寒区隧道保温材料浸水导热特性及合理厚度研究

发布时间：2020-07-20 22:15

【摘要】：寒区隧道敷设保温层是使围岩温度场保持稳定,防止围岩发生冻胀的常用手段。保温材料导热系数是评判其保温效果的重要参数。在实际工程中,因各种因素的影响,隧道渗漏水现象较为常见,寒区隧道渗漏的发生将导致隧道保温材料的保温效果降低。目前,有关保温层材料性能的研究基本是在寒区隧道不发生渗漏水的理想条件下进行的,没有考虑隧道渗漏水对隧道保温材料保温效果的不利影响。因此,结合寒区隧道渗漏水实际,开展隧道保温层材料的保温效果的研究具有重要意义。结合寒区隧道常用的保温材料类型,本文选取了酚醛、聚氨酯、福利凯三种保温材料,结合保温材料敷设方式,确定了自然主动吸水及有压被动吸水两种方式。为实现上述吸水方式,研制了吸水装置,在此基础上,分别对上述保温材料进行了吸水试验,得到了保温材料含水率随时间变化规律。在含水率一定的条件下,保温材料孔隙水分布也对保温效果有重要影响。为分析含水保温材料孔隙水分布,首先利用计算机断层成像技术得到CT扫描图像,然后依据图像灰度值的概念,提出了灰度体积含水率、材料吸水饱和程度、平均吸水高度以及孔隙水分布体积比的概念及公式。在此基础上得到了保温材料含水率和灰度值的关系;进一步得到了不同含水率保温板孔隙水分布特点及沿保温板厚度方向含水率变化规律。保温材料含水率条件与保温材料导热系数的变化相关,依据准稳态法导热原理,运用自制的准稳态平板法测试装置对含水保温材料导热系数进行了测试,得到导热系数随含水率的变化规律,建立了含水率与导热系数间相应公式。结合某寒区隧道温度场变化实际,在多层圆筒壁传热计算理论的基础上,结合斯蒂芬公式给出了围岩最大冻结深度,基于保温层采用内置式和外置式两种不同敷设方式,又建立了含水保温层厚度及导热系数的计算公式,并据此给出了寒区隧道含水保温层厚度设置建议值。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U454
【图文】：

保温层,试验所,试件,材料

保温层材料的吸水试验分为自然主动吸水试验和有压被动吸水试验，模拟寒区隧道生渗漏水现象时保温层材料吸水的情况。为了进行对比分析增加一组完全浸水试验，过对保温层材料进行自然主动吸水试验、有压被动吸水试验及完全浸水试验，观察保层材料的质量含水率随时间的变化规律。.1.1 试验材料根据对目前我国寒区隧道保温材料使用情况调查，选择三种隧道常用保温材料酚醛温板、聚氨酯保温板和福利凯保温板作为研究对象，进行试验分析。试验所用隧道保层材料试件如图 2.1 所示，试件长宽厚的尺寸分别为：98mm±2mm，98mm±2mm，0mm。由于聚氨酯保温板一面为光滑防水层，另一面为粗糙防水层，且粗糙防水层表面有规则的孔洞，将影响聚氨酯材料的吸水，故将其表面防水层切除，以研究在最不利条下聚氨酯保温板质量含水率随时间的变化规律。

聚氨酯保温

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主要仪器设备电热恒温鼓风干燥箱都红星电烘箱厂生产的 DB-250B 型电热恒温鼓风干燥箱（如图 2.3 所示烘干、干燥热处理以及其他加热之用。该干燥箱采用数显温度调节仪进温灵敏、操作简便、性能可靠，数字直接显示出工作温度，直观易读。50B 型电热恒温鼓风干燥箱主要技术参数：燥箱内腔尺寸：500mm×600mm×750mm；量温度范围：室温~250℃；敏度：±0.1℃。电子天平州科迪电子技术有限公司生产的电子天平（如图 2.4 所示），显示分度值为2000g。

【参考文献】