大體積混凝土溫控方法

專利名稱：大體積混凝土溫控方法
技術領域：
本發明屬于大體積混凝土溫控領域，尤其涉及循環冷卻水管降低大體積 混凝土水化溫升的工藝。
背景技術：
眾所周知，大體積混凝土澆筑后，水泥基膠凝材料水化放熱引起溫升， 在混凝土體量大的情況下，聚集在其內部的水化熱不易散發，內部溫度快速 上升，而表面散熱相對容易，因而容易形成顯著的內外溫差，使澆筑面層產 生拉應力。對于新澆注混凝土，前期抗拉強度很低，當表面拉應力超過混凝 土極限抗拉強度時就會在混凝土表面產生裂縫，嚴重時將產生貫穿'陣裂縫。 裂縫不僅會降低結構承載力，而且對結構的防水、抗腐蝕等性能都會產生嚴 重的影響。因此，必須控制大體積混凝土的內部溫升，以最大限度減少結構 開裂。
除了科學設計混凝土材料體系配合比，目前控制水泥基膠凝材料水化溫
升的主要技術措施有以下幾種 1)循環冷卻水管法
利用埋設冷卻水循環系統帶出混凝土內部熱量是工程實踐中采用最多的 一種方式。冷卻水管以其應用的靈活性和實用性等特點，在世界各國混凝土 施工中得到廣泛的運用。冷卻水循環系統的布管方式、管徑、管距、冷卻水
流量及冷卻水溫度等因素直接影響大體積混凝土的控溫效果。
然而，運用冷卻水管法存在一些突出的矛盾和缺點。冷卻水溫越低，冷 卻水管與混凝土之間的溫差越大，冷卻效果就越好，但是冷卻水管與混凝土 之間的溫差過大會引起冷卻水管周圍混凝土拉應力過大，當拉應力超過極限 拉應力時混凝土就會開裂，俗稱"冷擊"；冷卻水流量越大，冷卻效果越好， 但流量的增大，出水口水溫將降低，造成冷卻系統的制冷設備利用率降低；冷卻效果對管距變化很敏感，減小管距可以較大提高冷卻效果，但直接導致
鋼材消耗量增大；流程增大，循環水溫度升高，溫度場不均衡。
2)直接在混凝土中引入相變材料(簡稱PCM)法
PCM法是指在PCM物相轉變過程中，可以與外界環境進行能量交換(從 外界環境吸收熱量或者向外界環境放出熱量)，從而達到控制環境溫放和能量 利用的方法。與水的顯熱儲能(水的顯熱儲熱容為4.2kJ/kg)相比，PCM具 有潛熱儲能密度高、溫度控制恒定、相變溫度點選擇范圍寬及易于控制等優 點，因此相變材料可作為很好的儲熱介質。
目前，將相變材料應用于混凝土的溫控技術主要有相變材料直接摻入法 和相變材料預填埋法兩種方式。
1 .相變材料直接4參入法是指直接在混凝土攪拌過程中加入固態相變材料， 在混凝土升溫過程中，相變材料發生固-液相變吸收水化反應產生的熱量，控 制溫度的上升速度和最高溫升值，而在混凝土降溫過程中，相變材料發生液-固轉變，將存儲的熱量釋放出來，降低混凝土溫度下降速度，相變材料的加 入使大體積混凝土溫度場分布更合理。但該技術的缺點在于由于相變材料 不可回收，因此直接加入相變材料量有限，降溫效果也大打折扣；相變材料 對混凝土的耐久性有潛在性危害，且相變材料在^s咸性環境下物理化學性能的 穩定性限制了相變材料的選擇種類。
2.相變材料預填埋法是指將相變材料預封裝，在混凝土澆筑過程中填埋到 水泥基膠凝材料中的方法。該方法存在控溫非持續性、PCM不可更換、成 本費用高等缺點。

發明內容
有鑒于此，本發明針對現有技術存在的缺點，提供一種采用相變材料循 環工藝的大體積混凝土溫控方法，可以提高冷卻循環水介質的熱容，降低水 管中水的溫度變化梯度，在改善循環水系統的溫控效率的同時使大體積混凝 土內部溫度場更加均勻、和諧。
為解決上述技術問題，本發明采用了如下技術方案
一種采用相變材料循環工藝的大體積混凝土溫控方法，包括如下步驟第一步，將固態的相變材料加入冷卻水中，再將混有相變材料的冷卻水
注入大體積混凝土的冷卻水管進水口 ；
第二步，在冷卻水管出水口處將相變材料與水進行分離； 第三步，將分離得到的相變材料冷卻成固態后循環再利用。 -在上述大體積混凝土溫控方法中，所述第一步中，所述相變材料以樣史封
裝形式加入冷卻水中，所述第二步中，所述冷卻水管出水口處:^殳置過濾篩，
用于將水和微封裝的相變材料進行分離。
在上述大體積混凝土溫控方法中，所述第一步中，所述固態的相變材料
直接加入冷卻水中，所述第二步中，所述冷卻水管出水口排出相變材料與水
的液相混合體，用導流槽以一定的落差將漂浮在水表面上的液態相變材料分
離出去。
