随着大型水利工程、超高层建筑、大型地下结构和大型民用设施的不断涌现，大体积混凝土结构获得了越来越广泛的应用。在大体积混凝土施工过程中，由于水泥水化热导致的温度裂缝是危害最大的一类裂缝，严重影响建筑物的安全运行，甚至危及结构寿命，造成巨大的经济损失。所以，如何有效降低大体积混凝土的水化热温升，降低温度裂缝的出现几率，同时有效避免降温过程中产生的负作用是一个十分重要的技术难题。　　 目前，在大体积混凝土内部温升控制技术的研究中，主要从材料的选择、混凝土配合比的优化以及从预冷骨料、分块浇筑等施工措施入手，配合采用水管冷却降温的方法来实现温度裂缝的控制。自1931年在美国胡佛坝建设过程中首次采用水管冷却降低大体积混凝土的内部温升以来，这一方法成为控制混凝土水化热温升最重要的措施之一，在世界范围内得到了广泛应用。但在水管冷却过程中，贴近管壁部位混凝土的温度梯度很大，可引起相当大的拉应力，特别是在大体积混凝土后期冷却过程中，可能导致在脱离基础约束区的结构中上部出现严重的贯穿裂缝。所以，为了获得更好的大体积混凝土内部温升控制效果、有效降低局部约束应力、提高结构抗裂安全度，有必要探讨更高效、更平稳、更安全的混凝土水化热温升控制新技术。　　 相变材料能够在相变过程中吸收或放出大量热量，并在此过程中保持温度相对稳定。利用相变材料储能密度大、相变过程温度变化小的特点来吸收部分水泥水化热，可以抑制混凝土内部温升，降低混凝土内部的温度应力。采用相变材料来降低混凝土的内部温升，进而达到减少混凝土温度裂缝的目的是一全新的思路。但在相变材料的使用方面存在种类缺乏、稳定性差、应用方法单一等问题。　　 本文围绕降低大体积混凝土内部温升这一中心问题，结合混凝土材料的自身特点、大体积混凝土的温度历史、相变材料的特性，系统开展了可降低大体积混凝土内部温升的相变材料的制备与应用研究。本文揭示了混凝土热膨胀系数和导热系数的可调控幅度及对大体积混凝土温度应力和温度梯度的影响；提出了复合相变材料的制备方法；研究了采用封装填埋相变材料降低混凝土内部温升的降温效果与影响因素；重点研究了相变导热流体的制备技术，确定了具有良好抗渗性能、冷热循环稳定性和相交性能的复合相变材料微胶囊的制备工艺条件；通过对比试验验证了采用相变导热流体代替水来降低混凝土内部温升和温度梯度的应用效果。论文取得的主要研究结论和创新成果包括以下几方面：　　 （1）通过试验和计算分析，揭示了混凝土热膨胀系数和导热系数的可调控幅度　　 通过研究粉煤灰取代率、浆体体积率、水灰比、含气量等技术参数对混凝土热膨胀系数的影响，指出在这些参数的可调整范围内，混凝土热膨胀系数的调控幅度均低于10％；计算分析了混凝土导热性能的影响因素及幅度，指出通过掺加碳纤维或偶联剂等功能材料，对混凝土导热系数的提高幅度低于3％。研究表明，混凝土的热膨胀性能、导热性能的调控幅度非常有限，通过降低混凝土热膨胀系数、提高导热系数来降低混凝土温度变形或温度梯度的效果不明显，只能作为大体积混凝土温度变形调控的辅助措施。　　 （2）提出了复合相变材料的制备方法，研制了相变温度适用于大体积混凝土水化热温升调控的二元复合相变材料。通过试验证明了在混凝土中封装填埋相变材料可在一定程度上降低混凝土的水化热温升。　　 以二元体系的理论相图为指导，通过测量二元体系不同组成的步冷曲线，得到二元相变材料体系的试验相图并找出该体系的最低共熔温度与组成范围，进而得到熔点更低、相变性能良好的复合相变材料，为新型相变材料的制备探讨了一条新途径。并以癸酸一十四烷酸二元体系为例，通过超声混合制备的复合相变材料的相变温度为19.65℃，相变焓为149.02kJ/kg，最大过冷度为1.6℃、热稳定性良好。　　 