传导沥青混凝土性能研究_王虹_9787513032131

　　利用沥青混凝土自身的优势，设计出传导沥青路面用于冬季路面融雪是目前国内外专家学者普遍研究的课题。《传导沥青混凝土性能研究》通过室内外实验对传导沥青混凝土在太阳能集热及融雪化冰应用上进行关于道路交通安全、可持续发展和新型环保绿色建材等方面的探索性扩展研究；对换热路面结构与材料组成、导热沥青混凝土性能和沥青路面集热与融雪化冰性能等方面进行了创新设计与研究。

　　黑色沥青路面具有很强的吸收太阳能的能力，利用沥青路面吸收太阳能成为一项新型的能源利用技术。此外，在低温冰雪天气中，亦可用夏季收集并储存的热量来给建筑物供暖和加热道路以融雪化冰，实现热量的跨季节应用。因此，该技术不仅可以大大缓解我国能源紧张的状况并提高道路交通的安全畅通程度，而且还可以有效降低路面温度和缓解城市热岛效应，减轻夏季高温天气中车辙、推移、泛油等病害。沥青道面换热器是实现太阳能集热和融雪过程的关键构造体，在实现并提高集热和融雪功能之前必须保证道路本身的功能和路用性能。本书从以下八个方面做了研究和分析及应用。

　　第一，本书提出了集热和融雪化冰沥青道路的结构形式，对集热和融雪用沥青路面建筑材料进行了设计和制备，包括用复合导热相填料制备传导沥青胶浆和传导沥青混凝土、利用页岩陶粒制备隔热层沥青混凝土等；同时，对沥青路面建筑材料的力学性能进行了系统试验和优化研究，评价导热相填料对沥青胶浆和沥青混凝土性能的影响，检验了页岩陶粒沥青混凝土的路用性能。

　　第二，基于传热学和气象学的基本原理，分析沥青路面太阳能集热及融雪的传热机理和热工过程，解析影响沥青路面集热和融雪的路面材料、结构特性和环境气候条件等基本概念，界定影响沥青混凝土路面换热的关键参数；对复合材料的各种导热模型进行归纳和总结，采用瞬态平板热源法精确测量沥青胶浆及沥青混凝土的热学参数，确定了传导沥青胶浆和沥青混凝土的导热机理；提出适合传导沥青胶浆和沥青混凝土导热系数的计算预估模型。

　　第三，在设定的冻融条件下进行多次冻融循环试验，研究传导沥青混凝土性能的变化规律，评价传导沥青混凝土耐水温耦合冲击的性能；模拟路面结构制备了组合式车辙板，采用结构自诊断的方法评价温度的重复变化对混凝土性能及路面功能的影响；提出了适合传导沥青混凝土抗水温耦合冲击的检测方法和指标。

　　第四，参考相关标准并结合沥青混凝土制备和成型的实际情况对混凝土太阳能集热和融雪的室内试验装置进行设计；建立了一个沥青混凝土换热大板来模拟路面的融雪，利用低温流体加热沥青路面在冰雪天气中进行融雪研究，主要通过实验测量融雪率、基本特征点的温度变化、融化时间以及表面温度场等数据，讨论实际道路管道融雪化冰的热工特性和融化规律，对融雪过程进行性能评价。

　　第五，通过集热试验验证了试验装置和方法能模拟集热条件，同时进行沥青混凝土试块温度场测试；测试结果的精度满足室内可控条件下对沥青混凝土太阳能集热性能评价的要求。根据沥青路面所处的实际气候条件，借助实验装置模拟气候条件在室内对路面温度场进行测量；获得沥青路面温度的变化过程、温度的垂直分布、温度变化速率以及温度梯度等结果。在室内和大气环境中利用沥青混凝土换热板进行太阳能集热试验，测量集热器内部温度的变化过程；评价不同流量对降低路面温度的效果以及路面初始温度对路面升温过程的影响。

　　第六，利用有限元软件ANSYS对传导沥青路面融雪性能进行优化设计。传导沥青路面融雪化冰时间与沥青混凝土材料导热系数呈幂指数关系；埋管越深，提高沥青混凝土的导热系数对融雪化冰效果越明显。传导沥青路面中的换热管道可根据沥青铺装层的厚度分两种方式进行布置［沥青混凝土导热系数≥30W/(m·℃)］：①埋管深度为10cm时，埋管间距为01m；②埋管深度为4cm时，埋管间距为015m。

　　第七，通过对传导沥青路面在夏季炎热条件下温度场分布研究得出：沥青路面最高温度出现在路表以下2cm处。传导沥青混凝土材料的选择可使沥青路面最高温度降低38%以上。在换热管道内通入助冷剂(水)可有效降低道路表面及内部温度。对于导热系数为30W/(m·℃)的传导沥青路面而言，夏季在换热管道内通入助冷剂(25℃水)可使道路表面温度降幅达20%以上。

　　第八，采用有限元软件ABAQUS对埋管型传导沥青路面在移动荷载作用下的黏弹性响应进行研究，得出了将沥青混合料黏弹性本构关系转换为Prony级数的方法。无论是埋有换热管道的传导沥青路面还是普通沥青路面，在行车荷载作用下最大拉应变均发生在铺装层下面层底部。换热管道可有效削弱中面层底部产生的最大拉应变。道路结构埋管与否以及埋何种换热管道对路面疲劳寿命影响不大，埋管型传导沥青路面可按普通沥青路面设计方法进行设计。

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