介孔硅基相变材料的制备及在混凝土桥墩温控中的应用研究

发布时间：2020-08-15 13:36

【摘要】：作为交通运输的重要组成部分,桥墩面临着在浇筑以及养护时期如何防止温度裂缝产生的难题。作为大体积混凝土,桥墩虽采取分层法浇筑,但其内部生成的水化热仍会导致温度裂缝的产生。相变混凝土技术的出现在一定程度上解决了以上难题。然而相变混凝土面临着相变材料易渗透泄露、易腐蚀、抗压强度不高以及使用寿命较短等难题。因此制备适用于大体积混凝土的相变温度范围适宜、相变焓高、热稳定和导热性能良好、不易泄露且不影响其强度的定形相变材料成为重中之重。为解决相变材料易泄露、导热性能差等问题,本文选择相变温度适宜、相变焓较高、热稳定性良好的肉豆蔻酸(MA)作为芯材,以具有高强度、高表面积、强吸附力的褶皱状介孔二氧化硅纳米粒子(WMSN)为载体,采用真空浸渍法制备性能良好的定形相变材料MA/WMSN,并对其进行性能表征试验。实验结果表明,MA/WMSN最高负载量为65 wt.%,相变温度范围在38℃到58℃之间,其融熔焓和结晶焓分别为92 kJ/kg和86 kJ/kg,通过热重分析法测得其热稳定性良好,180℃以下重量无损失,适用于制备相变混凝土。利用ANSYS软件对普通混凝土桥墩(OP)模型以及相变混凝土(PCP)模型进行温度场分析,得到其温度分布云图和各节点温度—时间曲线,分析MA/WMSN对混凝土温度差的改善情况,评估其控温效果。其中MA/WMSN的添入量为5%。分析结果表明,定形相变材料不会扰乱桥墩浇筑以及养护时期的内部温度分布规律,当桥墩内部温度升至其相变温度范围时,MA/WMSN开始吸收水化热,使混凝土温度平均降低4~5℃左右;根据各节点温度—时间曲线可知定形相变材料能降低混凝土升温速率以及降温速率,降低其最高温度,推迟升至最高温度的时间,减少其温度差,能够有效防止混凝土桥墩产生温度裂缝。
【学位授予单位】：浙江海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U444;U445.57
【图文】：

曲线,纯肉,豆蔻酸,DSC分析

分析结果如图2-1 所示。从图中可看出，肉豆蔻酸的熔融温度范围在 53 ℃~62 ℃之间，结晶温度范围在 42 ℃~50 ℃之间，在 57.7 ℃处和 47.0 ℃处分别有一个吸热峰和放热峰，与其相对应的融熔焓和结晶焓分别为 184.3 kJ/kg 和 197.2 kJ/kg。实验数据表明，定形相变材料 MA/WMSN 的相变温度范围大概在 42 ℃~62 ℃，在制备相变混凝土的要求温度范围之内

曲线,纯肉,豆蔻酸,热重分析

17图 2-2 纯肉豆蔻酸热重分析曲线Fig 2.2 TGA curves of pure MA 肉豆蔻酸的热稳定性测试过使用热重分析法分析了纯肉豆蔻酸的热稳定性，结果如图 2-2 所示的热重曲线中可以看出，从起始温度到 180 ℃肉豆蔻酸几乎无重量损 180 ℃之后，肉豆蔻酸迅速分解，当温度升至 475 ℃时，肉豆蔻酸完.7%的未知残留物，此现象可能与称重误差以及杂质有关。以上分析表

肉豆蔻酸,粉末,室温,相变材料

浇筑过程产生大量水化热的环境。上所述，适用于减小大体积混凝土内部与环境之间的温度差以防止产相变材料须满足以下几点要求：1）属于非理想相变材料；2）相变温度范围在 40 ℃~70 ℃之间；3）相变焓高并具有良好的热稳定性；4）最佳添入量在 2%~5%之间；5）经济环保；6）具有较高的导热率；7）无腐蚀性；8）相变过程中仅发生轻微的体积变化。机相变材料肉豆蔻酸具有较高的相变焓，良好热稳定性以及适宜的熔过程中仅发生轻微的体积变化，无腐蚀性，成本较低等优点，因此本文为芯材来制备定形相变材料。

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