内部温升可控的水泥基材料体制造技术

本实用新型专利技术属于材料应用领域，提供了一种内部温升可控的水泥基材料体，将相变温度为２８～４０℃、储能密度为１７０～２９０Ｊ／ｇ的相变材料在高于相变点的温度下注入管道中，封装后降温到相变点温度下，使相变材料变为固态，在浇筑过程中将含有固态相变材料的管道填埋到水泥基材料中，在水泥水化过程中，材料内部温度升高至相变点时，相变材料发生相变，吸收大量的热，其中相变材料用量按下式计算：Ｍ↓［ｐ］＝ＣρＱ（Ｍ↓［ｃ］＋ＫＭ↓［Ｆ］）α／Ｃρ［Ｃ↓［１］（Ｔ－ｔ↓［０］）＋ｑ－Ｃ↓［１］′Ｔ］＋Ｃ↓［１］（１－α）（Ｍ↓［ｃ］＋ＫＭ↓［Ｆ］）Ｑ根据要求来设计ＰＣＭ的填埋量，可有效控制混凝土内部温度峰值和温升速率，避免了因温升过高引起的混凝土开裂。ＰＣＭ经过预先封装，避免直接掺加对水泥基材料性能的影响，材料来源广泛，价格低廉的降低水泥基材料内部温升的方法。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于材料应用
，特别涉及一种降低水泥基材料内部温 升，延緩温度峰值出现时间，避免出现温度裂缝的水泥基材料。
技术介绍
混凝土等水泥基材料浇筑后，水泥的7jC化热使材料内部温度上升。由于表面 和内部的散热条件不同，形成较大的内外温差，使材料面层产生拉应力。在水泥 水化初期，水泥基材料的弹性模量较小，抗拉强度较低，温差产生的拉应力容易 超过材料的抗拉强度，使材料表面产生裂缝，严重的将出现贯穿性裂缝。裂缝不 仅会降低结构的刚度和整体性，而且将加剧钢筋锈蚀和碳化，导致抗冻融、抗疲 劳、防渗、防水等性能的降低，严重影响结构的耐久性。所以必须对大体积水泥 基材料的内部温升加以控制。现有的控制水泥基材料内部温升的技术主要有1. 建立冷却水循环系统在水泥基材料浇筑过程中布置管道，在水化过程中向管道中提供循环水，将 部分水泥的水化热导出，从而调节和控制混凝土内部温度。这种方法是目前最常 用的方法，但也存在很多缺点，突出表现在通水过程中，水温与材料内部存在 温差，当温差过大、冷却速度过快时，易产生裂缝，俗称"冷击"；循环水与水 泥基材料的温差、通水量在不同时期要有所差别，温度变化不平緩；温控效果受 外界温度变化的影响。2. 加入緩凝剂微胶嚢在水泥基材料中掺加以石蜡为壁材、緩凝剂为芯材的微胶嚢，在温升过程 中石蜡融化使緩凝剂释放，减緩水泥的水化速率，从而降低内部温升速度和温 度峰值。但这种方法会使混凝土的早期强度大大降低，影响施工进度；石蜡融 化后对水泥基材料长期性能影响的研究还未深入。3. 直接在混凝土中加入相变材料(Phase Change Materials,简称PCM)相变材料是指在相变过程中能够吸收或放出大量热量，并在此过程中保持温 度相对稳定的材料。相变材料是近年来发展迅速的新材料，广泛应用于太阳能储 存、工业废热回收、电子器件热管理、供暖和空调系统以及建筑外围护结构等领 域。由于PCM潜热高，相变过程中温度变化小，所以可以利用这一特点来控制周 围环境温度的变化。直接在混凝土搅拌过程中加入固态相变材料，对水化反应产 生的热量有一定的吸收，从而对混凝土内部温度有一定的控制作用，减少混凝土 温度裂缝产生的几率。此方法的缺点是直接加入相变材料的重量有限，降温 效果有限；相变材料对水泥基材料的耐久性有潜在危害；而且相变材料在碱性环 境下物理化学性质的稳定性还需进一步研究。
技术实现思路
本技术针对上述缺点提供了一种可有效避免温度裂缝的出现，避免直 接掺加对水泥基材料性能的影响，温控幅度可控的水泥基材料体。本技术的技术方案为 一种内部温升可控的水泥基材料体，包括水泥基 材料本体和保温层，在水泥基材料本体内设有温升控制体，温升控制体内填充有 固态的相变材料，相变材料的相变温度为28~40匸、储能密度为170~ 290J/g, 相变材料是在高于相变点的温度下注入温升控制体内的，封装后降温到相变点温 度下，使相变材料变为固态，在浇筑过程中将含有固态相变材料的温升控制体填 埋到水泥基材料中，在水泥水化过程中，材料内部温度升高至相变点时，相变材 料发生相变，吸收大量的热，其中相变材料用量按下式计算<formula>formula see original document page 4</formula>下面具体阐述下相变材料用量的计算绝热条件下，水泥基材料的最大绝热温升可表示为<formula>formula see original document page 4</formula>PCM填埋到水泥基材料中后，在升温过程中吸收的热量为<formula>formula see original document page 4</formula> (2)PCM吸收的这部分热量相当于减少了引起水泥基材料内部温升的热量。