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稀土电热涂料在混凝土冬季施工应用研究

信息来源:hunningtu.biz  时间:2007-10-11  浏览次数:192

  在混凝土产品的生产中,工程质量除与原料配方 及施工方法有关外,还与水合速度、环境温度、水合时 间有直接关系。水合反应是一种放热反应,受环境温 度影响较大,环境温度越低,反应越慢、放热越慢、水合反应越慢、混凝土产品的强度越低。混凝土的主要质量指标——强度往往达不到设计要求,经常造成工程质量问题。据资料分析,有三分之二混凝土工程质量方面的事故发生在冬季。
  在冬季施工时,新浇混凝土在养护初期就遭受冻结,当温度恢复到正常温度后,即使在正常温度养护到 一 定龄期,也不能达到设计的要求,这就是混凝土的早期冻害。
  解决混凝土的早期冻害有两个技术措施:①通过 增加密实度,排除多余游离水分,掺入防冻液,改善混 凝土本身的内部结构,提高混凝土的抗冻能力;②通过 使用早强水泥或早强剂、早期保温蓄热和早期短期加热,改善系统水合温度并提高早期强度。
  当蓄热法、外加剂和早强水泥法还不能满足强度 设计要求时,往往采用外部加热法对混凝土系统进行加热保温,使混凝土系统达到受冻临界强度,达到设计 的强度要求。
  外部加热法有三种:蒸气加热法、电热法、暖棚 法。其中,电热法对要求在短期内达到设计强度的混 凝土结构有特殊的功效。虽然电热法有多种形式 ( 电热毯、电磁感应、电极等 ) ,但在混凝土冬季施工时,大家普遍采用电热毯外加煤油炉或电热灯作为热源,操作简便易行。电热毯在冬季混凝土施工时,由于一般 将电热毯的尺寸制成模板背面区格的尺寸大小,将其填充,再覆盖保温材料,外侧封口,通电即可工作,发热 温度一般为110 ℃。虽然覆盖保温材料有一定的保温 作用,但由于电热毯与模板的接触不紧密,传热路径较 长,存在缝隙,容易产生空气的流动,热损失较大,保温效果并不理想,生产能力和生产效率低下。
  针对上述混凝土冬季施工的现状和存在的主要问 题,研究了先进的稀土电热涂料,研制出稀土电热膜保温模板,对冬季混凝土的施工进行高效、安全的加热保 温,保证冬季混凝土系统的正常水合反应,满足了混凝土的强度设计要求,有效防止混凝土的早期冻害,达到 安全、高效、环保的施工目的。
  1 稀土电热膜加热保温模板
  1.1 稀土电热膜加热保温的理念
  电热膜不同于传统的电加热,是由分散成细颗粒状的导电材料和非导电材料涂覆在基体表面,经热处 理而成的加热薄膜,通电后可使电能转化为热能,从而起到加热保温的作用,可取代传统的发热产品。
  电热膜技术是国外在 2O 世纪 5O 年代初提出并开 始研究的,当时应用在石油输油管道、电线电缆等野外 设施进行保温防冻。从 20 世纪 70 年代起,随着对电热膜技术研究的不断深入,工艺技术逐步成熟,应用范围也不断扩大。目前已应用到电子、医疗、交通、宇航、家用电器、化学工业、轻工、纺织等领域。作为加热元件的电热膜越来越得到广泛的应用,这是因为它有比传统加热元件所不可比拟的优势:①面状发热、热效率高;②无机原料,寿命长;③无明火、安全可靠;④产品应用领域选择性强。
  1.2 稀土电热膜加热保温模板
  1.2.1 稀土电热膜加热保温模板的结构
  稀土电热膜加热保温模板是在普通的模板表面涂 覆稀土电热涂料,经热固化、防水处理复合而成。具有 热效率高、传热迅速、绝缘、防水的功能。它由四部分组成:稀土电热膜、保温材料、防水外壳、电源引线。稀土电热膜加热保温模板结构示意见图1。
  1.2.2 稀土电热膜加热保温模板的特点
  (1) 热效率高。面状加热、低温辐射,采用绝热材料,实现高效单向热传导,热效高,电一热转换率达 99 %。
