CN102758534B

CN102758534B - 一种大体积混凝土的降温方法

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Publication number: CN102758534B
Application number: CN201210266351.8A
Authority: CN
Inventors: 杨文�; 王军; 吴雄; 吴俊龙; 吴静; 吴媛媛
Original assignee: China Construction Ready Mixed Concrete Co Ltd
Current assignee: China Construction Ready Mixed Concrete Co Ltd
Priority date: 2012-07-30
Filing date: 2012-07-30
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2032-07-30
Also published as: CN102758534A

Abstract

本发明提供一种大体积混凝土的降温方法，它包括如下步骤：1）布置双层水管；2）将相变材料融化成液态注入到双层水管的外层管中，并堵住外层管的出水端，然后让双层水管放置冷却；3）浇筑混凝土浆体到工程部位，并振捣；4）向双层水管的内层管持续注入冷却水，并监测出水端流出冷却水的温度；5）待大体积混凝土冷却后，将相变材料液化后从外层管排出，同时将内层管抽出；6）制备水泥浆，将其注入到外层管中。由于相变材料在相变温度区间的温度较为稳定，使得双层水管外层温度稳定，且与混凝土的温差不会太大，不会产生大量冷缩微裂缝，并且相变材料能有效地减小了混凝土的降温速率，减小了混凝土的内外温差，从而防止温度裂缝的产生。

Description

一种大体积混凝土的降温方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种大体积混凝土的降温方法。

背景技术

大体积混凝土浇筑后，水泥的水化热会导致混凝土内部温度显著升高，最高温度通常可达到60~80℃，有时甚至会超过90℃，混凝土表面散热相对较快，则混凝土形成内外温差，使混凝土内部产生压应力，外部产生拉应力，而混凝土早期的弹性模量和抗拉强度均很低，故混凝土表面易产生裂缝。在养护降温期，混凝土内部温度下降产生收缩变形，但变形受到基础或其他约束的作用而导致内部裂缝的产生。

在大体积混凝土施工过程中，为了防止温度裂缝的产生或者降低混凝土温度裂缝产生的几率，必须采取既能降低混凝土的最高水化温度，又能减小混凝土的内外温差的控温方法。

常用的混凝土控温技术为通冷却水管法，这种方法是利用冷水来吸收混凝土的水化热，控制混凝土最高温度。当混凝土浇筑块的体积较小时，温度应力较小，利用冷却水管可有效控制混凝土块的温度和温度应力。但随着混凝土浇筑块的体积增大，冷却水管控制混凝土温度上升的能力下降，并且在冷却水管周围会引起较大的混凝土温差，产生大量冷缩微裂缝。

有学者利用相变材料的储能密度大、相变过程能从外界吸收或释放大量热量并且自身等温或近似等温的特点，研究在大体积混凝土中掺入相变材料的控温措施。目前，相变控温混凝土还处于理论研究阶段，主要有以下几种控制方法：

1）直接掺入相变材料：这种方法简单，但是固-液相变材料在使用过程中有液相产生，并产生体积膨胀，会导致建筑基体材料的破坏，同时，某些相变材料还对建筑基体具有腐蚀性。

2）制备定型相变复合材料：采用相变材料和载体复合，将相变材料封装到载体内部，制备成定型的相变复合材料，主要有微胶囊化、多孔材料吸附法、熔融共混法3种方法，这些方法虽然在一定程度上克服或缓解了固液相变材料在相变过程产生液相的负面影响，但也存在制备工艺复杂、封装率不高、相变材料利用率低（只发生过两次相变，即一次固-液相变，一次液-固相变）、相变材料掺入量有限、相变焓不够等缺点。

