一种相变控温大体积混凝土模板及其制备方法

摘要

本发明涉及一种利用相变材料制备的控温大体积混凝土模板及其制备方法。将相变材料包裹于混凝土模板内，利用相变材料的相变储能特征，当混凝土表面温度低于内部温度时，相变材料吸收混凝土内部扩散而来的热量，促使包裹于模板表面的材料发生相变(固-液相变)，使得混凝土表面温度保持不变，同时，由于环境温度低于混凝土表面温度，发生相变的材料将与外部环境之间进行热交换，包裹于混凝土模板的材料发生相变(液-固相变)，将吸收的热量传输出去，不至于使得相变材料由于热量积累太多而致使混凝土表面温度升高，如此循环，降低因混凝土表面散热过快而引起的混凝土内外温度梯度，解决因温度梯度盈利而引起的大体积混凝土开裂问题。

说明书

技术领域

本发明涉及一种相变控温大体积混凝土模板及其制备方法。

背景技术

随着国家对铁路工程建设项目的不断投入，大型混凝土工程越来越多，大体积混凝土的收缩开裂问题也越来越普遍，给百年大计的铁路建设带来结构隐患。

大体积混凝土结构裂缝的发生是由多种因素引起的。最主要影响因素为温度梯度应力。

温度梯度应力的成因有两个方面，一方面水泥水化热产生的温度梯度应力。由于水泥凝结硬化过程中产生大量的水化热，一般每克水泥可以放出500J左右的热量，如果以水泥用量350Kg/m³～550Kg/m³来计算，每立方米混凝土将放出17500KJ～27500KJ的热量。且聚集在大体积混凝土内部不易散发，致使其内部温升幅度较其表层的温升幅度要大得多。而在混凝土升温峰值过后的降温过程中，由于散热条件不同，内部降温速度又比其表层慢得多。因此大体积混凝土内部的温度很高，这样就会形成温度梯度，这种温度梯度因混凝土温度形变而产生温度梯度应力。一旦温度应力超过混凝土所能承受的拉力极限值时，混凝土就会出现裂缝。

另一方面外界气温引起的温度梯度应力。大体积混凝土结构在施工期间，外界气温的变化对大体积混凝土裂缝的产生起着很大的影响。混凝土内部的温度是由浇筑温度、水泥水化热的绝热温升和结构的散热温度等各种温度叠加之和组成。浇筑温度与外界气温有着直接关系，外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也就会愈高；如果外界温度降低则又会增加大体积混凝土的内外温度梯度。如果外界温度的下降过快，会造成很大的温度应力，极其容易引发混凝土的开裂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种相变控温大体积混凝土模板及其制备方法。

本发明提出的相变控温大体积混凝土模板，由包裹材料与相变材料组成，所述相变材料自内而外由相变温度依次为30±2℃、40±2℃和50±2℃的3层材料组成；包裹材料包覆于相变材料外；其中：内层的相变材料由正癸酸与膨胀珍珠岩复合而成，中层的相变材料由月桂酸与膨胀珍珠岩复合而成，外层的相变材料由硬脂酸、软脂酸、月桂酸与膨胀珍珠岩复合而成。

本发明中，所述相变材料的厚度为1～2mm。

本发明提出的相变控温大体积混凝土模板的制备方法，具体步骤如下：

(1)将膨胀珍珠岩置于真空釜中进行加热搅拌，水浴的温度保持在50～70℃，加热10～40分钟，对真空釜抽真空到负压0.5～0.8MPa；关闭抽气阀，打开液体进气阀，缓慢加入已经完全溶解的正癸酸，待正癸酸加入完毕后，打开真空抽气阀到负压0.8～1.48MPa，加速搅拌30～60分钟；关闭抽气阀，卸料，冷却；即得相变温度为30±2℃的相变材料；其中：正癸酸与膨胀珍珠岩的重量比为1∶0.9-0.9∶1；

(2)将膨胀珍珠岩置于真空釜中进行加热搅拌，水浴的温度保持在50～70℃，加热10～40分钟，对真空釜抽真空到负压0.5～0.8MPa；关闭抽气阀，打开液体进气阀，缓慢加入已经完全溶解的月桂酸，待月桂酸加入完毕后，打开真空抽气阀到负压0.8～1.48MPa，加速搅拌30～60分钟；关闭抽气阀，卸料，冷却；即得相变温度为40±2℃的相变材料；其中：月桂酸与膨胀珍珠岩的重量比为1∶0.9-0.9∶1；

