CN115674412A - 一种提升混凝土电固化效率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提升混凝土电固化效率的方法。该方法为：将混凝土与外加剂混合后先采用直流电进行养护，然后再更换为交流电养护，直至混凝土升温至目标温度即可。本发明充分利用了混凝土早期水化多离子的特性，并组合应用直流电移动离子和交流电加热混凝土，实现了在不影响混凝土工作性能和硬化后强度的情况下，有效的提升了混凝土的电固化效率。
Description
技术领域
本发明属于混凝土电固化技术领域，具体涉及一种提升混凝土电固化效率的方法。
背景技术
低温、负温环境下混凝土早期强度的快速形成，是上述服役环境下的混凝土结构施工的关键，传统方法常用添加早强剂、高温蒸汽养护等措施。通电养护是一种新型的混凝土养护方法，通过直接给新拌混凝土施加外加电压使其内部产生焦耳热，即使在低温、负温环境下也能够维持自身养护环境温度并且加快水泥水化和凝固，试其获得足够的早期强度。
电固化是以混凝土拌合物为电阻，在两端通以交流电，以实现混凝土的发热，从而促进混凝土固化。但在混凝土拌合物固化的过程中电阻是逐渐增大的，另外完全固化后的混凝土电阻会变的非常大，而限于常规供电设备所能承受的电压，通常只能采用尽量小的电压使混凝土达到预设温度。因而在尽量小的电压下提高混凝土电固化效率的关键是降低混凝土电阻，现有技术多在混凝土搅拌过程中掺入碳纤维、碳纳米纤维、炭黑等，以增加混凝土导电性，从而实现较小电压下的混凝土电固化。
然而，上述添加物仅仅起到增加电流通路的作用，并不与混凝土材料本身发生化学反应，过多的掺量甚至会引起混凝土工作性能降低、硬化混凝土强度降低等工程问题。因此，开发一种新型的降低混凝土拌合物电阻且不影响混凝土工作性能以及后期强度发展的技术是提升混凝土电固化效率的关键。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供一种提升混凝土电固化效率的方法，本发明方法可使混凝土电阻保持持续较低的同时，使外加剂后期促进混凝土持续水化，从而实现电养护不影响混凝土工作性能及硬化后强度值前提下，提升混凝土电固化效率。
为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种提升混凝土电固化效率的方法，将混凝土与外加剂混合后先采用直流电进行养护，然后再更换为交流电养护。
进一步地，在直流电养护过程中，每30～60s更换一次通电的正负极方向，直至混凝土中的外加剂离子失去移动能力，再采用交流电养护。
进一步地，直流电养护的时间为30～180min。
进一步地，直流电养护和交流电养护所使用的电压保持一致。
进一步地，通电电压计算公式为：
其中，m为混凝土试件质量，单位为kg；c为混凝土比热容，单位为J/(kg·℃)；R为混凝土试件初始电阻，单位为Ω；Tf为混凝土试件升温的目标温度；Ti为混凝土试件的初始温度；t为通电时间，单位为s。
进一步地，外加剂的用量为混凝土中胶凝材料重量的0.5～3％。
进一步地，混凝土为本领域常规用混凝土材料，比如C30、C40、C50混凝土等。
进一步地，外加剂需满足以下特性：
(1)需要具备能够提高新拌混凝土内部自由离子的浓度来大幅度降低其塑性期的电阻，提高通电效率；
(2)需要在直流电作用下充分电离和移动，避免其与胶凝材料水化结合；
(3)需要在交流电作用下或停止通电情况下，能促进混凝土发生水化反应，保障混凝土硬化后强度。
进一步地，外加剂为减水剂、早强剂、防冻剂和引气剂中的至少一种。
进一步地，外加剂为早强剂。
本发明的有益效果：
1、由于制备的混凝土试件中的自由离子逐渐水化结合形成水化产物晶体，使得混凝土逐渐硬化并导致其电阻逐渐增大。本发明通过在新拌混凝土中添加外加剂，使其大幅降低混凝土初始电阻；然后再通过直流电使混凝土液相中的水化产物晶体保持电离状态，形成自由离子，维持液相中较高的自由离子浓度，以避免新拌混凝土的电阻快速升高。
