稀土電熱涂料在混凝土冬季施工應(yīng)用研究

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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。混凝土的主要質(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(mǎn)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(mǎn)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(chē)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(mǎn)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(mǎn)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 !