(3)将膨胀珍珠岩置于真空釜中进行加热搅拌，水浴的温度保持在50～70℃，加热10～40分钟，对真空釜抽真空到负压0.5～0.8MPa；关闭抽气阀，打开液体进气阀，缓慢加入已经完全溶解的硬脂酸、软脂酸和月桂酸，待硬脂酸、软脂酸和月桂酸加入完毕后，打开真空抽气阀到负压0.8～1.48MPa，加速搅拌30～60分钟；关闭抽气阀，卸料，冷却；即得相变温度为50±2℃的相变材料；其中：硬脂酸、软脂酸和月桂酸与膨胀珍珠岩的重量比为1∶-0.8-1∶0.8-1∶0.8-1；

(4)分别将相变温度为30±2℃、40±2℃和50±2℃的3层相变材料分为内层、中层、外层包裹于大体积混凝土模板包裹材料内，每层相变材料的厚度为1～2mm。

本发明中，膨胀珍珠岩用于吸附相变控温材料，所以膨胀珍珠岩应为未经过处理，且具有吸附性能。

本发明利用熔点为69.6±2℃的硬质酸、熔点为63℃的软脂酸、熔点为41±2℃月桂酸、熔点为31±2℃正癸酸等材料中的任一种或任两种或任三种复合后，再与膨胀珍珠岩复合，制得的相变温度分别为30±2℃、40±2℃和50±2℃不同相变温度的相变材料，适合于降低大体积混凝土温度梯度应力、解决大体积混凝土因温度梯度应力而产生开裂的模板用相变储能材料。本发明生产的相变材料，应用于大体积混凝土模板，显著降低大体积混凝土内外温度梯度，解决了大体积混凝土因温度梯度应力而产生的开裂问题。

本发明制备的产品产生控温的途径是：大体积混凝土内部扩散而来的热量，通过相变材料吸热，发生相变，把热量保存下来，使得大体积混凝土模板保持一定的温度，不随着环境温度的降低而降低，从而达到解决大体积混凝土内外部温度梯度过大而引起的应力开裂问题。

本发明的有益效果在于：

本发明采用4种不同温度发生相变的材料，复合成一定温度的相变材料，用于制作大体积混凝土的模板，根据相变材料的特征，即随温度的变化而改变形态并能提供潜热，来降低大体积混凝土内外温度梯度，从而解决大体积混凝土因温度梯度应力而产生的开裂问题。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明。

实施例1：

(1)将膨胀珍珠岩置于真空釜中进行加热搅拌，水浴的温度保持在50～70℃，加热10～40分钟，对真空釜抽真空到负压0.5～0.8MPa；关闭抽气阀，打开液体进气阀，缓慢加入已经完全溶解的正癸酸，待正癸酸加入完毕后，打开真空抽气阀到负压0.8～1.48MPa，加速搅拌30～60分钟；关闭抽气阀，卸料，冷却；即得相变温度为30±2℃的相变材料；其中：正癸酸与膨胀珍珠岩的重量比为1∶1；

(2)将膨胀珍珠岩置于真空釜中进行加热搅拌，水浴的温度保持在50～70℃，加热10～40分钟，对真空釜抽真空到负压0.5～0.8MPa；关闭抽气阀，打开液体进气阀，缓慢加入已经完全溶解的月桂酸，待月桂酸加入完毕后，打开真空抽气阀到负压0.8～1.48MPa，加速搅拌30～60分钟；关闭抽气阀，卸料，冷却；即得相变温度为40±2℃的相变材料；其中：月桂酸与膨胀珍珠岩的重量比为1∶1；

(3)将膨胀珍珠岩置于真空釜中进行加热搅拌，水浴的温度保持在50～70℃，加热10～40分钟，对真空釜抽真空到负压0.5～0.8MPa；关闭抽气阀，打开液体进气阀，缓慢加入已经完全溶解的硬脂酸、软脂酸和月桂酸，待硬脂酸、软脂酸和月桂酸加入完毕后，打开真空抽气阀到负压0.8～1.48MPa，加速搅拌30～60分钟；关闭抽气阀，卸料，冷却；即得相变温度为50±2℃的相变材料；其中：硬脂酸、软脂酸和月桂酸与膨胀珍珠岩的重量比为1∶1∶1∶1；