3）将相变材料加入到冷却水管：中国专利ZL 200910052803.0提出了一种采用相变材料循环工艺的大体积混凝土温控方法，该方法将固态的相变材料加入冷却水中，再将混有相变材料的冷却水注入大体积混凝土中的冷却水管，达到提高冷却循环水介质的热容、减缓水温的升高速率的目的。但该方法忽略了当环境温度不在相变区间时，相变材料不发生相变吸热，这使得该方法使用冷却水对大体积混凝土的水化温升进行降温时，只在大体积混凝土的温度到达相变材料的相变区间时，冷却水的吸热能力会明显增加，但当混凝土的温度低于或超过相变区间时，冷却水的吸热能力会显著降低，混凝土的温度会上升很快。

综上，冷却水管作为大体积混凝土的最常用的降温方法，在冷却水管周围会产生大量冷缩微裂缝；而相变材料作为大体积混凝土控温的新研究方向，还存在较多的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种能降低大体积混凝土的最高水化温度，减小混凝土的内外温差的大体积混凝土的降温方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种大体积混凝土的降温方法，它包括如下步骤：

1）双层水管的布置：在准备浇筑大体积混凝土的工程部位处布置双层水管；

2）相变材料的注入：将相变材料融化成液态注入到双层水管的外层管中，并堵住外层管的出水端，然后让双层水管放置冷却；

3）混凝土浇筑：浇筑混凝土浆体到工程部位，并振捣；

4）通冷却水：向双层水管的内层管持续注入冷却水，并监测出水端流出冷却水的温度；

5）相变材料和内层管的回收：待大体积混凝土冷却后，将相变材料液化后从外层管排出，同时将内层管抽出；

6）水泥浆的注入：制备水泥浆，将其注入到外层管中。

上述方案中，所述的相变材料为固液相变材料，相变温度范围为25℃～45℃。

上述方案中，所述的相变材料为固液相变材料，相变温度范围为25℃～40℃。

上述方案中，所述的相变材料为CaCl₂·6H₂O、Na₂SO₄·10H₂O、Na₂CO₃·10H₂O、Na₂HPO₄、石蜡C₁₈、十二醇、十二烷、十四烷、硬脂酸乙酯、葵酸中的任意一种或两种以上以任意比例的混合。

上述方案中，所述的相变材料为第一相变材料和第二相变材料以任意比例的混合，所述第一相变材料的相变温度范围为25℃～35℃，所述第二相变材料的相变温度范围为40℃～45℃。

上述方案中，所述第二相变材料为石蜡C₁₆-C₂₈或十二烷酸中的一种或两种以任意比例的混合。

上述方案中，所述的双层水管的外层管为钢管或铁管，双层水管内层管为金属软管。

上述方案中，其特征在于，所述的步骤6）中的水泥浆为水泥、水、减水剂按重量比为1：0.25～0.5：0～0.015搅拌制得的水泥浆。

值得注意的是，上述大体积混凝土在进行控温的过程中，其表层还需做好保温保湿养护。

与现有技术相比，本发明有益效果是：

1）混凝土不会产生冷缩微裂缝

由于相变材料在相变温度区间的温度较为稳定，使得双层水管外层温度稳定，且与混凝土的温差不会太大，不会产生大量冷缩微裂缝。

2）减小了大体积混凝土内外温差

相变材料具有蓄热特性，在温度升高至相变温度时相变吸收热量，而当温度降低至相变温度时亦可以相变放出热量，因此，相变材料在混凝土的高温区将吸收大量热量，而在混凝土的低温区（如混凝土结构的外层），当混凝土的温度低于相变材料的相变温度时，相变材料将会放出热量，有效地减小了混凝土的降温速率，减小了混凝土的内外温差，从而防止温度裂缝的产生。

3）相变材料的热利用率高

实现了水与相变材料、相变材料与混凝土之间两次热交换同步持续地进行，提高了相变材料的热利用率，解决了相变材料相变焓不够的问题。

4）相变材料可回收利用

大体混凝土结构冷却后，相变材料可以回收，降低了成本。

5）不会对建筑产生负面影响

液化的相变材料不会流入混凝土结构中，不会对建筑产生负面影响。

6）无需制备定型的相变复合材料

相变材料液化后可以直接注入双层水管的外层管内使用，工艺简单，无需制备定型的相变复合材料。

7）可分析控制冷却水的流量

通过监测出水端流出冷却水的温度，将其与所用的相变材料的相变温度对比，当水温接近相变材料的相变温度时，可提高水的流量或降低水的温度；反之，可降低水的流量或提高水的温度。

