复合相变材料在混凝土早期的控温及抗裂性能研究
混凝土早期温度裂缝是影响混凝土结构使用寿命的重要因素之一。早期的温度裂缝为有害的介质侵蚀混凝土提供了可能性,加速了混凝土劣化过程,严重时会影响结构的安全性。由于相变材料能在固定的温度稳定完成吸热、放热的过程,本文预期通过相变材料相变吸、放热的特点,将相变材料与混凝土混合之后协同工作,使混凝土自身具备控温能力。利用相变材料减缓早期水化温度上升的速率,降低温峰值,将混凝土水化温度控制在一定范围内,从而缓解混凝土温度开裂的风险。论文首先选取四种不同类型的相变材料,通过对不同相变材料进行热物性能研究,确定石蜡类的相变材料最适合应用于混凝土早期控温。采用多孔材料吸附的方式制备复合相变陶粒,结果表明采用陶粒对固体石蜡的吸附率达到73.5%,研究中可以不对相变陶粒表面进行任何处理,复合相变陶粒未出现明显的渗漏问题。通过对复合相变陶粒的稳定性和热性能研究,证实了复合相变陶粒具备很好的工作性,能与水泥基材料协同工作。然后,论文将复合相变材料作为原材料掺入混凝土中研究其早期开裂趋势,主要研究了相变混凝土的控温性能和早期力学性能的发展。绝热条件和半绝热条件的研究结果显示,相变材料能有效控制混凝土的早期水化温度,复合相变混凝土的控温性能随相变材料掺量的增加而增加。由于混凝土的强度随复合相变陶粒的增加而减小,需要对相变混凝土早期开裂趋势进行综合评估。通过单轴实验研究相变混凝土早期变形和应力的发展,研究结果发现相比于普通混凝土,复合相变混凝土的早期温度膨胀值会增加,且复合相变材料的掺量越多,相变混凝土的早期膨胀值越大。复合相变混凝土早期温度收缩值会降低,相变材料的放热阶段使得收缩变形的速率明显减小。相变混凝土内部温度应力水平随着复合相变材料的增加而降低。通过对比多个早期性能参数发现,复合相变混凝土早期开裂敏感性要低于普通混凝土。同时对比不同宏观封装方式发现,相变陶粒混凝土更适合于控制混凝土的温度裂缝。最后,基于COMSOL Multiphysics有限元软件研究了相变材料的相变温度、热焓值、相变区间对于相变混凝土控温效果的影响。从经济性出发,使相变材料能充分发挥其控温作用。通过综合各个因素分析,提出了优化选择相变材料的依据,为提高相变材料的利用率提供一定的参考。
- 作者：
- 罗宏
- 学位授予单位：
- 深圳大学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2020年
- 导师姓名：
- 韩宁旭
- 中图分类号：
- TU528
- 关键词：
- 混凝土；早期温度裂缝；相变材料；抗裂性能；控温；相变材料参数
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