相变材料在水工混凝土温控中的试验研究

摘要

水工大体积混凝土温度应力和温度裂缝是影响混凝土结构耐久性和安全性的重要因素，控制温度裂缝是我国基础设施建设和维护的一项重要任务。水工混凝土浇筑过程中，水泥水化反应产生的热量将在结构内部聚集，由于混凝土导热系数较低，热传导过程较慢，结构内部温度高于外部温度，形成由内向外降低的温度梯度。不均匀的温度产生不均匀的温度变形，受外部约束的影响，产生温度应力。
　　相变储能混凝土技术作为新兴的大体积混凝土温度控制技术，主要采用将混凝土内掺入一定量的相变材料，利用相变材料在固-液、液-气相变过程中能大量吸收热能的特点，减少混凝土内部的温度梯度，目前在房屋建筑中应用较多。要实现在混凝土中加入相变储能材料后既能增强混凝土热学性能，又不影响混凝土力学性能的目的，还需要进行大量的理论及试验研究，本文针对这一目的，对相变储能混凝土技术进行了理论、试验及数值模拟三方面的研究，主要的研究内容如下:
　　1.通过理论分析，研究了相变储能材料以相变砂和相变粗骨料两种形式应用于混凝土后，混凝土结构内部绝热温升和温度场的计算方法;
　　2.优选了应用于大体积水工混凝土温度控制的相变储能材料及载体材料，并制备出形状良好，且具有良好物理性能和化学性能的相变储能骨料;
　　3.用相变储能骨料按照一定配合比制成相变储能混凝土，并对其力学性能及热学性能进行测定，制备出具有良好性能的相变储能混凝土;
　　4.基于测定的相变储能混凝土的力学、热学参数，建立大体积水工混凝土ANSYS数值分析模型，对相变储能混凝土在实际混凝土浇筑、养护过程进行模拟，分析不同相变骨料对大体积水工混凝土温度场及温度应力场的影响，并探讨了相变储能混凝土的适用范围。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 概述

1．1．1 大体积水工混凝土水化热温升

1．1．2 大体积混凝土温升的危害

1．1．3 温度裂缝的特点及危害

1．2 大体积水工混凝土温度控制

1．2．1 大体积混凝土施工中温度控制

1．2．2 大体积混凝土温控其他方法

1．3 相变储能材料在建筑材料中的应用

1．3．1 相变储能材料类型

1．3．2 应用于工程中的相变储能材料特点

1．3．3 相变储能材料在混凝土中的应用

1．4 大体积混凝土温控数值模拟研究进展

1．5 主要研究内容

第二章 相变储能材料应用于混凝土温控中的理论研究

2．1 引言

2．2 大体积混凝土绝热温升理论

2．2．1 混凝土热传导方程

2．2．2 混凝土绝热温升

2．2．3 水泥水化热计算

2．3 相变储能混凝土绝热温升理论

2．3．1 相变砂混凝土绝热温升理论

2．3．2 相变粗骨料混凝土绝热温升理论

2．4 本章小结

3．1 引言

3．2 相变储能材料

3．2．1 相变储能材料选择原则

3．2．2 相变储能材料选取

3．3 相变储能材料定型

3．3．1 定型方法

3．3．2 定型方法选择原则

3．3．3 定型方法及载体材料选取

3．4 相变储能骨料制备

3．4．1 相变砂制备

3．4．2 相变粗骨料制备

3．5 两种相变储能混凝土制备

3．5．1 试验材料

3．5．2 混凝土配合比设计

3．5．3 试验步骤

3．5．4 相变储能骨料与混凝土相容性

3．6 本章小结

4．1 引言

4．2 力学实验

4．2．1 试验仪器及加载方式

4．2．2 常温时混凝土试件抗压强度

4．2．3 相变温度加热后混凝土试件抗压强度实验

4．2．4 相变循环后混凝土试件抗压强度实验

4．3 热学实验

4．3．1 实验试件准备

4．3．2 实验仪器

4．3．3 相变储能混凝土比热容测定实验

4．3．4 相变储能混凝土热线胀系数测定实验

4．3．5 相变储能混凝土热扩散率测定试验

4．4 本章小结

第五章 相变储能大体积混凝土温度场及应力数值模拟

5．1 引言

5．2 大体积水工混凝土数值模拟流程

5．3 边界条件

5．4 大体积水工混凝土温度场及温度应力场模拟

5，5．1 普通大体积水工混凝土数值模拟

5．5．2 陶粒大体积水工混凝土数值模拟

5．5．3 相变储能大体积水工混凝土数值模拟

5．5．4 相变骨料应用于大体积混凝土前后比较

5．5 本章小结

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果