附图说明

图1为本发明的双层水管的示意图。

图2为双层水管的工作状态图。

图中：1-双层水管，2-模板，11-冷却水，12-内层管，13-相变材料，14-外层管，15-进水端，16-出水端，31-第一温度传感器、32-第二温度传感器。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例和附图对本发明做进一步的描述。

实施例1：

实施例1中大体积混凝土的各原料及所占重量比为水泥300 kg/m³、粉煤灰90 kg/m³、矿粉80 kg/m³、砂680 kg/m³、石1090 kg/m³、水160 kg/m³、减水剂6 kg/m³。各原料在搅拌前的投料温度都为20℃。将各原料按上述重量比称量，搅拌后制成混凝土浆体。所用的水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5；粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰；矿粉为S95级矿粉；砂为河砂，细度模数2.6，含泥量为2%；石为5~31.5mm连续级配，减水剂为聚羧酸减水剂，固含量为20%，减水率23%。

制作1m×1m×1m的立方模板2。模板2的底面和四周的保温采用80mm厚的苯板，表面用薄膜+100mm厚的岩棉被进行保温，尽可能的减小大体积混凝土与外界的热交换，实现模拟测试大体积混凝土的绝热温升的目的。

本发明实施例提供一种大体积混凝土的降温方法，它包括如下步骤：

1）双层水管1的布置：

如图2所示，在准备浇筑大体积混凝土的工程部位处布置双层水管，本实施例采用钢筋（图未示）对双层水管1进行固定。双层水管1可均匀布置，当然也可根据大体积混凝土的温度场分布，布置在温度较高区域的双层水管密度较高，布置在温度较低区域的双层水管密度较低。在本实施例中，双层水管1为盘形，其布置在大体积混凝土的中心横截面上。双层水管1包括进水端15和出水端16，可将双层水管1的进水端15设在混凝土高温区，双层水管1的出水端16可设在混凝土的低温区。为监测本实施例对大体积混凝土的降温较果，在双层水管1外安装若干温度传感器，本实施例在盘形的双层水管1的中心和外圈的下方2cm处分别安装第一温度传感器31及第二温度传感器32。

2）相变材料13的注入：

向双层水管1的内层管12持续注入50℃左右的热水；同时，将葵酸（固液相变材料，相变温度为36℃）融化成液态，并将其注入到双层水管1的外层管14中，待葵酸注满后，停止向内层管12注入热水并堵住外层管14的出水端，然后让双层水管放置冷却。

3）混凝土浇筑：

浇筑上述的混凝土浆体到工程部位，并振捣。

4）通冷却水：

向双层水管1的内层管12持续注入冷却水，并监测出水端流出冷却水的温度（为比较实施例1、2与对照例的大体积混凝土的降温效果，控制冷却水的流速为恒定，控制冷却水的进水水温为15℃；当将本专利技术运用于工程时，可通过监测出水端流出冷却水的温度，将其与所用的相变材料的相变温度对比，当水温接近相变材料的相变温度时，可提高水的流量或降低水的温度；反之，可降低水的流量或提高水的温度）。

5）相变材料和内层管的回收：

待大体积混凝土冷却后（如低于40℃时），这时混凝土早已硬化，混凝土的抗拉强度已达到较高的水平，再向双层水管1的内层管12持续注入50℃左右的热水，使葵酸液化；同时，打开外层管14的下端口，使葵酸从外层管14内排出。当相变材料葵酸回收后，将内层管12抽出，以后再利用。

6）水泥浆的注入：

按重量比为水泥：水：减水剂=1：0.3：0.01搅拌制得水泥浆，水泥浆的流动性为260mm（水泥净浆流动度参考GB/T 8077规定的方法进行），流动性较好，并将其注入到外层管14中。

