混凝土儲熱材料與硝酸鹽的相容性研究.pdf

1、儲熱混凝土具有易成型、性能穩(wěn)定、價格低廉等優(yōu)點,在太陽能熱發(fā)電、太陽能空調(diào)以及儲熱樁等方面具有廣闊的發(fā)展前景。熔融硝酸鹽熱物性能穩(wěn)定、粘度小、腐蝕性低,也是太陽能熱發(fā)電和熱利用領(lǐng)域較為理想的候選材料之一以往的研究者多采用混凝土作為儲熱材料,內(nèi)置合金換熱管道,以導(dǎo)熱油或熔融鹽作為傳熱介質(zhì)來設(shè)計儲熱系統(tǒng)。但該系統(tǒng)中合金管道價格昂貴,使得儲熱系統(tǒng)成本較高。
　　為綜合利用混凝土與熔融硝酸鹽各自優(yōu)點,研究組擬選用混凝土作為主要儲熱材料,預(yù)

2、留換熱通道,以熔融硝酸鹽作為傳熱介質(zhì)來設(shè)計新型的儲熱系統(tǒng)。為驗證該系統(tǒng)的可行性,需對混凝土與硝酸鹽的相容性進行研究。
　　本文首先選取了儲熱混凝土中的六種主要組分,分別與熔融硝酸鹽在高溫下混合浸泡后,分析其物相變化,并結(jié)合熱力學(xué)計算結(jié)果探究兩類物質(zhì)是否發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。研究結(jié)果表明,高溫浸泡后兩類物質(zhì)化學(xué)相容性較好。為探討儲熱混凝土中玄武巖和銅礦渣兩種骨料與熔融硝酸鹽的相容性,選取粉末狀和5-20mm粒徑的玄武巖與銅礦渣試樣,將其分別

3、浸泡在熔融硝酸鹽中,分析浸蝕后骨料在礦相、熱物性能、表面形貌、微觀形貌方面的變化和截面硝酸鹽的分布,以及浸蝕循環(huán)不同次數(shù)后骨料的質(zhì)量變化規(guī)律。研究結(jié)果表明:浸蝕后玄武巖顏色明顯加深,由灰綠色變?yōu)樽鼗疑?銅礦渣浸蝕后顏色并無明顯變化。
　　隨著浸蝕循環(huán)次數(shù)的增加,玄武巖和銅礦渣試樣的質(zhì)量逐漸增大,增長率先增大后減小,浸蝕循環(huán)60次后玄武巖和銅礦渣質(zhì)量分別增加了4.39％和1.04％;骨料未與硝酸鹽發(fā)生化學(xué)反應(yīng),未出現(xiàn)明顯的腐蝕層,熔

4、融硝酸鹽與兩種骨料的相容性較好。隨著深度的增加,玄武巖和銅礦渣中Na+、K+離子含量先增大后減小,硝酸鹽滲入深度分別為350-450μm和300-320μm。
　　為研究熔融硝酸鹽浸蝕對混凝土儲熱材料的影響,實驗選取浸蝕溫度和時間兩個影響因素,從浸蝕前后試樣的質(zhì)量、表觀形貌、孔隙率、截面微觀形貌、硝酸鹽的分布與損耗等方面進行了分析。
　　研究結(jié)果表明:混凝土在不同溫度下循環(huán)浸蝕3次后,未出現(xiàn)較大的破壞;而在450℃下循環(huán)浸蝕

5、60次后,表面則出現(xiàn)了明顯的裂紋,少量起皮,以及凹坑;隨著浸蝕溫度的升高和浸蝕時間的延長,混凝土中蛇紋石的蝕化和鐵離子氧化加劇,混凝土孔徑增大,孔隙率逐漸增加,特別是孔徑在100-1000nnm范圍內(nèi)的有害孔隙增加;同時,混凝土質(zhì)量和硝酸鹽損耗率也逐漸增加,但增長率逐漸放緩;在450℃下循環(huán)浸蝕60次后,試樣的孔隙率由7.96％增大至21.09％,混凝土的質(zhì)量增加了12.13％,硝酸鹽損耗率為67.40％。浸蝕后,混凝土中硝酸鹽含量由浸