稀土電熱涂料在混凝土冬季施工應(yīng)用研究
在混凝土產(chǎn)品的生產(chǎn)中,工程質(zhì)量除與原料配方 及施工方法有關(guān)外,還與水合速度、環(huán)境溫度、水合時(shí) 間有直接關(guān)系。水合反應(yīng)是一種放熱反應(yīng),受環(huán)境溫 度影響較大,環(huán)境溫度越低,反應(yīng)越慢、放熱越慢、水合反應(yīng)越慢、混凝土產(chǎn)品的強(qiáng)度越低?;炷恋闹饕|(zhì)量指標(biāo)——強(qiáng)度往往達(dá)不到設(shè)計(jì)要求,經(jīng)常造成工程質(zhì)量問(wèn)題。據(jù)資料分析,有三分之二混凝土工程質(zhì)量方面的事故發(fā)生在冬季。
在冬季施工時(shí),新澆混凝土在養(yǎng)護(hù)初期就遭受凍結(jié),當(dāng)溫度恢復(fù)到正常溫度后,即使在正常溫度養(yǎng)護(hù)到 一 定齡期,也不能達(dá)到設(shè)計(jì)的要求,這就是混凝土的早期凍害。
解決混凝土的早期凍害有兩個(gè)技術(shù)措施:①通過(guò) 增加密實(shí)度,排除多余游離水分,摻入防凍液,改善混 凝土本身的內(nèi)部結(jié)構(gòu),提高混凝土的抗凍能力;②通過(guò) 使用早強(qiáng)水泥或早強(qiáng)劑、早期保溫蓄熱和早期短期加熱,改善系統(tǒng)水合溫度并提高早期強(qiáng)度。
當(dāng)蓄熱法、外加劑和早強(qiáng)水泥法還不能滿足強(qiáng)度 設(shè)計(jì)要求時(shí),往往采用外部加熱法對(duì)混凝土系統(tǒng)進(jìn)行加熱保溫,使混凝土系統(tǒng)達(dá)到受凍臨界強(qiáng)度,達(dá)到設(shè)計(jì) 的強(qiáng)度要求。
外部加熱法有三種:蒸氣加熱法、電熱法、暖棚 法。其中,電熱法對(duì)要求在短期內(nèi)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的混 凝土結(jié)構(gòu)有特殊的功效。雖然電熱法有多種形式 ( 電熱毯、電磁感應(yīng)、電極等 ) ,但在混凝土冬季施工時(shí),大家普遍采用電熱毯外加煤油爐或電熱燈作為熱源,操作簡(jiǎn)便易行。電熱毯在冬季混凝土施工時(shí),由于一般 將電熱毯的尺寸制成模板背面區(qū)格的尺寸大小,將其填充,再覆蓋保溫材料,外側(cè)封口,通電即可工作,發(fā)熱 溫度一般為110 ℃。雖然覆蓋保溫材料有一定的保溫 作用,但由于電熱毯與模板的接觸不緊密,傳熱路徑較 長(zhǎng),存在縫隙,容易產(chǎn)生空氣的流動(dòng),熱損失較大,保溫效果并不理想,生產(chǎn)能力和生產(chǎn)效率低下。
針對(duì)上述混凝土冬季施工的現(xiàn)狀和存在的主要問(wèn) 題,研究了先進(jìn)的稀土電熱涂料,研制出稀土電熱膜保溫模板,對(duì)冬季混凝土的施工進(jìn)行高效、安全的加熱保 溫,保證冬季混凝土系統(tǒng)的正常水合反應(yīng),滿足了混凝土的強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求,有效防止混凝土的早期凍害,達(dá)到 安全、高效、環(huán)保的施工目的。
1 稀土電熱膜加熱保溫模板
1.1 稀土電熱膜加熱保溫的理念
電熱膜不同于傳統(tǒng)的電加熱,是由分散成細(xì)顆粒狀的導(dǎo)電材料和非導(dǎo)電材料涂覆在基體表面,經(jīng)熱處 理而成的加熱薄膜,通電后可使電能轉(zhuǎn)化為熱能,從而起到加熱保溫的作用,可取代傳統(tǒng)的發(fā)熱產(chǎn)品。
電熱膜技術(shù)是國(guó)外在 2O 世紀(jì) 5O 年代初提出并開(kāi) 始研究的,當(dāng)時(shí)應(yīng)用在石油輸油管道、電線電纜等野外 設(shè)施進(jìn)行保溫防凍。從 20 世紀(jì) 70 年代起,隨著對(duì)電熱膜技術(shù)研究的不斷深入,工藝技術(shù)逐步成熟,應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)大。目前已應(yīng)用到電子、醫(yī)療、交通、宇航、家用電器、化學(xué)工業(yè)、輕工、紡織等領(lǐng)域。作為加熱元件的電熱膜越來(lái)越得到廣泛的應(yīng)用,這是因?yàn)樗斜葌鹘y(tǒng)加熱元件所不可比擬的優(yōu)勢(shì):①面狀發(fā)熱、熱效率高;②無(wú)機(jī)原料,壽命長(zhǎng);③無(wú)明火、安全可靠;④產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域選擇性強(qiáng)。
1.2 稀土電熱膜加熱保溫模板
1.2.1 稀土電熱膜加熱保溫模板的結(jié)構(gòu)
稀土電熱膜加熱保溫模板是在普通的模板表面涂 覆稀土電熱涂料,經(jīng)熱固化、防水處理復(fù)合而成。具有 熱效率高、傳熱迅速、絕緣、防水的功能。它由四部分組成:稀土電熱膜、保溫材料、防水外殼、電源引線。稀土電熱膜加熱保溫模板結(jié)構(gòu)示意見(jiàn)圖1。
1.2.2 稀土電熱膜加熱保溫模板的特點(diǎn)
(1) 熱效率高。面狀加熱、低溫輻射,采用絕熱材料,實(shí)現(xiàn)高效單向熱傳導(dǎo),熱效高,電一熱轉(zhuǎn)換率達(dá) 99 %。