2、在直流养护过程中每隔30s-1min更换正负极方向，使得外加剂离子在混凝土中往复移动，使得混凝土持续保持低电阻且液相中离子分布均匀，从而保障升温均匀；而当混凝土随着时间流逝而逐渐固化，液相减少，此时的直流电难以解离水化产物晶体，待离子失去移动能力后，再通以交流电作用于混凝土拌合物，使其进行升温养护。由于交流电电流方向变化非常快，溶液中的离子不会向电极两端定向移动，水化产物不会被解离，且相较于直流电具有更均匀的升温效果，因此，需要在直流电通电处理后再用交流电进行较长时间的升温养护。
3、本发明充分利用了混凝土早期水化多离子特性，并组合应用直流电移动离子和直交流电加热混凝土，实现了在不影响混凝土工作性能和硬化后强度的情况下，有效的提升了混凝土的电固化效率。
4、本发明一方面通过通电养护使新拌混凝土内部升温加速新拌混凝土固化成型形成强度，另一方面通过添加外加剂大幅度降低电阻改善通电效果并促进早期强度的增长，通过这两方面的共同作用使混凝土早期强度快速增长。
附图说明
图1为在不同时间将直流电切换为交流电后的电阻率变化曲线；
图2为实施例2和对比例1～3处理的混凝土试件电阻率随时间的变化图；
图3为实施例2和对比例1～3处理的混凝土试件温度随时间的变化图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
实施例1
直流养护和交流养护用电压的计算方法：
提高混凝土试件达到某一目标温度所需的能量由以下热力学关系决定：
Q＝mcΔTh (1)
ΔTh＝(Tf-Ti) (2)
式(1)、(2)中：Q为能量(J)；m为混凝土试件质量(kg)；c为混凝土比热容(J/kg)；ΔTh为混凝土试件升温的目标温度Tf和混凝土试件初始温度Ti的差值。
通电所产生的电热量可以通过焦耳热定律确定：
式(3)中：P为通电功率(W)；U为通电电压(V)；R为混凝土试件初始电阻(Ω)；t为通电时间(s)。
不考虑散热影响，试件升温的热量Q为Q通电产热和相等，公式如下：
最终得到的通电电压为：
实施例2
一种提升混凝土电固化效率的方法，具体过程如下：
(1)将混凝土和甲酸钙早强剂混合，制备得到混凝土试件；其中，甲酸钙早强剂的用量为混凝土中胶凝材料质量的2％；
(2)确定混凝土试件的以下数值：
混凝土试件m＝2.2kg、c＝970J/(kg·℃)、初始电阻R＝245Ω、目标温度Tf＝30℃、初始温度Ti＝5℃、通电时间t＝14400s；其中，初始电阻R数字电桥检测；初始温度Ti由多路温度测试仪测试混凝土试件内部中心；
然后根据实施例1中的电压计算公式计算出通电电压为30V；
(3)向混凝土试件施加电压为30V的直流电，通电时间为90min，在此期间每隔60s更换一次正负极方向，然后再通以电压为30V的交流电，使其升温至目标温度即可。
实施例3
一种提升混凝土电固化效率的方法，具体过程如下：
(1)将混凝土和甲酸钙早强剂混合，制备得到混凝土试件；其中，甲酸钙早强剂的用量为混凝土中胶凝材料质量的3％；
(2)确定混凝土试件的以下数值：
混凝土试件m＝2.2kg、c＝970J/(kg·℃)、初始电阻R＝245Ω、目标温度Tf＝30℃、初始温度Ti＝5℃、通电时间t＝14400s；其中，初始电阻R由数字电桥检测；初始温度Ti由多路温度测试仪测试混凝土试件内部中心；
然后根据实施例1中的电压计算公式计算出通电电压为30V；
(3)向混凝土试件施加电压为30V的直流电，通电时间为30min，在此期间每隔30s更换一次正负极方向，然后再通以电压为30V的交流电，使其升温至目标温度即可。
实施例4
一种提升混凝土电固化效率的方法，具体过程如下：
(1)将混凝土和甲酸钙早强剂混合，制备得到混凝土试件；其中，甲酸钙早强剂的用量为混凝土中胶凝材料质量的2％；
(2)确定混凝土试件的以下数值：
混凝土试件m＝2.2kg、c＝970J/(kg·℃)、初始电阻R＝245Ω、目标温度Tf＝30℃、初始温度Ti＝5℃、通电时间t＝14400s；其中，初始电阻R数字电桥检测；初始温度Ti由多路温度测试仪测试混凝土试件内部中心；
然后根据实施例1中的电压计算公式计算出通电电压为30V；
(3)向混凝土试件施加电压为30V的直流电，通电时间为60min，在此期间每隔50s更换一次正负极方向，然后再通以电压为30V的交流电，使其升温至目标温度即可。
对比例1
与实施例1相比，本方案处理过程中仅使用交流电，其余与实施例1均保持一致。
对比例2
