專利名稱：大體積混凝土溫控方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于大體積混凝土溫控領(lǐng)域，尤其涉及循環(huán)冷卻水管降低大體積 混凝土水化溫升的工藝。
背景技術(shù)：
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(nèi)部的水化熱不易散發(fā)，內(nèi)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(nèi)外溫差，使?jié)仓鎸赢a(chǎn) 生拉應(yīng)力。對于新澆注混凝土，前期抗拉強(qiáng)度很低，當(dāng)表面拉應(yīng)力超過混凝 土極限抗拉強(qiáng)度時(shí)就會在混凝土表面產(chǎn)生裂縫，嚴(yán)重時(shí)將產(chǎn)生貫穿'陣裂縫。 裂縫不僅會降低結(jié)構(gòu)承載力，而且對結(jié)構(gòu)的防水、抗腐蝕等性能都會產(chǎn)生嚴(yán) 重的影響。因此，必須控制大體積混凝土的內(nèi)部溫升，以最大限度減少結(jié)構(gòu) 開裂。
除了科學(xué)設(shè)計(jì)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(shù)措施有以下幾種 1)循環(huán)冷卻水管法
利用埋設(shè)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)帶出混凝土內(nèi)部熱量是工程實(shí)踐中采用最多的 一種方式。冷卻水管以其應(yīng)用的靈活性和實(shí)用性等特點(diǎn)，在世界各國混凝土 施工中得到廣泛的運(yùn)用。冷卻水循環(huán)系統(tǒng)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(yùn)用冷卻水管法存在一些突出的矛盾和缺點(diǎn)。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(yīng)力過大，當(dāng)拉應(yīng)力超過極限 拉應(yīng)力時(shí)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(tǒng)的制冷設(shè)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(dǎo)致
鋼材消耗量增大；流程增大，循環(huán)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(zhuǎn)變過程中，可以與外界環(huán)境進(jìn)行能量交換(從 外界環(huán)境吸收熱量或者向外界環(huán)境放出熱量)，從而達(dá)到控制環(huán)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(diǎn)選擇范圍寬及易于控制等優(yōu) 點(diǎn)，因此相變材料可作為很好的儲熱介質(zhì)。
目前，將相變材料應(yīng)用于混凝土的溫控技術(shù)主要有相變材料直接摻入法 和相變材料預(yù)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(tài)相變材料， 在混凝土升溫過程中，相變材料發(fā)生固-液相變吸收水化反應(yīng)產(chǎn)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(fā)生液-固轉(zhuǎn)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(shù)的缺點(diǎn)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(huán)境下物理化學(xué)性能的 穩(wěn)定性限制了相變材料的選擇種類。
2.相變材料預(yù)填埋法是指將相變材料預(yù)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(xù)性、PCM不可更換、成 本費(fèi)用高等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，提供一種采用相變材料循 環(huán)工藝的大體積混凝土溫控方法，可以提高冷卻循環(huán)水介質(zhì)的熱容，降低水 管中水的溫度變化梯度，在改善循環(huán)水系統(tǒng)的溫控效率的同時(shí)使大體積混凝 土內(nèi)部溫度場更加均勻、和諧。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案
一種采用相變材料循環(huán)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(tài)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(jìn)水口 ；
第二步，在冷卻水管出水口處將相變材料與水進(jìn)行分離； 第三步，將分離得到的相變材料冷卻成固態(tài)后循環(huán)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(jìn)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(tài)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(dǎo)流槽以一定的落差將漂浮在水表面上的液態(tài)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(zhì)不會引起管路堵 塞的條件下，為實(shí)現(xiàn)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(huán)水的體積百分比)，微封裝PCM 摻量范圍為5°/。~20% (相對循環(huán)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(fā)明方法的原理是在混凝土澆筑時(shí)，水泥基膠凝材料的水化放熱會 使冷卻水管內(nèi)的水溫上升，從而使其中的相變材料發(fā)生固-液相變，吸收大量 的熱，致使冷卻水管內(nèi)部溫度上升趨緩。
本發(fā)明的有益效果
1. 加入相變材料PCM可以提高冷卻循環(huán)水介質(zhì)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(huán)水系統(tǒng)的溫控效率的同 時(shí)使大體積混凝土內(nèi)部溫度場更加均勻、和諧。
2. 利用PCM控溫，可根據(jù)大體積混凝土所處的不同外界環(huán)境條件和水化 內(nèi)部溫度氛圍選擇具有合適相變溫度點(diǎn)及相變潛熱的PCM,控溫過程中可以
5更換PCM的種類，實(shí)現(xiàn)溫控的靈活性。PCM相變材料相變溫度可根據(jù)氣候 特性、澆筑齡期進(jìn)行調(diào)節(jié)，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(huán) 利用，因而，成本大大降低，同時(shí)避免了 PCM可能出現(xiàn)的對混凝土性能的弱 化。 .