(2) 壽命長(zhǎng)。發(fā)熱層屬于稀土、無(wú)機(jī)材料。無(wú)明火、不熾熱、不發(fā)紅、不氧化,輻射溫度在 80 ℃ 左右,平均 壽命在 7 a 左右。
(3) 安全可靠。由于采用的整體復(fù)合工藝,耐壓 1 萬(wàn) V 不擊穿,絕緣電阻大于 500 M Ω 。
(4) 安裝操作方便。與建筑模塊相比,電熱膜加熱 模板有一組電源連線,只需將電源連接即可使用。
2 稀土電熱膜加熱保溫模板現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施
2.1 稀土電熱膜加熱保溫模板的制備
2.1.1 模板外殼制備
按照設(shè)計(jì)尺寸,制取 300 mm × 300 mm × 50 mm 金屬殼 ( 開(kāi)口 ) ,材料為 A 3F ,厚度為 1.0 mm ;對(duì)模板外殼的內(nèi)部進(jìn)行除銹、絕緣處理,測(cè)量絕緣層與金屬外殼絕緣電阻,阻值在 500 M Ω 以上。
2.1.2 稀土電熱膜加熱層制備
(1) 稀土導(dǎo)電涂料制備
將二氧化硅、炭化硅、硼酸、雙氫、氧化鉛按照一定的比例混合反應(yīng)制得原料組分 A ;再將石墨粉、稀土氧化鈰按照一定的比例混合制成組分 B ;將 A 、 B 組分按照 3.2:1.0 的比例進(jìn)行混合,加入溶劑,調(diào)制成黏稠狀的導(dǎo)電涂料;
(2) 稀土電熱膜制備
使用壓縮機(jī)將導(dǎo)電涂料噴涂在絕緣層上,經(jīng)熱處理制得稀土電熱膜涂層。再制作電極,連接電源引線 即可。
2.1.3 絕熱保溫層及整體復(fù)合
將制好的模板外殼安裝在特制的模具中,將電源引線暴露在模板外殼的外部,將絕熱原材料一次注入到模板外殼內(nèi),待整體成型后,復(fù)合防水材料即可。
2.2 混凝土加熱保溫試驗(yàn)及強(qiáng)度測(cè)量
現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)是在室外進(jìn)行,氣溫為 - 15 ℃ ,風(fēng)力 2 級(jí),有小雪。實(shí)施樣品為方塊模板 (1 200 mm × 1 200mm × 300 mm ) ,附設(shè)在地面的鋼板上,共安裝稀土電熱膜加熱保溫模板 48 塊;混凝土的比例為: 425 號(hào)普通水泥:石子:黃砂:水 =1 : 1.5 : 1.5 : 3 ,水溫為 60 ℃ ,現(xiàn)場(chǎng)采用翻斗車一次澆注,澆注完畢,方塊模板頂 部覆蓋防雨布;功率為 2 . 4 kW ,溫度測(cè)量采用大體積砼內(nèi)部溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng),運(yùn)行電壓為 220 V ,電流為 5 . 2 A ,混凝士?jī)?nèi)部最高溫度為 52 ℃ ,最低為 37 ℃ 。運(yùn)行 16 h 停止加熱。
2.3 取樣和養(yǎng)護(hù)測(cè)量
冷卻至室溫后拆模取樣,取樣采用取芯法,芯樣直 徑為 80 mm ,長(zhǎng)度為 300 mm ,。養(yǎng)護(hù)采用濕養(yǎng)護(hù)法,養(yǎng)護(hù)時(shí)間從 2006 年3月6 日 開(kāi)始,分別養(yǎng)護(hù) 63 h 和 18h ,然后測(cè)量抗壓強(qiáng)度,結(jié)果見(jiàn)表 1 。
2.3.1 混凝土質(zhì)量
混凝土表觀質(zhì)量和強(qiáng)度均滿足規(guī)范要求,未發(fā)現(xiàn) 質(zhì)量缺陷。
2.3.2 混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)率
試件養(yǎng)護(hù)期間平均氣溫為 1 ℃ ,上述氣溫條件下混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)率經(jīng)驗(yàn)數(shù)值為,塊I :0.17 × 63 /72= 14.9% ;塊Ⅱ:0.13 × 18/24=9 .8 %;其中 72 MPa ,24 MPa 分別為在養(yǎng)護(hù)條件下的塊 I 和塊Ⅱ的經(jīng)驗(yàn)值。電加熱條件下混凝土強(qiáng)度實(shí)際增 ( 長(zhǎng)率為,塊 I:37.1 /44=84 .3 %;塊Ⅱ:20.7/44=47.0% ,式中 44 MPa 為加熱試驗(yàn)條件下的 經(jīng)驗(yàn)值。
混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)率分別達(dá)到無(wú)加熱措施時(shí)的 5.7 倍 (63 h 強(qiáng)度 ) 和 4 .8 倍 (18 h 強(qiáng)度 ) 。
3 分析和結(jié)論
使用稀土電熱涂料技術(shù)對(duì)建筑鋼模板進(jìn)行加熱,對(duì)混凝土的內(nèi)部質(zhì)量沒(méi)有影響;這種加熱形式完全滿足冬季混凝土施工生產(chǎn)需要,發(fā)熱均勻,對(duì)提高混凝土的強(qiáng)度、保證混凝土的質(zhì)量意義重大,可替代其他電加熱工藝,廣泛應(yīng)用在混凝土冬季施工,應(yīng)用前景十分廣闊 !
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