(4)分别将相变温度为30±2℃、40±2℃和50±2℃的3层相变材料分为内层、中层、外层包裹于大体积混凝土模板包裹材料树脂内，每层相变材料的厚度为1.5mm。

将采用本发明制得的相变控温大体积混凝土模板应用于A工程中，采用相变控温大体积混凝土模板所浇筑的大体积混凝土，不同水化龄期，大体积混凝土中心温度与表面温度之间温差如表1所示，采用普通混凝土浇筑模板所浇筑的大体积混凝土，不同水化龄期，大体积混凝土中心温度与表面温度之间的温差如表2所示。

表1 A工程采用大体积混凝土相变控温模板后内外温度

  取温点  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  内部温度(℃)  71  72  73  72  74  71  69  71  72  72  外部温度(℃)  52  50  51  52  51  50  50  52  51  50

表2 A工程采用普通混凝土模板后内外温度

  取温点  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  内部温度(℃)  75  69  70  72  73  75  72  70  68  75  外部温度(℃)  30  29  33  27  30  33  30  31  29  28

实施例2：

(1)将膨胀珍珠岩置于真空釜中进行加热搅拌，水浴的温度保持在50～70℃，加热10～40分钟，对真空釜抽真空到负压0.5～0.8MPa；关闭抽气阀，打开液体进气阀，缓慢加入已经完全溶解的正癸酸，待正癸酸加入完毕后，打开真空抽气阀到负压0.8～1.48MPa，加速搅拌30～60分钟；关闭抽气阀，卸料，冷却；即得相变温度为30±2℃的相变材料；其中：正癸酸与膨胀珍珠岩的重量比为1∶1；

(2)将膨胀珍珠岩置于真空釜中进行加热搅拌，水浴的温度保持在50～70℃，加热10～40分钟，对真空釜抽真空到负压0.5～0.8MPa；关闭抽气阀，打开液体进气阀，缓慢加入已经完全溶解的月桂酸，待月桂酸加入完毕后，打开真空抽气阀到负压0.8～1.48MPa，加速搅拌30～60分钟；关闭抽气阀，卸料，冷却；即得相变温度为40±2℃的相变材料；其中：月桂酸与膨胀珍珠岩的重量比为1∶1；

(3)将膨胀珍珠岩置于真空釜中进行加热搅拌，水浴的温度保持在50～70℃，加热10～40分钟，对真空釜抽真空到负压0.5～0.8MPa；关闭抽气阀，打开液体进气阀，缓慢加入已经完全溶解的硬脂酸、软脂酸和月桂酸，待硬脂酸、软脂酸和月桂酸加入完毕后，打开真空抽气阀到负压0.8～1.48MPa，加速搅拌30～60分钟；关闭抽气阀，卸料，冷却；即得相变温度为50±2℃的相变材料；其中：硬脂酸、软脂酸和月桂酸与膨胀珍珠岩的重量比为1∶1∶1∶1；

(4)分别将相变温度为30±2℃、40±2℃和50±2℃的3层相变材料分为内层、中层、外层包裹于大体积混凝土模板包裹材料树脂内，每层相变材料的厚度为1.5mm。

将采用本发明制得的相变控温大体积混凝土模板应用于B工程中，采用相变控温大体积混凝土模板所浇筑的大体积混凝土，不同水化龄期，大体积混凝土中心温度与表面温度之间温差如表3所示，采用普通混凝土浇筑模板所浇筑的大体积混凝土，不同水化龄期，大体积混凝土中心温度与表面温度之间的温差如表4所示。

表3 B工程采用大体积混凝土相变控温模板后内外温度

  取温点 1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  内部温度(℃) 120  125  118  112  121  115  119  127  109  118  外部温度(℃) 90  88  95  87  86  90  80  99  114  89

表4 B工程采用普通混凝土模板后内外温度

  取温点 1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  内部温度(℃) 119  127  120  122  109  115  114  115  115  127  外部温度(℃) 34  32  25  28  38  35  29  32  27  37

从表1和2可以看出，采用两种模板所浇筑的大体积混凝土，内外部表面温度存在较大的差异，采用相变控温模板所浇筑的大体积混凝土，内外部温度相差20℃左右，而采用普通混凝土浇筑模板所浇筑的大体积混凝土，内外部温度相差约40℃。

从表3和4可以看出，采用大体积混凝土相变控温模板所浇筑的大体积混凝土内外表面温差，在内部温度达100℃以上的情况下，降低混凝土的内外表面温差的效果更显著，而普通混凝土模板基本上对大体积混凝土内外部温差没有起到控制的作用。

显然，利用大体积混凝土相变控温模板，对于控制大体积混凝土外部温度的，降低大体积混凝土内外部温度梯度是有益的。