朱 穎， 趙金興， 曲晶瑩， 錢(qián)曉華， 曾長(zhǎng)女, *, 任 磊

(1. 鄭州地鐵集團(tuán)有限公司， 河南 鄭州 450000； 2. 上海隧道工程有限公司， 上海 200232； 3. 河南工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院， 河南 鄭州 450001)

0 引言

水泥砂漿材料具有原材料來(lái)源廣泛、無(wú)毒無(wú)害、固結(jié)性能好、配制方便等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于交通、隧道、地基加固、礦井等工程領(lǐng)域，而且使用量較大[1-4]?，F(xiàn)階段大體積混凝土工程中主要通過(guò)控制溫度梯度來(lái)實(shí)現(xiàn)裂縫防控，例如對(duì)材料配比進(jìn)行優(yōu)化以降低混凝土水化熱與溫升，進(jìn)而有效降低溫度應(yīng)力的產(chǎn)生，防止裂縫產(chǎn)生。中等尺寸混凝土結(jié)構(gòu)，如隧道襯砌、地鐵管廊側(cè)墻等，容易出現(xiàn)早期裂縫，從而導(dǎo)致開(kāi)裂現(xiàn)象增多，水化熱和溫度變化已成為中等尺寸混凝土結(jié)構(gòu)開(kāi)裂的主導(dǎo)原因[5]。在能源隧道中隧道襯砌結(jié)構(gòu)、隧道注漿修復(fù)處等也會(huì)產(chǎn)生溫差，易導(dǎo)致新的裂縫產(chǎn)生[6]。如何控制水泥砂漿材料因溫度變化引起的裂縫，是工程和科學(xué)界的熱點(diǎn)之一。目前，常用的改善方式是使用膨脹劑、減縮劑或減水劑[7-8]。膨脹劑雖然發(fā)揮一定的減縮效果，但會(huì)降低水泥砂漿材料的強(qiáng)度，而減水劑和減縮劑則只能維持早期減縮效果。因此，研究開(kāi)發(fā)滿足力學(xué)性能且同時(shí)兼顧溫度適應(yīng)性的新型相變水泥砂漿，在能源隧道及其裂縫修復(fù)等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。

相變材料(PCM，phase change material)通過(guò)自身相態(tài)變化吸收/釋放潛熱，與其他材料復(fù)合，可有效提高其儲(chǔ)能能力及控溫能力[9-10]，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能熱利用、建筑節(jié)能、控制混凝土水化熱及熱管理系統(tǒng)等方面。Farjallah等[11]通過(guò)對(duì)土壤-纖維PCM混合物進(jìn)行力學(xué)、濕度和熱試驗(yàn)研究，得知PCM摻入量對(duì)灌漿混合材料的力學(xué)性能和濕度性能均有改善，同時(shí)能保持其力學(xué)性能相對(duì)不變；Masrur等[12]采用單軸抗壓強(qiáng)度、體積變化和凍熱試驗(yàn)，對(duì)3種不同劑量的石蠟基液體和微封裝的PCM進(jìn)行了評(píng)估，結(jié)果顯示可利用PCM來(lái)控制對(duì)路基土壤的凍融作用；鮑恩財(cái)?shù)萚13]研究設(shè)計(jì)2種相變固化劑摻量(5%和10%)，分析不同相變固化劑殘留下風(fēng)沙土和戈壁土作為固化土材料的力學(xué)性能、熱性能以及固化機(jī)理；楊勇等[14]、張國(guó)柱等[15]將地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用于隧道研究中，并建立傳熱模型，分析其換熱引起的圍巖及襯砌結(jié)構(gòu)的溫度場(chǎng)變化；王志杰等[16]、那通興等[17]利用COMSOL軟件建立相變計(jì)算模型，分析了相變潛熱及地下滲流對(duì)圍巖內(nèi)力和溫度場(chǎng)的影響；Jiang等[18]利用彎曲試驗(yàn)和數(shù)值模擬分析了FRP-PCM法對(duì)隧道襯砌加固的影響，結(jié)果表明此方法可以提高加固梁的承載力并有效降低作用在隧道襯砌上的軸向應(yīng)力；夏才初等[19]設(shè)計(jì)了一種新型漸凍隧道模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，用于研究全周期的隧道溫度場(chǎng)變化規(guī)律。

