【摘要】：在混凝土中摻入鋼纖維、石墨等導(dǎo)電材料,制備出電熱混凝土,除滿足力學(xué)性能外上,又具備電熱性能。本文針對(duì)鋼纖維石墨電熱混凝土的熱學(xué)性能,進(jìn)行理論分析、試驗(yàn)探索、數(shù)值模擬以及應(yīng)用推廣系列的研究,以期將其推廣應(yīng)用于室內(nèi)采暖及路面融雪除冰,進(jìn)一步推動(dòng)混凝土這種傳統(tǒng)建筑材料的多功能化和智能化,順應(yīng)科技發(fā)展趨勢(shì)。研究?jī)?nèi)容及取得的主要成果如下:(1)鋼纖維石墨電熱混凝土的熱學(xué)參數(shù)。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),鋼纖維石墨電熱混凝土孔隙比達(dá)11.7%。因此,應(yīng)將鋼纖維石墨電熱混凝土視為鋼纖維、石墨、混凝土、空氣四相復(fù)合材料進(jìn)行熱學(xué)參數(shù)分析。復(fù)合材料密度計(jì)算方法及串聯(lián)的熱阻網(wǎng)絡(luò)模型可用于計(jì)算鋼纖維石墨電熱混凝土的密度和導(dǎo)熱系數(shù)。在計(jì)算過(guò)程中,應(yīng)考慮孔隙比影響,將空氣作為一種組分參與計(jì)算。(2)導(dǎo)電材料對(duì)鋼纖維石墨電熱混凝土的熱學(xué)參數(shù)的影響。研究發(fā)現(xiàn),密度與石墨摻量、鋼纖維長(zhǎng)度成反比,與鋼纖維摻量成正比;導(dǎo)熱系數(shù)與石墨、鋼纖維摻量成正比。其中,導(dǎo)熱系數(shù)與石墨摻量的關(guān)系較為顯著。(3)研究了不同空間下,采用不同電壓對(duì)電熱混凝土板進(jìn)行升溫試驗(yàn),對(duì)比發(fā)現(xiàn),密閉空間由于熱量損失較少而升溫較快;且隨著電壓的升高,這種現(xiàn)象更加明顯。(4)結(jié)合室內(nèi)升溫實(shí)驗(yàn)結(jié)果,驗(yàn)證了ANSYS有限元模型的正確性。然后利用有限元模擬分析了電熱混凝土在不同初始條件、不同配合比和不同風(fēng)速下的升溫效果,量化分析了電熱混凝土的熱量損耗情況。結(jié)果表明,在其他條件相同的情況下,初始溫度越高,電熱混凝土升溫效果越明顯。相同功率下,電熱混凝土板在20℃下升高的溫度是在-10℃下升高溫度的3倍。隨著電熱混凝土板溫度的升高,其吸收和傳遞過(guò)程中損失的熱量逐漸增多,但有效熱量的利用率總體呈增大趨勢(shì)。(5)ANSYS有限元模擬分析得到,相同初始條件下,輸入功率越大,電熱混凝土升溫越快。電熱混凝土板在輸入功率為2000 W/m2下升高的溫度是在1000 W/m2下升高溫度的2倍,而電熱混凝土板所吸收的熱量和傳遞過(guò)程中損失的熱量均增多,但較大的輸入功率會(huì)有更高的有效熱量利用率。(6)在相同初始條件下,隨著風(fēng)力的加強(qiáng),電熱混凝土板表面升高的溫度總體呈下降趨勢(shì),大部分的熱量損失是由電熱混凝土板與空氣產(chǎn)生的對(duì)流所引起的。(7)對(duì)實(shí)際工程進(jìn)行了升溫、融雪除冰試驗(yàn),并分析了不同環(huán)境下的電熱混凝土板的熱學(xué)性能。通電2小時(shí)后,電熱混凝土板表層溫度從1℃升高到4.5℃,水泥砂漿層溫度從0.5℃升高到2.5℃,路面溫度和室外環(huán)境溫度一直呈下降趨勢(shì),但依然達(dá)到了平均3℃的溫差,鋼纖維石墨電熱混凝土路面升溫效果明顯,滿足室外融雪除冰的要求。
【圖文】：

鋼纖維

石墨Fig2-1SteelfibreFig2-2Graphite
【學(xué)位授予單位】：廣州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TU528

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2658591