圖1為釆用相變材料循環(huán)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(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作清楚、完整地說明 實(shí)施例1
橋梁工程1的承臺大體積混凝土標(biāo)號為C30,承臺厚度5m,冬季施工， 環(huán)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(nèi)徑25mm， 上下布置4層，通水流量7m3/11，通水開始時(shí)間為混凝土澆筑完畢起，連續(xù)通 水15天。
這種采用相變材料循環(huán)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(tài)的相變材料PCM以微封裝形式加入循環(huán)的冷卻水 中，將混有相變材料的冷卻水作為冷卻介質(zhì)，注入到大體積混凝土的冷卻水 管的進(jìn)水口。本實(shí)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(zhì)量比為0.2~0.5:1 ),釆用聚乙烯微封裝，其熔點(diǎn)為27.5°C-30.0 °C,相變潛熱為155kJ/kg-165kJ/kg。
本實(shí)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(dāng)混有相變材料的水到達(dá)冷卻水管出水口處，將相變材料與水 進(jìn)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(shí)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(jìn)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(jù)需求調(diào)配到循環(huán)的水中。
第三步，將分離得到的相變材料冷卻成固態(tài)及分離得到的溫水降溫后循 環(huán)再利用。即當(dāng)將相變材料冷卻成固態(tài)后，重復(fù)第一步，形成循環(huán)。.所述將 相變材料冷卻成固態(tài)可以通過采用冷卻水冷卻來實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明是建立在混凝土冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上。本實(shí)施例中，經(jīng)測試 而得在某時(shí)刻進(jìn)水溫度為24.8°C，出水溫度為33.2。C。而當(dāng)在水循環(huán)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(huán)系統(tǒng)的循環(huán)水中加入相變材料，可以使 冷卻水管內(nèi)的水溫上升趨緩，水溫變化梯度降低，從而實(shí)現(xiàn)最佳的平衡溫度 場的效果。
實(shí)施例2
橋梁工程2承臺大體積混凝土，標(biāo)號為C30,承臺厚度7m,夏季施工， 環(huán)境溫度26。C，入模溫度32。C。在混凝土中布置冷卻水管，管內(nèi)徑25mm, 上下布置4層，通水流量7mVh，通水開始時(shí)間為混凝土澆筑完畢起，連續(xù)通 水15天。經(jīng)測試而得在某時(shí)刻進(jìn)水溫度為30.9°C,出水溫度為39.2°(:。而
當(dāng)在水中摻入相變材料10%后，出水溫度降低至36.rc。
本實(shí)施例中，本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別還在于(l)在第一步中，將 常溫下固態(tài)的相變材料直接加入循環(huán)的冷卻水中，將混有相變材料的冷卻水 作為冷卻介質(zhì)，注入到大體積混凝土的冷卻水管的進(jìn)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(diǎn)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(tài)混合體，由于液態(tài)相變材料相對水的密度較低，因此，液態(tài)相 變材料漂浮在水表面，所以，可以利用導(dǎo)流槽將相變材料與水分離。 實(shí)施例3
某工程^5出大體積混凝土，標(biāo)號為C40，板厚5m,夏季施工，環(huán)境溫度 22°C，入模溫度28。C。在混凝土中布置冷卻水管，管內(nèi)徑25mm,上下布置4層，通水流量7m3^。經(jīng)測試而得在某時(shí)刻進(jìn)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(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別還在于所述相變材料為C20烷烴，其熔點(diǎn) 為40.4。C，相變潛熱為213kJ/kg。
本發(fā)明建立在混凝土冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的基礎(chǔ)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(dāng)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(dāng)調(diào)低，相變材料種類可以選擇相變溫度點(diǎn)20 4(TC，根 據(jù)混凝土內(nèi)部溫度發(fā)展進(jìn)行選用和優(yōu)化；夏季施工環(huán)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(dāng)調(diào)高，相變材料種類可以選擇相變 溫度點(diǎn)30 4(TC范疇，同樣根據(jù)混凝土內(nèi)部溫度發(fā)展歷程進(jìn)行PCM種類的調(diào) 配。
雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā) 明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可 作各種的更動與潤飾。因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)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(tài)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(jìn)水口；第二步，在冷卻水管出水口處將相變材料與水進(jìn)行分離；第三步，將分離得到的相變材料冷卻成固態(tài)后循環(huán)再利用。
2. 根據(jù)權(quán)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(shè)置過濾篩，用于將水和微封裝的相變材料進(jìn)行分離。
3. 根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(tài)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(dǎo)流槽以一定的落差將漂浮 在水表面上的液態(tài)相變材料分離出去。
5. 根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)利要求1~5任一項(xiàng)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(jù)權(quán)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(fā)明公開了一種采用相變材料循環(huán)工藝的大體積混凝土溫控方法，第一步，將固態(tài)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(jìn)水口；第二步，在冷卻水管出水口處將相變材料與水進(jìn)行分離；第三步，將分離得到的相變材料冷卻成固態(tài)后循環(huán)再利用。加入相變材料可以提高冷卻循環(huán)水介質(zhì)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(huán)水系統(tǒng)的溫控效率的同時(shí)使大體積混凝土內(nèi)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(yōu)先權(quán)日2009年6月9日
發(fā)明者廖曉敏, 許永和 申請人:上海建工(集團(tuán))總公司