随着社会城市化建设的不断推进,混凝土结构已成为我国目前乃至今后相当长时期建筑结构的主要型式,其抗火性能一直是研究的热点话题。为了提高混凝土结构的抗火性能,本论文从提高混凝土本身储热性能出发,以SiCl4和NH4A1(SO4)2·12H2O为主要原料,采用溶胶-凝胶法制备了SiO2封装NH4A1(SO4)2·12H2O的定形性相变储能材料,该方法通过SiCl4水解形成的Si02三维网状结构在表面张力和毛细吸附二者共同作用下将NH4A1(SO4)2·12H2O包覆在其中,从而实现了对固-液相变储能材料的封装。再以所制相变材料部分代替混凝土的细骨料砂的方法制备出相变储能混凝土,预以该定形性相变储能材料的储能性能来达到减缓混凝土的升温速率从而达到提高混凝土结构抗火性能的目的。为了研究NH4A1(SO4)2·12H2O/SiO2定形性相变储能材料的添加对混凝土结构抗火性能的影响,本文开展了该相变储能材料的制备及其性能表征,相变储能混凝土的制备及其热工和力学性能的测试,不同储能密度的相变储能混凝土结构在火灾高温下的温度场和应力-应变场分布的有限元分析等研究工作。研究结果表明：通过差示扫描量热仪(DSC)对不同储能密度的定形性相变储能材料的储能性能进行分析发现,当NH4A1(SO4)2·12H2O的含量达到最高70%时,定形性相变储能材料的储能密度为202J/g,且储能密度随着NH4A1(SO4)2·12H2O含量的增加而增大；通过热重分析仪(TG)对NH4A1(SO4)2·12H2O含量为70%的定形性相变储能材料的热稳定性进行分析,结果表明定形性相变储能材料在100℃之前有较好的热稳定性,且在高温下定形性相变材料中的SiO2与NH4A1(SO4)2·12H2O之间没有发生化学反应。采用所制备的定形性相变储能材料和改性定形性相变储能材料分别以部分代替细骨料砂的方法制备相变储能混凝土,进而对该混凝土的制备工艺、力学性能以及热工性能进行研究,结果表明：相变储能混凝土的整体拌合物和易性较普通混凝土好,且采用未改性的相变储能材料制备的相变储能混凝土的养护周期约为普通混凝土的2.5倍；相变储能混凝土的抗压强度随着相变储能材料含量的减小而逐渐提高,当相变储能材料的含量从10.7%减小到4.6%时,混凝土的抗压强度从8.62Mpa增加到18.85Mpa；相变储能混凝土的储能密度和比热容随着混凝土中相变储能材料含量的增加而增大,而导热系数则随其含量的增加而减小。通过对相变储能混凝土结构在火灾条件下的受火行为进行有限元分析发现,相变储能材料的添加减慢了混凝土结构在火灾作用下内部的升温速率,且在相同火灾荷载条件下,相变混凝土结构的背火面温度比普通混凝土结构的背火面温度降低了77%；定形性相变储能材料的添加改善了混凝土结构的本构关系,提高了火灾下混凝土的储热性能和其力学性能；通过对相变储能混凝土结构的温度场和应力-应变场的有限元分析发现,定形性相变储能材料的添加减缓了混凝土结构的升温速率,改善了混凝土的热惰性,使得混凝土结构在火灾下能够在更长时间内保持稳定性和完整性,从而达到提高混凝土结构抗火性能的目的。