采用封装填埋相变材料的方法降低混凝土水化热温升的试验与分析结果表明，相变材料的填埋量越大，混凝土内部温峰降低幅度越大。将相变材料填埋于水泥用量为100kg/m3～400kg/m3的混凝土中，相变材料填埋量为水泥质量的10％时，混凝土的绝热温升可降低0.87℃～6.17℃，降低幅度为5％～9％。若要取得明显的温控效果，所需相变材料的填埋量较大，封装相变材料的管道直径较粗，且只能降低混凝土的内部温度峰值，不能用于结构内部的后期降温，此方法只能在特殊条件下用于降低混凝土的水化热温升。　　 （3）研制了相变材料微胶囊和相变导热流体的制备方法，验证了导热流体代替冷却水能够更有效地降低混凝土水化热温升、减小混凝土内部的最大温度梯度，具有原创性。　　 在相变材料微胶囊的制备研究方面，先后采用界面聚合法和原位生成法在复合相变材料液滴表面生成内层聚脲壁材和外层蜜胺树脂壁材，制备出了性能优良的复合壁材相变材料微胶囊。所制备的微胶囊的球形表面平整致密，具有良好的包覆性、抗渗性和冷热循环稳定性。微胶囊粒径分布集中，平均粒径为7.63μm，密度为950kg/m3，热稳定性好，相变温度为17.42℃，相变焓为147.93kJ/kg，芯材的质量含量为62.26％。囊壁的平均厚度为0.391μm，制备过程中芯材的转化率为92.1％、壁材的转化率为75.7％。确定了相变材料微胶囊在不同试验阶段的最佳制备工艺条件为：超声乳化功率为100W～150W、超声时间为2min～3min、复合乳化剂掺量为2.5％～3％、乳化温度为50℃、油水比为1:10；相交材料与内层壁材原料质量之和的质量比为4:1、分散于油相中的壁材原料与分散于水中的壁材原料的质量为1:1.5、搅拌速度为400rpm、反应温度为70℃；乙酸的滴加速度为1ml/min、蜜胺树脂预聚体的滴加量为相变材料质量的2倍、搅拌速度为400rpm、70℃条件下反应2h，升温至90℃继续反应1h。　　 在相变导热流体的制备方法及性能研究方面，指出悬浮性能稳定的相变导热流体的制备条件为：表面活性剂掺量为微胶囊质量的0.2％～0.3％、体系的pH值为7～9、微胶囊含量低于30％。在相变温度范围内，随着微胶囊含量的增加，导热流体的平均比热和最大比热也随之增大；在非相变温度区，随着微胶囊含量的增加，流体的比热值降低，但降低幅度较小；随着微胶囊含量的增加，流体的密度降低、粘度增大，但变化幅度较小。微胶囊质量含量为30％的相变导热流体，外观乳白色液体，密度为985kg/m3，在15℃～25℃的温度范围内，导热流体的平均比热5.33 kJ/（kg·℃），最大比热8.72kJ/（kg·℃）。　　 在采用相变导热流体降低混凝土水化热温升的应用效果研究方面，采用半绝热温升装置，对比了相变导热流体与水对混凝土的降温效果，并进行了相关计算分析。试验与计算结果表明：在冷却液循环量与温升幅度相同的情况下，在大坝混凝土中采用水作为冷却液，内部温度降低8.13℃时，采用相同流量的相交导热流体作为冷却液，内部温度降低10.85℃，降温效果增大2.72℃。在桥梁承台混凝土中，采用水冷内部温度降低21.50℃时，采用相变导热流体冷却内部温度降低27.36℃，降温效果增大5.86℃。采用相变导热流体作为冷却液比采用水降温效果增大27％～28％、混凝土与冷却液的最大温差降低7.6％～8.4％，在取得相同降温效果时循环流量可降低20％～22％。采用相变导热流体不仅可以更有效地降低混凝土的水化热温升，还能降低混凝土的内部温度梯度峰值、降低循环流量、节约循环时间、提高降温效率，对于控制大体积混凝土的温度裂缝具有重要意义。