所述双层水管1的外层管14为钢管，双层水管内层管12为不锈钢金属软管。

实施例2：

实施例2中大体积混凝土的配制、混凝土模板的制作、模板外的保温措施、温度传感器设置、通冷却水的流速、冷却水的进水水温、大体积混凝土的降温方法的实施步骤与实施例1相同。

实施例2与实施例1不同之处是将相变材料改为石蜡C₁₈（固液相变材料，相变温度为28℃）和石蜡C₁₆- C₂₈（固液相变材料，相变温度范围为42~44℃）两种按重量比为8：2复合使用。

对照例：

对照例中大体积混凝土的配制、混凝土模板的制作、模板外的保温措施、温度传感器设置与实施例1相同。

对照例与实施例1不同之处在于不对大体积混凝土进行降温处理，即不使用冷却水管，也不使用相变材料。

如表1所示，实验结果表明：

1）本专利方法能明显降低大体积混凝土的最高温度（对照例的最高温度为73.9℃，实施例1的最高温度为53.1℃，实施例2的最高温度为49.4℃）；

2）本专利方法能明显降低大体积混凝土内外温差（对照例的内外温差最大值为34.8℃，实施例1的内外温差最大值为15.7℃，实施例2的内外温差最大值为16.1℃），其原因是相变材料在混凝土的高温区将吸收大量热量，而在混凝土的低温区（如混凝土结构的外层），当混凝土的温度低于相变材料的相变温度时，相变材料将会放出热量，有效地减小了混凝土的降温速率，减小了混凝土的内外温差；

3）本专利方法能延迟大体积混凝土的最高温度的出现时间（对照例最高温度的出现时间为2天，实施例1最高温度的出现时间为3天，实施例2最高温度的出现时间为4天），其原因是相变材料的相变吸热量较大，能在水泥水化的早期吸收大量水化热，降低大体积混凝土的温度，也就同时降低了水泥的水化速率。

表1 大体积混凝土的温度（℃）

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本发明的保护范围并不限于上述的实施例，其它与本发明实质相同的技术方案都属于本发明保护的范围。

Claims

1.一种大体积混凝土的降温方法，其特征在于它包括如下步骤：

3）混凝土浇筑：浇筑混凝土浆体到工程部位，并振捣；

6）水泥浆的注入：制备水泥浆，将其注入到外层管中。

2.如权利要求1所述的大体积混凝土的降温方法，其特征在于，所述的相变材料为固液相变材料，相变温度范围为25℃～45℃。

3.如权利要求1所述的大体积混凝土的降温方法，其特征在于，所述的相变材料为固液相变材料，相变温度范围为25℃～40℃。

4.如权利要求3所述的大体积混凝土的降温方法，其特征在于，所述的相变材料为CaCl₂·6H₂O、Na₂SO₄·10H₂O、Na₂CO₃·10H₂O、Na₂HPO₄、石蜡C₁₈、十二醇、十二烷、十四烷、硬脂酸乙酯、或葵酸中的任意一种或两种以上以任意比例的混合。

5.如权利要求1所述的大体积混凝土的降温方法，其特征在于，所述的相变材料为第一相变材料和第二相变材料以任意比例的混合，所述第一相变材料的相变温度范围为25℃～35℃，所述第二相变材料的相变温度范围为40℃～45℃。

6.如权利要求5所述的大体积混凝土的降温方法，其特征在于，所述第二相变材料为石蜡C₁₆-C₂₈或十二烷酸中的一种或两种以任意比例的混合。

7.如权利要求1至6任一项所述的大体积混凝土的降温方法，其特征在于，所述的双层水管的外层管为钢管或铁管，双层水管内层管为金属软管。

8.如权利要求1至6任一项所述的大体积混凝土的降温方法，其特征在于，所述的步骤6）中的水泥浆为水泥、水、减水剂按重量比为1：0.25～0.5：0～0.015搅拌制得的水泥浆。