热反射隔热涂料对混凝土温度场的影响规律研究.pdf
《热反射隔热涂料对混凝土温度场的影响规律研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《热反射隔热涂料对混凝土温度场的影响规律研究.pdf(6页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、钎 蟓 中 国 科 技 核 心 期 刊 热反射隔热涂料对混凝土 温度=l=历 昀影响规律砜究 刘文涛 , 元强 , 谢宏 z , 刘来明 , , 饶惠明 。 ( 1 中南大学 土木工程学院, 高速铁路建造技术国家工程 实验 室, 湖 南 长沙4 1 0 0 7 5 : 2 南 昌铁路局建设管理处 , 江西 南 昌4 3 0 0 0 0 ; 3 京福闽赣铁路客运专线有限公司, 福建 福州3 5 0 0 0 2 ) 摘要 : 日光辐射下结构内部产生的温度荷载是混凝土桥梁及轨道等结构的主要荷载, 通过特殊措施改变结构温度场可降低结 构荷载 , 从而降低 结构 的造价或减 小结构的不利温 度应力 (
2、及变形) 。探 讨了混凝土表面涂刷反射 隔热涂 料对混凝土温度场的影 响 规律 , 通 过模拟 日光照射 , 测 试了反射隔热涂料对不 同强度 等级的混凝土试件表面温度 、 芯部温度 、 温升 ( 降) 速率及温度 梯度的影 响规律 。结果表 明, 白色 反射 隔热涂料可有效地 降低混凝 土的表面温度 、 芯部温度 、 温升 ( 降) 速 率 , 并可 显著降低混凝 土的温度梯 度。研究结果为主动降低特殊混凝土结构温度荷载提供了一种新思路。 关键 词: 混凝土: 反射隔热涂料; 温度场; 温度梯度 中图分类号: T U 5 6 + 1 6 文献标识码 : A 文 章编号 : 1 0 0 1 7
3、 0 2 X( 2 0 1 5 ) 0 7 0 0 2 7 0 6 S t u d y o n t h e e ffe c t o f r e fl e c t i v e c o a tin g m a t e r i a l s o n t h e t e m p e r a t u r e fie l d o f c o n c r e t e u n d e r t h e r ma l r a d i a t i o n L I U We n t a o , Y U A N Q i a n g I , X I E , L I U L a i mi n g z , R A0 Hu i
4、m i n $ z ( 1 S c h o o l o f Ci v i l En g i n e e rin g o f C e n t r a l S o u t h Un i v e r s i t y, Na t i o n a l En g i n e e rin g L a b o r a t o r y f o r Hi g h S p e e d Ra i l wa y Co n s t r u c t i o n, C ha n g s ha 41 0 0 7 5, Hu n a n, Ch i n a : 2 De pa r t me n t o f Co n s t ru
5、c t i o n Ma n a g e me n t , Rail wa y Bu r e a u o f Na n c h a n g, Na n c h a ng 4 3 0 00 0, J i a n g x i , C h i n a ; 3 J i n g F u Mi n g G a n P a s s e n g e r D e d i c a t e d L i n e C o L t d , F u z h o u 3 5 0 0 0 2 , F u j i a n , C h i n a ) Ab s t r a c t : T e mp e r a t u r e l
6、o a d i n g s g e n e r a t e d i n b ri d g e o r r a i l c o n c r e t e s t ruc t u r e s b y s u n r a d i a t i o n a r e t h e ma i n l o a d i n g s o f s t ruc t u res Ch a n g i n g t e mp e r a t u r e fi e l d o f s t ruc t u r e s b y u s i n g s p e c i a l me a s u r e s ma y r e d u c
