沥青路面取向热诱导传输机理与结构研究

发布时间：2018-07-18 13:31

【摘要】：黑色沥青路面能够强烈地吸收太阳辐射,热量在路面内部积累,造成路面温度升高。高温路面通过对流换热和有效辐射两种方式向大气释放热量；同时,路面内的积热又会向路基传递,升高了路基温度。本文通过向沥青混合料内添加高导热石墨粉体、低导热漂珠粉体以及在路面内部设置连续的高导热棒和腔体填充结构等方式设计了几种沥青路面热量诱导结构。在此基础上,借助有限元模拟手段从两个方面系统开展沥青路面内取向热诱导的传输机理研究：(1)降低热量在路面内的下传效率；(2)加速路面内的热量向路基传递,并通过室内照射试验对模拟结果进行验证。论文首先测定了添加石墨和漂珠粉体的沥青混合料的热物参数,并对添加漂珠的沥青混合料的性能进行了试验研究。结果表明,石墨可以提高沥青混合料的导热系数而漂珠可以降低沥青混合料的导热系数；漂珠能够提高沥青混合料的高温性能和水稳定性,降低低温性能。通过阻止热量进入路面并降低路面内热量的下传效率分别设计了沥青路面高取向热诱导结构G-OHIS和G+R-OHIS。结果表明,两种结构面层内的积热量分别减少了14.2%和34.0%。最大温度降低幅度分别为2.5℃和7.1℃。沥青路面的热量高取向传递还可以减少路基内的积热。G-OHIS和G+R-OHIS的路基顶的夏季吸热量减少了9.9%和23.2%,年净吸热量减少了6.2%和37.9%。利用沥青路面的高取向热诱导和块石路基在冬季的对流散热特性,设计了一体化散热结构G-IHDS和G+R-IHDS。两种结构路基顶的夏季吸热量减少了11.9%和24.8%,年净吸热量减少了16.7%和34.9%。通过阻止热量进入路面并提高路面内热量的下传效率设计了沥青路面双向热诱导结构G-BHIS和G+R-BHIS。面层内的积热量分别减少了15.9%和37.6%。最大温度降低幅度分别为2.4℃和7.8℃。在沥青路面双向热诱导结构研究的基础上,在中下面层植入对齐高导热棒(如钢棒)来形成导热通道,加速热量传向路基。结果表明,钢棒吸收了中上面层混合料内的热量并快速向下传递,路面温度明显降低,其中4cm处降温达3.6～6.5℃。对梯度刚棒诱导路面传热的研究表明,上凸式梯度刚棒可以增大降温区间和进一步降低下面层顶部的温度,下凸式梯度刚棒可以减小降温区间和进一步降低中面层顶部的温度。通过分析不同钢棒植入形式对路面传热的影响,提出将对齐钢棒植入上面层2cm后贯穿中下面层以吸收热量并降低内部温度。该结构一天内的平均吸热量增加30.6%,路表最高温度降低1.7～3.5℃,2cm处的温度降低最为显著,达2.4～6.4℃。此外,论文还尝试了在路面内设置腔体结构并填充石墨粉体来加速路面内的热量向下传递。通过数值模拟和试验两种手段证明了腔体填充结构对路面力学性能影响很小。由于石墨填充体的导热系数高于钢棒,腔体填充结构的中上面层温度降低更为明显。其中,4cm处的降温达3.7～6.9℃。受制于温度梯度的车辙试验的困难,论文对降温路面的抗车辙性能进行了数值模拟,如基于刚棒的双向热诱导结构SR-BHIS能够降低最大车辙深度达50.8%。本文提出的热量取向诱导机理与结构有助于进一步理解沥青路面的热传递特性。根据沥青路面的应用环境和结构特点设计出合理的热量诱导结构,从而实现降低高温车辙、缓解城市热岛效应或保护冻土路基的目的。
[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 .
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U416.217

【参考文献】