盡管現(xiàn)有很多學(xué)者針對(duì)砂漿或混凝土中摻入相變材料進(jìn)行了研究，但大多用于地上建筑，對(duì)于地下隧道工程領(lǐng)域的研究多集中于數(shù)值模擬隧道溫度場(chǎng)的影響，在相變材料用于隧道管片、裂縫修復(fù)方面的相關(guān)內(nèi)容還有待更進(jìn)一步研究。此外，相變材料的選用受外界環(huán)境的影響，因此，需要根據(jù)實(shí)際工程中的地質(zhì)條件及環(huán)境溫度選擇具有理想相變溫度和潛熱的相變材料。

本文將石蠟、高密度聚乙烯和膨脹石墨熔融混合制備成復(fù)合相變材料，加入到不同水灰比的水泥砂漿中，研制成自身具有蓄熱功能的相變材料/水泥砂漿混合物。分析該混合物的熱導(dǎo)率、相變潛熱和相變溫度等熱學(xué)參數(shù)及力學(xué)強(qiáng)度，探討相變材料摻入量對(duì)混合物熱力學(xué)特性的影響，并對(duì)其蓄熱能力提高進(jìn)行了初步分析，獲得了其熱應(yīng)變隨溫度的變化關(guān)系，為該材料在能源隧道工程的應(yīng)用提供試驗(yàn)依據(jù)。

1 材料制備與測(cè)試方法

1.1 原材料

原材料包括2類(lèi): 1)一類(lèi)用來(lái)制備復(fù)合相變材料，包括固體石蠟、高密度聚乙烯(HDPE)、膨脹石墨(EG)。石蠟的相變?nèi)诨瘻囟葏^(qū)間為58～70.1 ℃，相變潛熱為202.43 J/g，密度為880 kg/m3，導(dǎo)熱系數(shù)為0.2 W/(m·K)；HDPE的熔點(diǎn)為160 ℃；EG的膨脹倍數(shù)為400目。2)另一類(lèi)用來(lái)制備水泥砂漿，包括P·O 42.5普通硅酸鹽水泥、細(xì)度模數(shù)為2.5的Ⅱ區(qū)中砂、自來(lái)水。

1.2 復(fù)合相變材料制備

選擇HDPE為支撐材料，EG為導(dǎo)熱增強(qiáng)劑，優(yōu)選復(fù)合相變材料的配比，以制備性能穩(wěn)定的復(fù)合相變材料[20-22]。首先，將固體石蠟在80 ℃下融化；然后，將石蠟與HDPE按質(zhì)量比4∶1進(jìn)行機(jī)械混合攪拌，此時(shí)控制溫度為160 ℃，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝蠹尤隕G并再次攪拌均勻；最后，將混合物倒入10 cm×10 cm的模具中，冷卻至室溫即可獲得如圖1所示的塊體狀復(fù)合相變材料。

圖1 復(fù)合相變材料塊體

1.3 不同配比下相變水泥砂漿材料制備

金愛(ài)兵等[23]采用硬脂酸丁酯和膨脹珍珠巖制備了含復(fù)合相變材料的充填體，并分析其熱學(xué)性能表現(xiàn)；然后，進(jìn)行壓縮試驗(yàn)以實(shí)現(xiàn)數(shù)值模擬參數(shù)匹配。通過(guò)壓縮試驗(yàn)結(jié)果可知，隨著復(fù)合相變材料的增加，水泥砂漿峰值強(qiáng)度隨之遞減。根據(jù)已有的研究表明，PCM摻量越大，相變水泥砂漿材料強(qiáng)度越低。因此，通過(guò)預(yù)試驗(yàn)，選定PCM摻量為10%，配置不同水灰比試樣，兼顧流動(dòng)性和一定的強(qiáng)度，獲得不同流動(dòng)性的水泥砂漿漿體。相變改性水泥砂漿材料配比如表1所示。

表1 相變改性水泥砂漿材料配比

相變水泥砂漿材料由水泥砂漿和復(fù)合相變材料混合制備而成，復(fù)合相變材料在水泥砂漿材料中的摻入方法為體積代砂法[24-25]，即復(fù)合相變材料取代等體積的砂。因相變材料不作為膠凝材料，其摻入不影響水灰比的計(jì)算。為了更好地與水泥、砂子等進(jìn)行混合，需將復(fù)合相變材料塊體破碎成與中砂粒徑相似的顆粒。按表1的相變改性水泥砂漿材料配比稱(chēng)量配料，倒入攪拌機(jī)均勻混合，并將拌合好的漿液裝模成型，試樣經(jīng)24 h后脫模，拆模后在溫度20±2 ℃、相對(duì)濕度95%以上的環(huán)境下養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期。

1.4 熱學(xué)性能測(cè)試方法

采用DSC-100型差式掃描量熱儀測(cè)試該復(fù)合相變材料的相變潛熱和相變溫度。將漿液在恒溫、恒濕養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)28 d后，壓碎碾磨，稱(chēng)取10～20 mg放入鋁坩堝中，將DSC升溫速率設(shè)置為10 ℃/min，由室溫升溫至150 ℃，記錄溫度與熱流率變化曲線。

將標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d的相變水泥砂漿材料表面進(jìn)行打磨，采用DZDR-S導(dǎo)熱儀對(duì)試塊進(jìn)行導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試，每次測(cè)試選取2塊相同的試塊上下重疊放置。測(cè)試時(shí)，將測(cè)試探頭置于2塊試塊中間。為了使測(cè)試探頭與試塊之間充分接觸，在與測(cè)試探頭接觸的試塊表面上涂導(dǎo)熱硅脂。每組試塊測(cè)試3次以上，將符合誤差要求的值取平均值。

2 熱力學(xué)性能分析

2.1 微觀結(jié)構(gòu)

利用掃描電子顯微鏡(SEM)觀測(cè)復(fù)合相變材料(圖2(a))和PCM水泥砂漿(圖2(b))的微觀結(jié)構(gòu)。圖2(a)所示的復(fù)合相變材料深色區(qū)域?yàn)槭炐纬傻陌枷輀26]；蠕蟲(chóng)狀結(jié)構(gòu)為EG，因其具有獨(dú)特的空隙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可使吸附的熔融石蠟分布更均勻，有利于該復(fù)合相變材料儲(chǔ)能功能的發(fā)揮；淺色區(qū)域?yàn)镠DPE形成的骨架[26]，由于其空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)能夠起到封裝和支撐作用，也可有效防止相變過(guò)程中石蠟的溢出，可見(jiàn)三者具有良好的相容性。從圖2(b)可以看出，水泥等膠凝材料摻入后，將復(fù)合相變材料進(jìn)行很好的包裹，形成的結(jié)構(gòu)比圖2(a)具有更緊密的結(jié)構(gòu)，該相變水泥砂漿具有更好的穩(wěn)定性。

(a) 復(fù)合相變材料

2.2 相變潛熱、相變溫度與導(dǎo)熱性

圖3所示為采用DSC-100儀器測(cè)試得到的材料DSC曲線，其表示材料的熱流量與溫度的關(guān)系，由圖可獲得材料的相變潛熱(ΔH)和相變溫度(Tpeak)。純石蠟在升溫過(guò)程中相變?nèi)诨瘻囟葹?8.8～70.1 ℃，升溫潛熱為202.43 J/g。復(fù)合相變材料的相變?nèi)诨瘻囟葹?6.8～68.3 ℃，升溫潛熱為156.81 J/g。與純石蠟相比，復(fù)合相變材料的潛熱值有所降低，主要原因?yàn)槭炇俏ㄒ坏南嘧儾牧?，添加的EG與石蠟共混吸附后降低了單位體積石蠟的質(zhì)量，導(dǎo)致相變材料單位質(zhì)量的蓄熱能力有所降低。T-1試樣由于不含有相變材料，其幾乎不具有吸熱和潛熱能力，由T-2、T-3和T-4試樣的DSC曲線可知，其有明顯的吸熱峰，表明相變水泥砂漿材料具有明顯的潛熱，T-2、T-3和T-4對(duì)應(yīng)的相變潛熱為33.65、34.28、34.82 J/g。由于不同水灰比的水泥砂漿中摻入的相變材料的種類(lèi)和數(shù)量相同，故T-2～T-4的相變溫度和相變潛熱無(wú)明顯差異。

圖3 材料DSC曲線

石蠟導(dǎo)熱系數(shù)較低，僅為0.18 W/(m·K)，這是石蠟作為相變材料需要解決的問(wèn)題之一[27]。本試驗(yàn)制備的T-1、T-2、T-3和T-4試樣的導(dǎo)熱系數(shù)分別為1.36、0.95、0.92、0.9 W/(m·K)，相對(duì)于石蠟具有更高的導(dǎo)熱性能，這將有助于相變水泥砂漿儲(chǔ)能性能發(fā)揮，以便更好地進(jìn)行自調(diào)溫控制。而相變水泥砂漿試樣的導(dǎo)熱系數(shù)也會(huì)隨著復(fù)合相變材料的摻入而降低，最多降低0.46 W/(m·K)，在實(shí)際工程中應(yīng)根據(jù)需求選擇合適的配比。

2.3 流動(dòng)性

采用有機(jī)玻璃圓筒進(jìn)行水泥砂漿試樣塌落后的流動(dòng)性測(cè)試，采用的測(cè)試筒高度和內(nèi)徑均為8 cm，厚度為1 cm，如圖4(a)所示。試驗(yàn)時(shí)，將拌合好的拌合物緩慢灌入圓筒中并保持圓筒水平，直至裝滿后迅速豎直放置，試樣不斷流動(dòng)，測(cè)試時(shí)間間隔為0、5、15、30、60、90、120、180 min，圖4(b)為試樣穩(wěn)定狀態(tài)。

(a) 玻璃圓筒

試驗(yàn)中T-1和T-2試樣流動(dòng)性差，本文不詳細(xì)描述。T-3和T-4試樣的流動(dòng)性結(jié)果如圖5所示，拌合物的流動(dòng)性在1～2 h時(shí)間段降低較快，在2～3 h后逐步趨于穩(wěn)定。此外，不同的水灰比對(duì)試樣不同時(shí)刻的流動(dòng)性影響較大。水灰比為2.0時(shí)，初始流動(dòng)性最大為316 mm，3 h的穩(wěn)定值為214 mm；而水灰比為1.6時(shí)對(duì)應(yīng)的初始流動(dòng)性為243 mm，3 h的流動(dòng)性穩(wěn)定值為140 mm。由圖5可見(jiàn)，3 h內(nèi)不同水灰比試樣的流動(dòng)性隨著時(shí)間逐漸降低，工程應(yīng)用時(shí)，當(dāng)采用現(xiàn)場(chǎng)制備時(shí)，試樣的流動(dòng)性足以滿足流動(dòng)性要求；當(dāng)采用預(yù)拌料時(shí)，基于現(xiàn)場(chǎng)施工的流動(dòng)性要求，可根據(jù)流動(dòng)性隨時(shí)間發(fā)展的規(guī)律確定合理的運(yùn)輸方案及運(yùn)輸路線。

圖5 流動(dòng)性隨時(shí)間變化

2.4 抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度

根據(jù)GB/T 17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢測(cè)方法》(ISO法)[28]，分別測(cè)試養(yǎng)護(hù)齡期為3、7、14、28 d時(shí)不同配比水泥砂漿材料的抗壓強(qiáng)度與抗折強(qiáng)度。圖6和圖7分別示出4種試樣在不同齡期下的抗壓強(qiáng)度與抗折強(qiáng)度。由圖可知： 1)隨著養(yǎng)護(hù)齡期增加，試樣的抗壓強(qiáng)度與抗折強(qiáng)度均呈現(xiàn)出穩(wěn)定增長(zhǎng)趨勢(shì)；在同一養(yǎng)護(hù)齡期下，相變水泥砂漿材料的抗壓強(qiáng)度與抗折強(qiáng)度均隨著PCM的摻入而降低。2)相同水灰比時(shí)，未摻入PCM的T-1試樣3 d抗壓強(qiáng)度為14.1 MPa，摻入PCM的T-2試樣抗壓強(qiáng)度為10.1 MPa，對(duì)應(yīng)的28 d抗壓強(qiáng)度分別為29.6 MPa和24.9 MPa?？梢?jiàn)，PCM摻入后，3 d和28 d下試樣的抗壓強(qiáng)度分別降低了4 MPa(占比28.4%)和4.7 MPa(占比15.9%)，這主要是PCM替換了砂，PCM強(qiáng)度比砂更低，導(dǎo)致試樣整體強(qiáng)度降低。隨著水灰比增加，T-3試樣和T-4試樣3 d抗壓強(qiáng)度分別為8.2 MPa和5.9 MPa，其對(duì)應(yīng)的28 d抗壓強(qiáng)度分別為22.7 MPa 和19.2 MPa。

圖6 抗壓強(qiáng)度

圖7 抗折強(qiáng)度

相變水泥砂漿材料抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度隨著相變材料摻入、水灰比增加而降低，其原因?yàn)閺?fù)合相變材料和水的強(qiáng)度低，無(wú)法在水泥砂漿材料中起骨架支撐作用。摻入的相變材料不參與水化反應(yīng)，與水泥砂漿材料的結(jié)合較弱，造成了相變水泥砂漿材料強(qiáng)度降低。因此，需要在流動(dòng)性、強(qiáng)度和調(diào)溫控制等方面進(jìn)行綜合考慮，進(jìn)行合適的材料配比選擇。

2.5 相變水泥砂漿熱變形機(jī)制

本文將復(fù)合相變材料與水泥砂漿混合制備相變水泥砂漿材料旨在改善溫度效應(yīng)引發(fā)的裂縫問(wèn)題，通過(guò)分析不同配比下相變水泥砂漿材料的熱應(yīng)變發(fā)展，探究復(fù)合相變材料摻入對(duì)水泥砂漿熱適應(yīng)能力的改善。

以室溫20 ℃時(shí)各試樣的體積為初始值，匯總不同試樣隨溫度升高的體積應(yīng)變發(fā)展，如圖8所示。由圖可知： 1)T-1～T-4各試樣的熱應(yīng)變隨溫度增加逐步增大，當(dāng)溫度達(dá)到40 ℃時(shí)，T-2～T-4試樣的熱應(yīng)變較為接近，但是與PCM-0(T-1)相比變化明顯，比如55 ℃時(shí)T-4試樣熱應(yīng)變比T-1最大降低了39.48%。2)選取水灰比相同的T-1和T-2試樣對(duì)比分析，研究普通水泥砂漿材料與PCM水泥砂漿材料的熱變形發(fā)展規(guī)律。當(dāng)溫度由55 ℃升至70 ℃時(shí)，T-1試樣受溫度影響大，產(chǎn)生較大的內(nèi)外溫度差，從而引起更大的溫度變形。加入相變材料后的T-2試樣溫度增加小，此時(shí)，試樣的溫度超過(guò)復(fù)合相變材料相變起始溫度56.8 ℃，相變材料開(kāi)始發(fā)生固-液相變，吸收并儲(chǔ)存了熱量，有效緩解溫度變形和溫度應(yīng)力的發(fā)展。由圖3相變溫度Tpeak可知，T-2～T-4與T-1相比有明顯的吸熱峰，表明其具有明顯的潛熱，可以很好地進(jìn)行自身蓄熱，減緩溫度應(yīng)力及熱應(yīng)變的發(fā)展。本文試驗(yàn)中，T-2～T-4相變水泥砂漿材料的熱適應(yīng)性較好。由此可見(jiàn)，相變材料具有自調(diào)溫作用，與水泥砂漿混合可改善其熱變形性能，抑制溫度裂縫的發(fā)展。

圖8 相變水泥砂漿材料熱應(yīng)變發(fā)展

3 相變水泥砂漿經(jīng)濟(jì)性分析

在隧道施工過(guò)程中，變幅較大的環(huán)境溫度或較為極端的環(huán)境溫度均會(huì)導(dǎo)致混凝土早期裂縫的產(chǎn)生，而在施工時(shí)，水化熱造成的內(nèi)外溫度差異易導(dǎo)致溫度裂縫的產(chǎn)生，目前已有設(shè)置保溫隔熱層的方式降低熱量傳遞對(duì)混凝土帶來(lái)的影響[29-30]。本文通過(guò)優(yōu)化材料配比，提出在水泥砂漿中摻入較高熱惰性指數(shù)材料PCM，使其具有自我調(diào)溫功能，可有效控制施工過(guò)程的溫升。本文是對(duì)材料的基礎(chǔ)研究，應(yīng)用于不同的工程中，其回收期成本將產(chǎn)生較大差異，因此本文僅從材料的制備成本和施工中控制水化熱2方面進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析。

3.1 材料制作成本分析

表2所示為相變水泥砂漿原材料的成本，并由此計(jì)算出復(fù)合相變材料的單價(jià)。表3所示為普通水泥砂漿與本文制備的不同水灰比下相變材料/水泥砂漿混合物的制作成本對(duì)比。需要注意的是，本文采用的價(jià)格是根據(jù)采購(gòu)價(jià)格定的，實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中需要根據(jù)市場(chǎng)價(jià)格進(jìn)行調(diào)整。由表3可見(jiàn)，摻入相變材料后，水泥砂漿的成本并未提高，反而有所降低。這是因?yàn)楸疚膹?fù)合材料價(jià)格摻入量較低，且本文研制復(fù)合相變材料時(shí)，考慮了價(jià)格因素，選用價(jià)格較低的石蠟等材料進(jìn)行配置。另一方面，由前面的研究可知，摻入相變材料后，相變水泥砂漿的強(qiáng)度將有降低，本文計(jì)算時(shí)采用的水泥等級(jí)是一致的，如需達(dá)到與普通水泥砂漿相同的強(qiáng)度，需要提高水泥強(qiáng)度等級(jí)來(lái)提升相變水泥砂漿的強(qiáng)度，這將增加一部分材料成本。但總體而言，相變材料的摻入并不會(huì)引起材料制作成本的大幅增加。

表2 相變水泥砂漿各原材料成本

3.2 水化熱控制成本對(duì)比分析

采用本文制備的相變水泥砂漿及材料自身的控溫功能進(jìn)行控溫。表4分析了本文的相變材料控溫、冰塊控溫技術(shù)和冷水管技術(shù)對(duì)早期水泥水化熱的溫控成本分析，主要從材料費(fèi)和人工費(fèi)進(jìn)行比較分析。相變材料技術(shù)通過(guò)優(yōu)化配比，利用自身調(diào)溫功能控溫，材料和人工費(fèi)增加成本為0；采用冰塊控溫和冷水管控溫成本如表4所示，人工費(fèi)和材料費(fèi)容易產(chǎn)生較大的增加。本文優(yōu)化配比的方法將為改善水泥水化熱工程問(wèn)題提供一種新的解決思路，而且采用本材料也可抑制由于環(huán)境溫度導(dǎo)致的裂縫產(chǎn)生，節(jié)約后期維護(hù)成本。由于環(huán)境溫度導(dǎo)致的裂縫修復(fù)費(fèi)用具有不確定性，本文暫不予考慮。

表4 水化熱控制成本對(duì)比分析

4 結(jié)論與討論

本文為提升水泥砂漿材料儲(chǔ)能性能、降低溫度變化對(duì)隧道水泥砂漿材料強(qiáng)度和變形的影響，通過(guò)在不同水灰比的水泥砂漿中加入相變材料制備新型相變水泥砂漿材料，并分析其熱導(dǎo)率、相變潛熱、相變溫度等熱學(xué)參數(shù)，研究了相變水泥砂漿試樣蓄熱能力及其熱應(yīng)變隨溫度變化的發(fā)展，對(duì)其增強(qiáng)機(jī)制進(jìn)行分析，并與未摻入PCM的普通水泥砂漿材料進(jìn)行熱力學(xué)性能和經(jīng)濟(jì)性對(duì)比，得出以下結(jié)論。

1)基于石蠟、HDPE和EG制備的復(fù)合相變材料，潛熱高、熱物理性能優(yōu)良，摻入水泥砂漿中獲得的新型相變水泥砂漿材料，有效提高了該材料的相變速率、潛熱利用率和調(diào)溫能力，可滿足隧道管片、注漿等材料需求。

2)隨著PCM的摻入，相變水泥砂漿材料抗壓強(qiáng)度與抗折強(qiáng)度均降低。本試驗(yàn)中，齡期為28 d時(shí)，水泥砂漿材料的抗壓強(qiáng)度最小值為19.2 MPa，實(shí)際工程中可根據(jù)流動(dòng)性、強(qiáng)度、調(diào)溫及自密實(shí)性的需求，合理配置水泥砂漿。

3)相變材料的摻入增強(qiáng)了水泥砂漿材料的蓄熱及調(diào)溫能力，減小了熱應(yīng)變。當(dāng)外界溫度升高至70 ℃時(shí)，本文試樣熱應(yīng)變最大降低了36.63%。摻入相變材料后，材料造價(jià)并未提升，但該新型相變水泥砂漿材料自調(diào)溫性能大大提升，有利于控制熱應(yīng)變和裂縫的發(fā)展。

本文所提出的新型相變水泥砂漿材料具有較強(qiáng)的熱適應(yīng)能力，其蓄能及調(diào)溫能力隨相變材料摻量的增加而提高，但其強(qiáng)度和導(dǎo)熱性有所降低。針對(duì)同時(shí)兼顧溫度、流動(dòng)性和強(qiáng)度需求的相變水泥砂漿材料配比，仍需進(jìn)行深入研究，以期滿足各類(lèi)隧道工程的實(shí)際應(yīng)用需求，為工程應(yīng)用提供更深入而全面的理論依據(jù)。