7、 e c o s t o r d e t r i me n t al t e mp e r a t u r e s t r e s s ( o r d i s p l a c e me n t ) o f s t ruc t u r e s T h i s p a p e r s t u d i e s t h e e ffe c t o f refl e c t i v e c o a t i n g ma t e rials o n t h e t e mp e r a t u r e fie l d o f c o n c r e t e u n d e r t h e r ma l r
8、 a d i a t i o n Th e e ffe c t o f ref l e c t i v e c o a t i n g ma t e r i als o n t h e s u r f a c e t e mp e r a t u r e, c o r e t e mp e r a t u r e , t e mp e r a t u r e ris i n g ( d e c r e a s i n g ) r a t e a n d t e mp e r a t u r e g r a d i e n t o f c o n c r e t e s p e c i me n
9、 s wi t h d i f f e r e n t s t r e n g t h g r a d e we r e s t u d i e d b y u s i n g s i mu l a t e d s u n l i g h t r a d i a t i o n Re s u l t s s h o we d t h a t wh i t e r e fle c t i v e c o a t i n g ma t e r i als c a n e f f e c t i v e l y d e c r e a s e t h e s u r f a c e t e mp e
10、 r a t u r e, c o r e t e mp e r a t u r e a n d t e mp e r a t u r e ris i n g ( d e c r e a s i n g ) r a t e o f c o n c r e t e , a n d s i g n i fic a n t l y d e c r e ase t h e t e mp e r a t u r e gra d i e n t Th i s r e s e a r c h p r o v i d e s a n e w me t h o d f o r i n i t i a t i v
11、 e l y red u c i n g t e mper a t u re l o a d i n g s o f s p e c i al c o n c r e t e s t ruc t u r e Ke y wo r ds: c o n c r e t e , refl e c t i v e c o a t i n g ma t e ria l , t e mp e r a t u r e fi e l d, t e mpe r a t u r e g r a d i e n t 0 前言 如何控制太阳热辐射引起的受照物温度升高是许多行业 面临的一个重要技术问题, 如建筑、 汽车、
12、 化工、 石油、 电力、 船 舶、 航天等行业。 美国的C a r l l 等【 1 】 首先于2 0 世纪7 O 年代提出 基金项 目: 中国铁 路总公司重点项 目( 2 0 1 4 G 0 0 1 一 D, 2 0 1 3 G0 0 8 一 E ) 收稿 日期 : 2 0 1 4 1 2 0 9 : 修 订 日期 : 2 0 1 5 0 1 2 0 作者简 介: 刘文涛, 男, 1 9 9 1年生, 湖南邵阳人, 硕士研究生, 研究方向 为土木工程材料的应用。 通讯作者: 元强, E m ai l : Y u a n q i a n s c s u e d u an o 利用涂料进行温控,