预填 埋PCM的混凝土最大绝热温升理论计算公式可表示为所以填埋PCM后的最大绝热温升为<formula>formula see original document page 5</formula>Mp加入PCM后，在相同的水泥基材料内部，理论绝热温升的降低幅度(以百分比计)为<formula>formula see original document page 5</formula><formula>formula see original document page 5</formula>上述公式中ilfc:单位体积混凝土中水泥的质量；AfF:单位体积混凝土中掺合料的质量； K:指折减系数，对于粉煤灰，K =0.25，对于矿淹微粉，K=0. 3;G:单位水泥的水化热； g': PCM填埋到混凝土中后， C:混凝土的比热；C1:固态PCM的比热 Mp: PCM的重量r: PCM的相变温度升温过程中吸收的热量P :混凝土的密度；C(:液态PCM的比热 《PCM的储能密度混凝土的初始温度r二^ :预填埋PCM后混凝土的最大绝热温升；rmax:水泥基材料的最大绝热温升； ":绝热温升降低幅度所述的内部温升可控的水泥基材料体，其温升控制体内填充的相变材料的液 态密度小于固态密度。所述的温升控制体为管状温升控制体。管状温升控制体在 水泥基材料中按蛇行均匀布置，其两端伸出水泥基材料外并设有阀门控制开关， 当相变材料变为液态时可以流出。所述的内部温升可控的水泥基材料体，分別在 水泥基材料的中心、边缘部位和相变材料内部设有热电偶。相变材料可以选用 Na2S04 . 10H20 、 Na2HP04 . 12眼CaCl2 . 6H20 、 Na2C03 10H20中的任一种。本技术相比现有技术的有益效果为1. 利用温升控制体控制水泥基材料体的内部温升，温控幅度可根据要求来设计， 通过不同的PCM的填埋量即可有效控制混凝土内部温度峰值和温升速率，避免因 温升过高而引起的混凝土开裂。2. 水泥基材料体与温升控制体的温度变化同步，可有效避免局部温差过大造成 的"冷击"。3. 由于选用的PCM的液态密度小于固态密度，所以经降温处理发生相变为固态 时，体积不会增大，可有效避免因体积膨胀产生的压应力。4. 由于PCM经过预先封装于温升控制体内，避免了直接掺加对水泥基材料性能 造成的影响。5. PCM种类繁多，材料来源广泛，价格低廉，选择范围大。6. PCM在吸收热量后变为液态，可通过管道导出循环利用，经济又环保。附图说明图1是内部温升可控的水泥基材料体的生产控制流程图。图2是采用管状温升控制体的内部温升可控的水泥基材料体的示意图。其中1保温层；？塑料膜；3水泥基材料；4管子；5 PCM; A置于PCM中的热电偶；B置于水泥基材料体中心的热电偶；C置于水泥基材料体侧壁的热电偶。图3是温升控制体内的不同PCM填埋量对不同水泥用量的混凝土最大绝热温升的影响。图4是温升控制体内的PCM预填埋量与水泥基材料体最大绝热温升降低幅度的关 系。图5是温升控制体内预填埋PCM对水泥净浆半绝热温升的影响。图6是预填埋PCM对水泥砂浆半绝热温升的影响。具体实施方式以下结合附图对本技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种内部温升可控的水泥基材料体，包括水泥基材料本体和保温层，其特征在于水泥基材料本体内设有温升控制体，温升控制体内填充有相变温度在２８～４０℃、储能密度为１７０～２９０Ｊ／ｇ的固态相变材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：钱春香，高桂波，王瑞兴，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：实用新型
国别省市：84[中国|南京]