  (2) 寿命长。发热层属于稀土、无机材料。无明火、不炽热、不发红、不氧化,辐射温度在 80 ℃ 左右,平均 寿命在 7 a 左右。
  (3) 安全可靠。由于采用的整体复合工艺,耐压 1 万 V 不击穿,绝缘电阻大于 500 M Ω 。
  (4) 安装操作方便。与建筑模块相比,电热膜加热 模板有一组电源连线,只需将电源连接即可使用。
  2 稀土电热膜加热保温模板现场实施
  2.1 稀土电热膜加热保温模板的制备
  2.1.1 模板外壳制备
  按照设计尺寸,制取 300 mm × 300 mm × 50 mm 金属壳 ( 开口 ) ,材料为 A 3F ,厚度为 1.0 mm ;对模板外壳的内部进行除锈、绝缘处理,测量绝缘层与金属外壳绝缘电阻,阻值在 500 M Ω 以上。
  2.1.2 稀土电热膜加热层制备
  (1) 稀土导电涂料制备
  将二氧化硅、炭化硅、硼酸、双氢、氧化铅按照一定的比例混合反应制得原料组分 A ;再将石墨粉、稀土氧化铈按照一定的比例混合制成组分 B ;将 A 、 B 组分按照 3.2:1.0 的比例进行混合,加入溶剂,调制成黏稠状的导电涂料;
  (2) 稀土电热膜制备
  使用压缩机将导电涂料喷涂在绝缘层上,经热处理制得稀土电热膜涂层。再制作电极,连接电源引线 即可。
  2.1.3 绝热保温层及整体复合
  将制好的模板外壳安装在特制的模具中,将电源引线暴露在模板外壳的外部,将绝热原材料一次注入到模板外壳内,待整体成型后,复合防水材料即可。
  2.2 混凝土加热保温试验及强度测量
  现场试验是在室外进行,气温为 - 15 ℃ ,风力 2 级,有小雪。实施样品为方块模板 (1 200 mm × 1 200mm × 300 mm ) ,附设在地面的钢板上,共安装稀土电热膜加热保温模板 48 块;混凝土的比例为: 425 号普通水泥:石子:黄砂:水 =1 : 1.5 : 1.5 : 3 ,水温为 60 ℃ ,现场采用翻斗车一次浇注,浇注完毕,方块模板顶 部覆盖防雨布;功率为 2 . 4 kW ,温度测量采用大体积砼内部温度监测系统,运行电压为 220 V ,电流为 5 . 2 A ,混凝士内部最高温度为 52 ℃ ,最低为 37 ℃ 。运行 16 h 停止加热。
  2.3 取样和养护测量
  冷却至室温后拆模取样,取样采用取芯法,芯样直 径为 80 mm ,长度为 300 mm ,。养护采用湿养护法,养护时间从 2006 年3月6 日 开始,分别养护 63 h 和 18h ,然后测量抗压强度,结果见表 1 。
  2.3.1 混凝土质量
  混凝土表观质量和强度均满足规范要求,未发现 质量缺陷。
  2.3.2 混凝土强度增长率
  试件养护期间平均气温为 1 ℃ ,上述气温条件下混凝土强度增长率经验数值为,块I :0.17 × 63/72= 14.9% ;块Ⅱ:0.13 × 18/24=9 .8 %;其中 72 MPa ,24 MPa 分别为在养护条件下的块 I 和块Ⅱ的经验值。电加热条件下混凝土强度实际增 ( 长率为,块 I:37.1 /44=84 .3 %;块Ⅱ:20.7/44=47.0% ,式中 44 MPa 为加热试验条件下的 经验值。
  混凝土强度增长率分别达到无加热措施时的 5.7 倍 (63 h 强度 ) 和 4 .8 倍 (18 h 强度 ) 。
  3 分析和结论
  使用稀土电热涂料技术对建筑钢模板进行加热,对混凝土的内部质量没有影响;这种加热形式完全满足冬季混凝土施工生产需要,发热均匀,对提高混凝土的强度、保证混凝土的质量意义重大,可替代其他电加热工艺,广泛应用在混凝土冬季施工,应用前景十分广阔 !
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