13、在受照物表面涂装具有控温效果的一层 薄涂层已成为各行业控制太阳热辐射引起温升而采用的主要 技术措施之一, 该涂层称为反射隔热涂料。 反射隔热涂料应对 主要太阳光的能量波段具有反射效果, 即对4 0 0 1 8 0 0 n m波 长范围内的反射效果越好, 涂料的隔热降温效果就越好, 反射 效果以 太阳光反射比衡量。通过在涂料中添加隔热性能良 好 的填料( 例如空心玻璃微珠、 空心陶瓷微珠) , 增加涂层的传热 热阻, 可进一步提高涂层的隔热效果。另外, 在涂料中添加红 外辐射填料( 如F e 2 0 、 M n O 、 C o 2 0 , 、 C u O等具有反尖晶石结构 的掺杂型物质) , 可
14、使吸收的太阳能量通过热辐射的方式以一 定波长的电磁波发射到空气中, 从而达到辐射降温的效果2 - 3 , NE W B UI L DI NG M AT ER I AL S 2 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 刘文涛, 等: 热反射隔热涂料对混凝土温度场的影响规律研究 辐射效果以半球发射率来衡量。反射隔热涂料在西方发达国 家应 用已 较为 普遍, 为推进反 射隔 热涂料的 应用, 相关 部门 制 定了一系列技术标准 。太阳光反射比和半球发射率是反射 涂料隔热性能的主要技术指标。 反射隔热涂料以白色为主, 因 其具有优异的反射效果。 建筑行业能耗占社会总能耗比重
15、较高, 为实现节能减排、 绿色发展, 我国正大力研究和推广各类保温节能技术, 但反射 隔热涂料在建筑行业应用仍然较少。对于一些特殊的土木工 程结构, 太阳辐射引起的物体温度升高, 成为结构设计抵抗的主 要荷载, 温度荷载考虑不足, 可能引起结构开裂甚至损毁 。 如 在结 构表面涂刷一层反射隔热涂 料, 降 低结构的 温度荷载, 可 大大降低结构造价, 提高经济性。 对于一些高耸结构, 强太阳 辐射可使结构产生不均匀温度场, 导致较大的变形和应力, 严 重时会影响整个结构的正常使用1 1 - 1 。在混凝土结构表面涂 装一层反射隔热涂料具有广阔的应用前景。 本文选择了几种市售的反射隔热涂料,涂装
16、于不同强度 等级的混凝土表面,测试了涂层对混凝土内部温度场的影响 规律。研究结果可为反射隔热涂料应用于控制混凝土结构温 度场提供参考。 l 试验 1 1 试验材料 选择市售的2 种白色反射隔热涂料及 1 种灰色反射隔热 涂料, 其性能指标均符合J G , I 2 3 5 -2 0 1 4 建筑反射隔热涂 料 标准要求, 3 种反射隔热涂料的主要性能指标如表 1 所 示, 其中 、 3 涂料由同一厂家提供。制备强度等级分别为 凝土配合比见表2 , 所用水泥为4 2 5 级普通硅酸盐水泥。 表 1 试验用反射 隔热涂料 的主要性能指标 编号颜色明度 )太 阳光反射 比 近红外反射 比 半球发射 率
17、 白色 9 9 4 0 8 8 0 9 0 0 8 8 3 灰色 3 2 2 0 3 9 0 4 3 0 8 8 白色 9 7 6 0 8 2 0 8 5 0 8 5 表 2 混凝土配合 比 k g , m 强度等级水泥粉煤灰硅灰 砂 石 水 减 水剂 C2 5 4 0 0 O O O 8 2 0 1 0 2 8 1 8 0 O 2 0 C4 0 3 6 0 0 9 0 0 8 2 0 1 0 2 8 1 5 7O 27 C6 0 3 3 7 5 9 0 2 2 5 8 2 0 1 0 2 8 1 48 5 3 0 1 2主要试验仪器 铜一 康铜热电偶( 分度号T ) 、 上海东华测试仪器设备
18、有限 公司产热电偶数据采集仪、 2 7 5 W碘钨灯热源、 手持式红外测 温枪。 1 3 试验方案 通过室内太阳光模拟照射实验研究各种涂层对混凝土温 度场的影响规律。 不同强度等级混凝土各制作 1 0 0 m m x l O 0 m m x l O 0 m m 的立方体试件1 2 个, 分为4 组, 每组3 个试件。 参比组试件表 面不涂覆涂料, 其它3 组分别涂表1 所示的不同涂料。 混凝土 试件标准养护2 8 d 后, 开始制作测试用试件, 具体步骤如下: ( 1 ) 安装测温点: 分别在混凝土试件表面、 表面下 1 5 c m 和4 0 c m处埋设温度测点, 编号分别为a 、 b 和C
19、 , 同时在距试 件边 缘2 e m处设置测点, 测量试验环境 温度。由 于实验钻孔 操作误差, 温度测点埋深存在一定偏差, 测温点具体埋深位置 C 2 5 、 C 4 0 和C 6 0的混凝土立方体试件作为基体材料, 试验混 如表3 所示。 表 3 测点实际埋深 为比较同一深度的混凝土内部温度, 根据实际埋深, 采用 线性插值法, 得到 1 5 c m和4 0 c m深度的温度值。在试件表 面处切出一条与热电偶直径一致的槽, 将热电偶卡入槽中, 使 热电偶传感器元件与混凝土表面齐平, 采用相同水胶比的水 泥净浆将切槽补平, 测量该点混凝土表面温度。采用电钻在 表面下1 5 e m和4 0 e
