[发明专利]采用预填埋相变材料降低水泥基材料内部温升的方法

说明书

技术领域

本发明属于材料应用技术领域，特别涉及一种降低水泥基材料内部温升，延缓温度峰值出现时间，避免出现温度裂缝的方法。

背景技术

混凝土等水泥基材料浇筑后，水泥的水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，温度变化不平缓；温控效果受外界温度变化的影响。

2.加入缓凝剂微胶囊

在水泥基材料中掺加以石蜡为壁材、缓凝剂为芯材的微胶囊，在温升过程中石蜡融化使缓凝剂释放，减缓水泥的水化速率，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。

发明内容

本发明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，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。

本发明的技术方案为：一种采用预填埋相变材料降低水泥基材料内部温升的方法，是将相变温度为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：