發(fā)布時間：2018-07-18 13:31

【摘要】：黑色瀝青路面能夠強烈地吸收太陽輻射,熱量在路面內(nèi)部積累,造成路面溫度升高。高溫路面通過對流換熱和有效輻射兩種方式向大氣釋放熱量；同時,路面內(nèi)的積熱又會向路基傳遞,升高了路基溫度。本文通過向瀝青混合料內(nèi)添加高導(dǎo)熱石墨粉體、低導(dǎo)熱漂珠粉體以及在路面內(nèi)部設(shè)置連續(xù)的高導(dǎo)熱棒和腔體填充結(jié)構(gòu)等方式設(shè)計了幾種瀝青路面熱量誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上,借助有限元模擬手段從兩個方面系統(tǒng)開展瀝青路面內(nèi)取向熱誘導(dǎo)的傳輸機理研究：(1)降低熱量在路面內(nèi)的下傳效率；(2)加速路面內(nèi)的熱量向路基傳遞,并通過室內(nèi)照射試驗對模擬結(jié)果進行驗證。論文首先測定了添加石墨和漂珠粉體的瀝青混合料的熱物參數(shù),并對添加漂珠的瀝青混合料的性能進行了試驗研究。結(jié)果表明,石墨可以提高瀝青混合料的導(dǎo)熱系數(shù)而漂珠可以降低瀝青混合料的導(dǎo)熱系數(shù)；漂珠能夠提高瀝青混合料的高溫性能和水穩(wěn)定性,降低低溫性能。通過阻止熱量進入路面并降低路面內(nèi)熱量的下傳效率分別設(shè)計了瀝青路面高取向熱誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)G-OHIS和G+R-OHIS。結(jié)果表明,兩種結(jié)構(gòu)面層內(nèi)的積熱量分別減少了14.2%和34.0%。最大溫度降低幅度分別為2.5℃和7.1℃。瀝青路面的熱量高取向傳遞還可以減少路基內(nèi)的積熱。G-OHIS和G+R-OHIS的路基頂?shù)南募疚鼰崃繙p少了9.9%和23.2%,年凈吸熱量減少了6.2%和37.9%。利用瀝青路面的高取向熱誘導(dǎo)和塊石路基在冬季的對流散熱特性,設(shè)計了一體化散熱結(jié)構(gòu)G-IHDS和G+R-IHDS。兩種結(jié)構(gòu)路基頂?shù)南募疚鼰崃繙p少了11.9%和24.8%,年凈吸熱量減少了16.7%和34.9%。通過阻止熱量進入路面并提高路面內(nèi)熱量的下傳效率設(shè)計了瀝青路面雙向熱誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)G-BHIS和G+R-BHIS。面層內(nèi)的積熱量分別減少了15.9%和37.6%。最大溫度降低幅度分別為2.4℃和7.8℃。在瀝青路面雙向熱誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)研究的基礎(chǔ)上,在中下面層植入對齊高導(dǎo)熱棒(如鋼棒)來形成導(dǎo)熱通道,加速熱量傳向路基。結(jié)果表明,鋼棒吸收了中上面層混合料內(nèi)的熱量并快速向下傳遞,路面溫度明顯降低,其中4cm處降溫達3.6～6.5℃。對梯度剛棒誘導(dǎo)路面?zhèn)鳠岬难芯勘砻?上凸式梯度剛棒可以增大降溫區(qū)間和進一步降低下面層頂部的溫度,下凸式梯度剛棒可以減小降溫區(qū)間和進一步降低中面層頂部的溫度。通過分析不同鋼棒植入形式對路面?zhèn)鳠岬挠绊?提出將對齊鋼棒植入上面層2cm后貫穿中下面層以吸收熱量并降低內(nèi)部溫度。該結(jié)構(gòu)一天內(nèi)的平均吸熱量增加30.6%,路表最高溫度降低1.7～3.5℃,2cm處的溫度降低最為顯著,達2.4～6.4℃。此外,論文還嘗試了在路面內(nèi)設(shè)置腔體結(jié)構(gòu)并填充石墨粉體來加速路面內(nèi)的熱量向下傳遞。通過數(shù)值模擬和試驗兩種手段證明了腔體填充結(jié)構(gòu)對路面力學(xué)性能影響很小。由于石墨填充體的導(dǎo)熱系數(shù)高于鋼棒,腔體填充結(jié)構(gòu)的中上面層溫度降低更為明顯。其中,4cm處的降溫達3.7～6.9℃。受制于溫度梯度的車轍試驗的困難,論文對降溫路面的抗車轍性能進行了數(shù)值模擬,如基于剛棒的雙向熱誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)SR-BHIS能夠降低最大車轍深度達50.8%。本文提出的熱量取向誘導(dǎo)機理與結(jié)構(gòu)有助于進一步理解瀝青路面的熱傳遞特性。根據(jù)瀝青路面的應(yīng)用環(huán)境和結(jié)構(gòu)特點設(shè)計出合理的熱量誘導(dǎo)結(jié)構(gòu),從而實現(xiàn)降低高溫車轍、緩解城市熱島效應(yīng)或保護凍土路基的目的。
[Abstract]:The black asphalt pavement can absorb solar radiation strongly , heat accumulate in the interior of the road surface , cause the temperature of the road surface to rise , and the high - temperature pavement releases heat to the atmosphere through convection heat transfer and effective radiation ;
In this paper , the heat - induced structure of asphalt pavement is designed by adding high heat - conductive graphite powder , low - heat - conduction drift - bead powder and continuous high - heat - conducting rod and cavity filling structure to asphalt mixture .
( 2 ) To accelerate the transfer of heat in the pavement to the subgrade , and verify the simulation results by the indoor irradiation test . First , the thermal parameters of the asphalt mixture added with graphite and floating bead powder are determined , and the properties of the asphalt mixture added with floating beads are studied . The results show that the graphite can improve the thermal conductivity of the asphalt mixture , and the floating beads can reduce the thermal conductivity of the asphalt mixture .
The high - orientation heat - induced structure of asphalt pavement ( G - OHIS and G + R - OHIS ) has been designed by preventing heat from entering the pavement and decreasing the heat transfer efficiency .
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：U416.217

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

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相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

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本文編號：2132053