20、 m处钻孔, 深度为4 0 e m, 埋入热电偶, 并用相同水胶比的水泥净浆封V I , 充分振捣, 保证浆体内气泡 全部逸出。测温元件埋设示意见图1 。 2 8 新型建筑材料 2 0 1 5 7 正 视 图 图 1 测 点布置示意 ( 2 ) 涂刷表面涂层: 只在布置测点一面涂刷涂料, 涂刷前 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 刘文涛, 等: 热反射隔热涂料对混凝土温度场的影响规律研究 将混凝土基面清理干净,分2 次涂刷,每次涂刷时间间隔1 5 ra i n , 涂层厚度约2 0 0 p , m。为便于区分各测点, 将测点按“ 强 度一 涂料一 测点埋深” 进行
21、标示, 如C 4 0 1 一 b , 具体规则如表4 所示。 表 4 测点编号规则 测 点编 号 1 2 3 4 a b C _抽】丕 涂料 涂料 涂料 涂料 衣 深度 深度 注 : 对 于涂层试件 , 编号“ a ” 代表 的“ 表面 ” 为与涂层下 部接触 的 混凝土 基面 , 而参 比试件 的表 面非与环 境接触 面, 为表 层约 2 0 0 m 水泥浆 以下 , 试件 内部测 点埋深 以此面为参考 。 ( 3 ) 加热测温: 每组测定 1 个试件, 分析所获数据, 对于数 据离散性较大的组别测试剩余试件。 采用2 7 5 W的碘钨灯模 拟日 光辐射, 为保证光源一致, 所有试件均采用同
22、一碘钨灯辐 射, 并固定碘钨灯至试件表面高度为2 2 5 c m 。为确保热量在 试件中为一维传导, 将试件紧密嵌入聚苯乙烯泡沫板内, 只有 涂层面暴露于空气中,如图2 所示。将测温电偶与采集仪连 接, 检查仪器设备工作正常后, 开始照射, 以1 m i n步长记录 相对 时间 m i n ( a ) C 2 5 混凝土 l 2 0 1 O O 8 0 嚣6 0 4 O 2 O 温度数据, 辐射时长为4 h 。关闭碘钨灯后继续以相同步长采 集温度变化数据至试件与环境温度相同。 试验期间, 环境温度 控制在( 2 8 1 ) 。 图 2 试件外观 2 试验结果与分析 2 1 涂层对试件表面温度的
23、影响 图3 为各试件表面温度随时间变化曲线,表5 列出了试 件表面的最高温度。 1 2 O 1 0 0 8 0 6 0 4 O 20 0 20 0 4 00 60 0 80 0 1 000 1 20 0 0 2 00 4 00 60 0 8 00 1 00 0 1 2 00 相对 时间 m i n 相对 时间 m i n ( b ) C 4 0 混凝土 ( c ) C 6 0 混凝土 图 3 不同强度等级混凝土 的表面温度 表 5 试件表面的最高温度 从图3 和表5 可以看出, 在升温阶段, 经过4 h 的光照辐 射, 混凝土表面温度随时间而呈规律性升高, 试件间的表面温 差随照射时间的延长而
24、扩大, 至温度最大时温差也达到最大。 表面温度由大至小依次为涂覆3 涂料、 未涂覆( 参比, 编号 1 ) 、 4 涂料、 2 涂料。 与未涂覆涂料的参比试件相比, 涂覆2 涂 料试件表面温度最低, 较参比试件表面最高温度降低约2 6 8 9 oC ( 均值) , 涂覆 涂料试件表面温度与 涂覆 涂料试件相差 很小。涂覆3 涂料试件表面温度最高, 较参比试件表面最高 温度高约5 ( 均值) 。涂料的明度是影响热反射隔热涂料反 射隔热性能最重要的指标l 1 9 1 , 明度值越高, 太阳光反射比和 近红外反射比越高, 相应地隔热效果越好。故涂覆高明度白 色涂料( 和 显著降低了试件的表面温度,
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 反射 隔热 涂料 混凝土 温度场 影响 规律 研究
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【de****a】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【de****a】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。