相變材料PCM摻量的選用原則是，在水-PCM混合介質不會引起管路堵 塞的條件下，為實現最佳的平衡溫度場的效果，選取PCM盡可能大的摻量， 不封裝PCM摻量范圍為5%~25% (相對循環水的體積百分比)，微封裝PCM 摻量范圍為5°/。~20% (相對循環水的體積百分比)。
在上述大體積混凝土溫控方法中，所述相變材料為固液相變材料，相變 溫度范圍為20°C~40°C。
在上述大體積混凝土溫控方法中，所述相變材料是由脂肪酸類、石蠟類、 Na2S04 . 10H20、 Na2HP04 ' 12H20、 CaCl2 . 6H20及Na2C03'10H20中的一種 或兩種組成的混合物。
本發明方法的原理是在混凝土澆筑時，水泥基膠凝材料的水化放熱會 使冷卻水管內的水溫上升，從而使其中的相變材料發生固-液相變，吸收大量 的熱，致使冷卻水管內部溫度上升趨緩。
本發明的有益效果
1. 加入相變材料PCM可以提高冷卻循環水介質的熱容，降低水管中水的 溫度變化梯度，減緩了水溫的升高速率，在改善循環水系統的溫控效率的同 時使大體積混凝土內部溫度場更加均勻、和諧。
2. 利用PCM控溫，可根據大體積混凝土所處的不同外界環境條件和水化 內部溫度氛圍選擇具有合適相變溫度點及相變潛熱的PCM,控溫過程中可以
5更換PCM的種類，實現溫控的靈活性。PCM相變材料相變溫度可根據氣候 特性、澆筑齡期進行調節，材料來源廣泛。
3.與在混凝土體系中直接加入PCM的方式相比，該方法中PCM可循環 利用，因而，成本大大降低，同時避免了 PCM可能出現的對混凝土性能的弱 化。 .


圖1為釆用相變材料循環工藝的大體積混凝土溫控方法的工藝流程圖。 圖2為出水口處微封裝相變材料與水分離示意圖。 圖3為出水口處非微封裝相變材料與水分離示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明作清楚、完整地說明 實施例1
橋梁工程1的承臺大體積混凝土標號為C30,承臺厚度5m,冬季施工， 環境溫度10。C,入才莫溫度15。C。在混凝土中布置冷卻水管，管內徑25mm， 上下布置4層，通水流量7m3/11，通水開始時間為混凝土澆筑完畢起，連續通 水15天。
這種采用相變材料循環工藝的大體積混凝土溫控方法，請參閱圖1,包括 如下步驟
第一步，將常溫下固態的相變材料PCM以微封裝形式加入循環的冷卻水 中，將混有相變材料的冷卻水作為冷卻介質，注入到大體積混凝土的冷卻水 管的進水口。本實施例中，所述相變材料為C20 C30烷烴與C10 C14中鏈脂 肪酸的混合物(質量比為0.2~0.5:1 ),釆用聚乙烯微封裝，其熔點為27.5°C-30.0 °C,相變潛熱為155kJ/kg-165kJ/kg。
本實施例中，所述相變材料PCM摻量范圍相對冷卻水的體積百分比為 10%。
第二步，當混有相變材料的水到達冷卻水管出水口處，將相變材料與水 進行分離。針對相變材料以微封裝形式加入冷卻水的情況，本實施例采用如下分離工藝A，如圖2所示在冷卻水管出水口位置i殳置一定孔徑的過濾篩， 將水和微封裝的相變材料進行分離。所述過濾篩的孔徑小于封裝PCM粒徑。 另外，分離出來的水可沖艮據需求調配到循環的水中。
第三步，將分離得到的相變材料冷卻成固態及分離得到的溫水降溫后循 環再利用。即當將相變材料冷卻成固態后，重復第一步，形成循環。.所述將 相變材料冷卻成固態可以通過采用冷卻水冷卻來實現。
本發明是建立在混凝土冷卻水循環系統的基礎上。本實施例中，經測試 而得在某時刻進水溫度為24.8°C，出水溫度為33.2。C。而當在水循環里加 入該相變材料10%后，出水溫度降低至30.1°C。可以有效減緩冷卻水管的溫 降。因此，通過在混凝土冷卻水循環系統的循環水中加入相變材料，可以使 冷卻水管內的水溫上升趨緩，水溫變化梯度降低，從而實現最佳的平衡溫度 場的效果。
實施例2
橋梁工程2承臺大體積混凝土，標號為C30,承臺厚度7m,夏季施工， 環境溫度26。C，入模溫度32。C。在混凝土中布置冷卻水管，管內徑25mm, 上下布置4層，通水流量7mVh，通水開始時間為混凝土澆筑完畢起，連續通 水15天。經測試而得在某時刻進水溫度為30.9°C,出水溫度為39.2°(:。而
當在水中摻入相變材料10%后，出水溫度降低至36.rc。
本實施例中，本實施例與實施例1的區別還在于(l)在第一步中，將 常溫下固態的相變材料直接加入循環的冷卻水中，將混有相變材料的冷卻水 作為冷卻介質，注入到大體積混凝土的冷卻水管的進水口。所述相變材料為
