寒区隧道保温材料吸水特性及冻融循环条件下的保温性能研究

发布时间：2020-10-24 03:42

　　铺设保温层是防止寒区隧道发生冻害常见的保温措施之一,保温材料性能的优劣直接决定着保温层的防冻保温效果。目前,隧道渗漏水现象较常见,雨季洞内空气湿度过大也有可能,但有关寒区隧道保温层的研究未考虑外界水分对保温材料的影响。因此,开展寒区隧道保温材料吸水特性及冻融循环条件下的保温性能研究具有现实意义。本文以聚酚醛和聚氨酯两种隧道常用的保温材料为研究对象,通过室内试验研究保温材料不同吸水方式下的吸湿、浸水特性。在此基础上,采用实验与理论相结合的方法,对不同含水状态下保温材料的导热系数进行预测分析。通过CT技术得到了保温材料内部孔隙水分布特征,建立了单面吸水保温材料等效导热系数的计算模型,分析了渐冻过程中等效导热系数的变化规律。通过冻融循环试验和微观扫描实验,得到了保温材料保温性能相关指标的演变规律和微孔结构的劣化过程。主要工作如下:(1)通过开展吸水试验研究保温材料的吸湿、浸水特性,得到了保温材料处于潮湿环境、无压滴渗以及有压浸泡等条件下的吸湿时间曲线,比选出了保温材料的最优等温吸湿模型,获得了保温材料在不利情况下实际使用中的含水状况。(2)为预测分析不同含水状况下保温材料的导热系数,从实验上,利用准稳态法和瞬态平面热源技术,得到了保温材料导热系数与含水率、含冰率之间的实际关系,并建立了相应的拟合模型;从理论上,将三相状态下的串联模型和并联模型结合在一起,并进行理论推算,提出了一种更符合工程实际的理论预测模型,达到了预测分析的目的。(3)利用CT扫描技术对单面吸水保温材料进行了三维重建,发现其吸水过程为水分由外逐层向里浸入,进而将保温材料等效为由干燥层、吸水未冻层和吸水冻结层组成的三层复合材料,结合多层复合材料等效导热系数的计算方法,建立了其等效导热系数的计算模型,得到了聚酚醛保温材料在渐冻过程中等效导热系数的变化规律。(4)通过冻融循环试验,分析了保温材料吸水率、导热系数和压缩强度随冻融循环次数的演变规律,发现其保温性能下降主要是由于吸水率的增大。通过SEM电镜扫描技术,对比分析了保温材料冻融循环前后微观孔隙结构的变化过程,证明了保温材料微观闭孔结构受到破坏是其吸水率增大从而造成保温材料保温效果下降的根本原因。并建立了保温板厚度与耐冻次数的关系,给出了保温层厚度修正值。
【学位单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U454
【部分图文】：