溫性能進行了評價。分別開發(fā)了一種P-水泥相變粗集料和一種R-P相變細集料，并研究分析了相變陶粒、P-水泥相變集料和R-PA對混凝土工作性能、力學性能和耐久性能的影響，并通過ANSYS軟件，模擬計算了普通混凝土和相變控溫混凝土的溫度場和溫度應力。
　　 主要創(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，模擬計算了普通混凝土和相變控溫混凝土的溫度場和溫度應力。
　　 (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軟件模擬計算得到，相變控溫混凝土P-C10中心點的最高溫度比普通混凝土P-C0中心點的最高溫度約低3.8℃，且P-C10中心點溫峰值比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力均出現(xiàn)在模型長邊方向上，P-C0的100號節(jié)點溫度應力最大值比P-C10同節(jié)點約大2.2MPa(拉應力)；P-C0的172號節(jié)點溫度應力最小值比P-C10同節(jié)點約小1.1MPa(壓應力)。
　　 2.開發(fā)設計了一種混凝土水化溫升測試儀，研究了一級相變材料、二級相變材料和礦物摻合料對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)設計的混凝土水化溫升測試儀與傳統(tǒng)絕熱溫升儀相比具有更好的可操作性，可進行多通道同步測試，增加了試驗的可對比性。
　　 (2)在一級相變控溫體系G-C體系、Y-C體系、Z-C體系、Pa-C體系和Pb-C體系中，10％摻量下削峰效應和延遲效應最好的是Pb-C體系，降溫幅度為28.5％，最高溫度到達時間tmax延緩9.8h；削峰效應最差的是Z-C體系，降溫幅度為1.8％；石蠟類相變材料與有機酸類相變材料

6、相比具有較好的削峰效應和延遲效應。
　　 (3)在二級相變控溫體系中，以Pb為高溫相變材料，當Pa作為低溫相變材料時，其削峰作用最優(yōu)；當有機酸作為低溫相變材料時，相變點越低，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行熱循環(huán)養(yǎng)護，研究了相變控溫混凝土的物理力學性能和耐久性能。
　　 (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-殼結構模型，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)，包覆率達到30％以上。制備的相變粗集料均對水泥水化具有較好的削峰和延遲效應，且單位體積的P-水泥相變集料削峰和延遲效應優(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，相變陶?；炷量箟簭姸容^普通混凝土低，P-水泥相變集料混凝土抗壓強度與普通混凝土相當；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，通過表面改性技術制備了一種細集料R-PA，提高了其與混凝土的工作適應性，研究了R-PA對水泥水化溫升和水化進程的影響，

9、以及R-PA對混凝土的力學性能和耐久性能的影響。
　　 (1)利用工業(yè)R和P制備了R-PC，并采用石灰石粉對其進行表面改性制備了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，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度規(guī)律來看，R-PA的