月桂酸與肉豆蔻酸的低共溶物，其熔點為33.5'C~35.5°C，相變潛熱為 160kJ/kg~170kJ/kg。 (2)在第二步中，針對第一步中相變材料直接加厶冷卻水 中的情況，采用如下分離工藝B:請參閱圖3，冷卻水管的出水口排出相變材 料與水的液態混合體，由于液態相變材料相對水的密度較低，因此，液態相 變材料漂浮在水表面，所以，可以利用導流槽將相變材料與水分離。 實施例3
某工程^5出大體積混凝土，標號為C40，板厚5m,夏季施工，環境溫度 22°C，入模溫度28。C。在混凝土中布置冷卻水管，管內徑25mm,上下布置4層，通水流量7m3^。經測試而得在某時刻進水溫度為35.3°C，出水溫度為 44.8°C,在水中摻入相變材料9%,出水溫度降低至40.8。C。
本實施例與實施例1的區別還在于所述相變材料為C20烷烴，其熔點 為40.4。C，相變潛熱為213kJ/kg。
本發明建立在混凝土冷卻水循環系統的基礎上。所述相變材料由脂肪酸 類、石蠟類、Na2S04 10H20、 Na2HP04 12H20、 CaCl2 . 6H20及Na2CQ3*10H20 中的一種或兩種組成的混合物。當溫度和混凝土入模溫度均較低，相變材料 相變溫度下限可以適當調低，相變材料種類可以選擇相變溫度點20 4(TC，根 據混凝土內部溫度發展進行選用和優化；夏季施工環境溫度和混凝土入模溫 度均較高，相變材料相變溫度下限需適當調高，相變材料種類可以選擇相變 溫度點30 4(TC范疇，同樣根據混凝土內部溫度發展歷程進行PCM種類的調 配。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發明。本發 明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可 作各種的更動與潤飾。因此本發明的保護范圍當視權利要求書所界定者為準。
權利要求
1.一種大體積混凝土溫控方法，其特征在于，包括如下具體步驟第一步，將固態的相變材料加入冷卻水中，再將混有相變材料的冷卻水注入大體積混凝土的冷卻水管進水口；第二步，在冷卻水管出水口處將相變材料與水進行分離；第三步，將分離得到的相變材料冷卻成固態后循環再利用。
2. 根據權利要求1所述的大體積混凝土溫控方法，其特征在于所述第一步 中，所述相變材料以樣i封裝形式加入冷卻水中；所述第三步中，所述冷卻 水管出水口處設置過濾篩，用于將水和微封裝的相變材料進行分離。
3. 根據權利要求2所述的大體積混凝土溫控方法，其特征在于所述第一步 中，所加入的相變材料相對冷卻水的體積百分比為5%~20%。
4. 根據權利要求1所述的大體積混凝土溫控方法，其特征在于所述第一步 中，所述固態的相變材料直接加入冷卻水中；所述第三步中，所述冷卻水 管出水口排出相變材料與水的液相混合體，用導流槽以一定的落差將漂浮 在水表面上的液態相變材料分離出去。
5. 根據權利要求4所述的大體積混凝土溫控方法，其特征在于所述第一步 中，所加入的相變材料相對冷卻水的體積百分比為5%~25%。
6. 根據權利要求1~5任一項所述的大體積混凝土溫控方法，其特征在于 所述相變材料為固液相變材料，相變溫度范圍為20。C 40。C。
7. 根據權利要求6所述的大體積混凝土溫控方法，其特征在于所述相變材 料是由脂肪酸類、石蠟類、Na2S04 '10H20、 Na2HP04 .12H20、 CaCl2 .6H20 及Na2C03* 10H20中的 一種或兩種組成的混合物。
全文摘要
本發明公開了一種采用相變材料循環工藝的大體積混凝土溫控方法，第一步，將固態的相變材料加入冷卻水中，再將混有相變材料的冷卻水注入大體積混凝土的冷卻水管進水口；第二步，在冷卻水管出水口處將相變材料與水進行分離；第三步，將分離得到的相變材料冷卻成固態后循環再利用。加入相變材料可以提高冷卻循環水介質的熱容，降低水管中水的溫度變化梯度，減緩了水溫的升高速率，在改善循環水系統的溫控效率的同時使大體積混凝土內部溫度場更加均勻、和諧。
文檔編號E02D15/00GK101586339SQ20091005280
公開日2009年11月25日 申請日期2009年6月9日 優先權日2009年6月9日
發明者廖曉敏, 許永和 申請人:上海建工(集團)總公司