大體積混凝土相變控溫方法與模型.pdf

1、混凝土結(jié)構(gòu)尤其是大體積混凝土結(jié)構(gòu)的溫度裂縫問題是土木工程質(zhì)量的頑癥之一，裂縫不僅影響美觀，而且嚴(yán)重影響構(gòu)筑物的使用壽命和安全性。目前混凝土構(gòu)筑物幾乎都不同程度存在溫度裂縫，溫度裂縫問題已經(jīng)成為土木工程界普遍關(guān)注的問題。溫度裂縫是由于混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度場溫差形成溫度應(yīng)力而產(chǎn)生的，目前在防治大體積混凝土溫度裂縫問題上，一般對外部因素考慮比較多，而在提高混凝土本身材料的特性以及開發(fā)新的混凝土品種上研究的很少。相變儲(chǔ)能材料，儲(chǔ)熱密

2、度大、儲(chǔ)放熱過程近似等溫特點(diǎn)，已成為有效利用新能源和節(jié)能的重要途徑。為此，論文提出了采用相變材料，在混凝土澆注過程中將其摻入使之與混凝土結(jié)構(gòu)一體化，利用相變材料在特定溫度范圍的熱效應(yīng)控制混凝土內(nèi)部溫度場，達(dá)到機(jī)敏控制溫度應(yīng)力防止溫度裂縫。結(jié)構(gòu)混凝土內(nèi)部溫度場隨環(huán)境溫度和混凝土水化熱變化而變化，其溫度應(yīng)力變化具有隨機(jī)性和方向交替變化的特點(diǎn)，相變材料溫控機(jī)制與混凝土結(jié)構(gòu)有機(jī)一體化，同步感應(yīng)內(nèi)部溫度變化，實(shí)時(shí)隨機(jī)應(yīng)變啟動(dòng)控制溫度機(jī)

3、制，防止溫度裂縫的形成。利用計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算分析相變大體積混凝土溫度場分布，提出了采用非理想相變材料在大體積混凝土溫度場均勻化分布觀點(diǎn)。通過自制的混凝土溫度監(jiān)測系統(tǒng)，對相變控溫混凝土內(nèi)部溫度變化進(jìn)行監(jiān)測分析，證實(shí)了非理想相變材料石蠟更適合于大體積混凝土溫度控制，同時(shí)也證明了采用非理想相變材料石蠟做混凝土控溫材料具有較好的控溫效果。論文根據(jù)大體積混凝土不同工況要求，選擇了石蠟顆粒和石蠟乳液做混凝土相變控溫材料。研究了石蠟顆粒和

4、石蠟乳液在混凝土(或砂漿) 中的摻入方法：質(zhì)量代砂法和體積代砂法；研究了相變控溫混凝土(或砂漿)的物理力學(xué)性能、耐久性能和導(dǎo)熱性能。結(jié)果表明：體積代砂法優(yōu)于質(zhì)量代砂法。相變控溫混凝土(砂漿) 強(qiáng)度有所降低，抗?jié)B性提高，石蠟相變控溫砂漿導(dǎo)熱系數(shù)略低于普通砂漿。采用壓汞法對相變控溫砂漿進(jìn)行孔結(jié)構(gòu)分析，說明體積代砂法配制相變控溫砂漿孔隙率小于質(zhì)量代砂法配制的相變控溫砂漿，孔徑分布更合理。利用差示掃描量熱法DSC和調(diào)制DSC法對相變

5、材料、普通砂漿和相變控溫砂漿進(jìn)行物性分析，包括熔點(diǎn)、潛熱、比熱容等性能。設(shè)計(jì)了圓環(huán)溫度裂縫試驗(yàn)，對相變控溫砂漿抵抗溫度裂縫性能進(jìn)行評價(jià)，得出結(jié)論石蠟顆粒的控溫效果優(yōu)于石蠟乳液的控溫效果，提高了混凝土抵抗溫度裂縫的能力。根據(jù)溫度場分布試驗(yàn)結(jié)果，對非理想相變材料石蠟的實(shí)際傳熱過程進(jìn)行分析，將相變控溫大體積混凝土作為非理想相變材料來處理，借鑒焓法和有效熱容法，建立相變控溫混凝土的溫控模型，模擬分析相變控溫混凝土溫度場分布情況。差

6、示掃描量熱法DSC和調(diào)制DSC法測試結(jié)果說明模型假設(shè)合理。相變溫控模型分析和預(yù)測不同工況下相變材料石蠟對大體積混凝土的控溫效果。論文采用計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)地分析了相變材料在大體積混凝土溫度控制中品種、相變點(diǎn)和潛熱的選擇，優(yōu)化相變控溫參數(shù)。對相變控溫混凝土的綜合性能和微觀孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行了測試，對于防治混凝土溫度裂縫提供新方法；并從理論上分析了，非理想相變材料在混凝土中的相變控溫過程，建立了非理想相變材料在大體積混凝土溫度控制過程的模型