与实施例1相比，本方案处理过程中不使用外加剂，其余与实施例1均保持一致。
对比例3
与实施例1相比，本方案处理过程中仅使用交流电，且不使用外加剂，其余与实施例1均保持一致。
试验例
1、检测实施例2～4中所记载的直流电不同作用时间后混凝土的电阻值变化，并以仅使用交流电处理作为对照，结果见图1。
如图1所示，在由直流电处理切换为交流电处理后，混凝土试件的电阻值随通电时间的延长而升高，但实施例2中直流电处理90min后再切换为交流电处理的方式能够保证电阻的变化更小，也就是可以最大限度的使混凝土试件电阻长时间保持在更低的水平。
2、检测实施例2和对比例1～3所记载的技术方案中混凝土试件的电阻变化情况，结果如图2所示。
如图2所示，相较于对比例1～3所记载的技术方案而言，本申请实施例2所记载的技术方案能够使混凝土试件长时间保持更低的电阻值。其原因在于：
与本申请技术方案相比，对比例3中由于没有使用早强剂，且一直以交流电进行处理，在此过程中，混凝土试件中不会解离水化产物形成离子，且液相中的自由离子快速减少并形成水化产物凝胶导致混凝土凝固，从而导致电阻快速增大。
与本申请技术方案相比，对比例2中采用相同的电处理过程，但未使用早强剂。虽然相同的电处理过程能够起到与本方案相同的功效，也就是使混凝土液相中的水化产物晶体形成自由离子，维持液相具有一定的自由离子浓度。但由于未使用早强剂，导致混凝土中自由离子含量大幅度降低，从而导致混凝土无法长时间的保持更低的电阻。
对比例1中则是采用交流电处理添加有早强剂的混凝土，早强剂虽然可以大幅增加混凝土液相中的自由离子，从而大幅降低混凝土初始电阻的功效。但早强剂也会加速水化过程结合成水化产物，减少自由离子浓度，而交流电由于电流方向变化过快，溶液中的离子不会向电极两端移动，也就不会解离水化产物，那么就会导致混凝土试件中的自由离子快速减少并形成水化产物凝胶导致混凝土凝固，从而导致电阻在后期快速增大。
3、检测实施例2和对比例1～3所记载的技术方案中混凝土试件的温度变化情况，结果如图3所示。
在相同的电压下与相同通电时间下，混凝土电阻越低，电阻增长越缓慢，其发热量会越高。在低于70℃的温度范围内，混凝土的温度越高越利于早期强度的增长，其电固化效率也越高。
如图3所示，本申请实施例2在整个通电养护过程中的温度均高于对比例1～3，发热量更高。由此可以说明，本申请技术方案能够使得混凝土的电阻值更低，电阻增长速率更慢，电固化效率更高，且早期强度更好。
最后应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种提升混凝土电固化效率的方法，其特征在于，将混凝土与外加剂混合后先采用直流电进行养护，然后再更换为交流电养护。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在直流电养护过程中，每30～60s更换一次通电的正负极方向，直至混凝土中的外加剂离子失去移动能力，再采用交流电养护。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，直流电养护的时间为30～180min。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，直流电养护和交流电养护所使用的电压保持一致。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，通电电压计算公式为：
其中，m为混凝土试件质量，单位为kg；c为混凝土比热容，单位为J/(kg·℃)；R为混凝土试件初始电阻，单位为Ω；Tf为混凝土试件升温的目标温度；Ti为混凝土试件的初始温度；t为通电时间，单位为s。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，外加剂的用量为混凝土中胶凝材料重量的0.5～3％。
7.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于，外加剂为减水剂、早强剂、防冻剂和引气剂中的至少一种。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant |