Skip to main content
SUPERVISOR
Morteza Madhkhan
مرتضی مدح خوان (استاد راهنما)
 
STUDENT
Amin Moshtaghi Jafarabad
امین مشتاقی جعفرآباد

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393

TITLE

Study of the effects of phase change materials (PCM) on concrete in terms of mechanical and thermal properties
In the last few years, due to the urgent need for reducing the amount of greenhouse gas emissions mankind is looking for the ways to construct the buildings with higher efficiencies in using resources and providing a convenient environment for living. Therefore in the last few decades, thermal storing systems are being used to solve this problem. Using smart materials which is known as Phase Change Materials (PCM) is one of many ways for reducing the thermal load of the buildings. This kind of materials stores the unwanted amount of latent energy in the freezing and thawing processes and release the back whenever it's needed. They can be used in many ways, one of which is suspending the constructing elements in them. In this research, two forms of phase change materials have are used. The commercial names are polyethylene glycol and salt hydrate. Aggregates were immersed in these materials and then been used to make the concrete. in this paper, the effect of phase change materials on the thermal and mechanical characteristics of concrete, long term and short term water absorption, thermal conductivity factor and the effect of them on the hydration process has been analyzed. Furthermore the effect of adding silica fume in the concrete specimens which were already under the influence of PCM has been examined. 26 mix designs have been tested. The results showed that using PCM in the mixes affects the hydration process and causes the resistance to decrease, but adding silica fume to the mixture minimizes this reduction. The tests showed that if the specimens contain PCM, the changes in the short and long term water absorption and the thermal conductivity factor are obvious. following these findings in the research, there is a whole section about analyzing the result of tests on the thermal performance, thermal mass and other thermal characteristics. Moreover, the results show that there is a need for using the calculation in unsteady states in replacement of common steady states. While testing the thermal performance, it was clearly found out that by using the PCM the thermal performance undergoes a significant improvement in a way that not only it leads to decrease in maximum temperature, but also it causes an amount of delay before reaching the maximum temperature which is a clear indication that using these materials in construction will lead to a significant decrease in power consumption. Key Words: Concrete, Phase Change Materials (PCM), Silica Fume, Scoria, Compressive Strength, Test Semi-adiabatic, Water Absorption of Short-term and Final, Thermal Conductivity, Thermal Performance.
در سالهای اخیر، با توجه به ضرورت کاهش و جلوگیری از صدور گازهای گلخانهای، اهمیت مسئله طراحی و اجرای سیستمهای ساخت و ساز که با کمترین استفاده از سیستمهای فعال توانایی تامین آسایش حرارتی برای ساکنین را دارا باشند، آشکار است. به منظور رفع این مشکل و همچنین ایجاد شرایط بهتر در چند دهه اخیر استفاده از سیستمهای ذخیرهسازی حرارتی بهصورت گسترده مورد توجه قرار گرفته است. یکی از سیستمهای ذخیرهسازی انرژی استفاده از موادی هوشمند با عنوان مواد تغیییر فاز دهنده ) PCM ( است که با بکارگیری این ماده در اجزای ساختمان میتوان از بار حرارتی ساختمان کاست. روش کار این مواد برای ذخیرهی انرژی گرمایی به این صورت است که این مواد بر پایه انرژیهای نهان ذوب و انجماد، مازاد انرژی را در زمان عدم نیاز در خود ذخیره کرده و در زمان نیاز دوباره به محیط باز میگردانند. مواد تغییر فاز دهنده را میتوان بهصورتهای مختلف در ساختمان بکار برد؛ از جمله این روشها میتوان به غوطهور کردن مصالح ساختمانی با این مواد اشاره نمود. در این پژوهش از دو نوع ماده تغییر فاز دهنده با نام تجاری پلیاتیلنگلیکول و هیدرات نمک استفاده شده است که برای بهکارگیری از آن، در ابتدا سنگدانهها را با این مواد غوطهور نموده و در ادامه از ترکیب بدست آمده برای ساخت بتن استفاده کرد. در این پایاننامه به بررسی تاثیر استفاده از مواد تغییر فاز دهنده بر روی خصوصیت حرارتی و مقاومتی بتن، میزان جذب آب کوتاه مدت و نهایی، ضریب هدایت حرارتی و تاثیر این مواد بر روی واکنش هیدراتاسیون بتن پرداخته میشود. در همین راستا تاثیر استفاده از میکروسیلیس در نمونههای بتن حاوی مواد تغییر فاز دهنده بررسی میشود. در این تحقیق 62 طرح اختلاط مورد آزمایش قرار گرفته است. نتایج نشان داد که استفاده از مواد تغییر فاز دهنده بر حسب میزان مصرف بر واکنش هیدراتاسیون تاثیرگذار است و باعث کاهش مقاومت میشود که با حضور میکروسیلیس در طرحهای اختلاط، میزان کاهش مقاومت به حداقل میرسد. همچنین در نمونههای حاوی مواد تغییر فاز دهنده، مشاهده شده است که درصد جذب آب کوتاه مدت و نهایی کاهش یافته و پارامتر ضریب هدایت حرارتی تحت تاثیر این ماده قرار میگیرد. در ادامه ضمن بررسی و تحلیل نتایج عملکرد حرارتی نمونهها، مواردی از قبیل نقش متفاوت جرم حرارتی، عایق حرارتی و تعریف ویژگیهای حرارتی بیان میگردد. همچنین نتایج تحقیق نشان از لزوم استفاده از محاسبات شرایط ناپایدار به جای روش مرسوم محاسبات پایدار میدهد. در آزمایش عملکرد حرارتی مشاهده شد که مواد تغییر فاز دهنده بهطور موثر در بهبود رفتار حرارتی نقش داشتهاند، به گونهای که در کنار کاهش حداکثر دما، تاخیر زمانی در رسیدن به دمای ماکزیمم مشاهده میگرددکه نتیجه استفاده از این مواد در صنعت ساختمان بهطور قابل توجهی کاهش مصرف انرژی را به دنبال خواهد داشت. کلمات کلیدی: بتن، مواد تغییر فاز دهنده ) PCM (، میکروسیلیس، اسکوریا، مقاومت فشاری، آزمایش نیمه بیدررو، جذب آب کوتاه مدت و نهایی، ضریب هدایت حرارتی، عملکرد حرارتی.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی