路面材料导热系数ASU圆柱体试样测试法改进
发布时间：2022-01-11 15:25
导热系数是路面材料关键的热物理参数之一,由于路面材料的多相性,现有试验方法在试件制备、测试可操作性等方面仍存在一定的不足。笔者在原ASU圆柱试样法的基础上提出了改进ASU圆柱试样法,改进方法包括采用更符合现场采样的圆柱体试样,减小试样中心导热孔以缩短试样达到温度稳定状态时间,利用外侧橡胶护圈固定表面数据采集热电偶,以及在中心孔填充试验砂等措施,以进一步提高导热系数试验结果的准确性和可操作性。分别采用改进ASU圆柱试样法和原ASU圆柱试样法对已知导热系数的超高分子量聚乙烯材料、美国4个不同州的沥青混凝土和水泥混凝土的导热系数进行了研究。结果表明,通过改进试验设备、采用湿润的有机砂填充试样中心孔洞能够有效降低试验中温度损失,提高温度数据读取的精确性,改进ASU圆柱试样法在试验可操作性、可重复性、用时以及试验结果准确度等方面均得到进一步优化,能够更好地用于沥青混凝土和水泥混凝土路面材料导热系数测量。
【文章来源】：林业工程学报. 2020,5(05)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
ASU圆柱试样法试件热传导原理图[17]
2)孔洞内装置安放(图3):将加热棒在孔洞中固定，并将温度传感器T1和T2固定在孔洞与加热棒之间的间隙中，分别距试件上下表面0.04 m;然后，分多次用干燥的细砂填满加热棒与孔洞间的空隙，同时采用柔软的木槌从试件顶部和外部轻轻地敲打，直至空隙被填满;最后，在室温下用注射器将蒸馏水逐滴地从顶部注入中心孔洞的细砂中，直至2 min内细砂不吸收水分为止(沥青混凝土试件需4 g蒸馏水;水泥混凝土试件需6 g蒸馏水)。3)绝缘层及上层传感器安放(图3):采用直径0.15 m、厚0.05 m的泡沫塑料作为绝缘层材料。在下层绝缘层，将试件安放在两个泡沫塑料上;在上层绝缘层，两个泡沫塑料在中心位置切一个小楔形口，将第一层泡沫塑料置于试件上方，通过楔形口安置好加热棒和T1、T2的导线并补回楔形小块;然后，将第2层泡沫塑料通过楔形缺口加放在其上并同样补回楔形小块，使两层楔形缺口180°错开，并确保在绝缘层的中心导线引出位置没有空隙;最后，将温度传感器F1放置在试件和第一绝缘层之间，将温度传感器F2放置在两个绝缘层之间，并压制重物放在上部绝缘片顶部，以使试件与顶部和底部绝缘片紧密稳定地接触。
路面材料的热物理参数一般包括有导热系数、比热容、反射率、密度和发射率等，其中导热系数尤为关键[4-5]。目前，国内外研究学者从导热系数入手，通过改变路面材料的导热系数，如使用导热系数较低的集料或热阻粘封层等，形成一系列热阻式路面结构形式，进而达到缓解城市热效应及路面材料温度敏感性的目的[6-8]。通常，路面材料导热系数的获取方式主要有理论预估法和实测法[9-10]。其中，理论预估法由于无法较好地考虑环境温度及湿度对导热系数的影响，存在一定的使用局限性[11-13]。而实测法则主要是借鉴非金属固体材料的相关测试方法，如防护热板法，其缺乏对路面材料特性的反映，测试结果相差较大，可比性差，且测试试件难于成型[14-16]。Carlson等[17]在亚利桑那州立大学(Arizona State University，简称ASU)提出了ASU圆柱试样法。该方法是一种使用圆柱形试件来检测路面材料导热系数的试验方法，结果表明该测试方法能够适用于路面材料导热系数的测试，且具有较好的精度及可重复性。但是，该测试方法仍存在内孔出口位置难以控制、填充的导电浆料难以使用、试验空间有限及试验操作相对复杂等实际问题。Morris[18]对上述试验方法进行改进，主要包括扩大内孔孔径、采用硅橡胶海绵垫作填充物、设计热电偶固定V形支架及设定恒温试验环境等措施。试验结果表明，改进的ASU圆柱试样法在典型材料导热性数测定中表现优异，但仍存在硅橡胶海绵垫压缩导致本身导热系数变化、V形支架难以维持热电偶多触点均匀接触等问题。基于此，本研究考虑到试样可操作性、测试结果准确度等因素，对ASU圆柱试样法进行进一步改进和简化，以期提高ASU圆柱试样法的准确度和可重复性，为路面材料导热系数的测量及路面结构温度场分析提供可靠的依据。1 ASU圆柱试样法改进
【参考文献】：
期刊论文
[1]太阳能集热式沥青路面接触热阻影响因素研究[J]. 冒慧文,李波,程壮,陆鹏程. 公路. 2019(05)
[2]中空聚酯纤维沥青混合料的热阻及路用性能研究[J]. 张楠,郑南翔,高志敏. 公路交通科技. 2018(10)
[3]沥青路面材料导热系数影响因素分析[J]. 刚增军. 公路交通科技(应用技术版). 2017(08)
[4]半刚性基层沥青路面的热传导试验特性[J]. 延西利,艾涛,游庆龙,张祎茹,王利娟. 长安大学学报(自然科学版). 2016(05)
[5]基于平模温度场的疲劳寿命分析[J]. 李震,吴家雄. 林业工程学报. 2016(02)
[6]材料热物理参数对沥青路面温度场的影响[J]. 李彬,陈肃明,从志敏. 武汉理工大学学报. 2014(08)
[7]沥青混合料导热系数测试及其影响因素分析[J]. 张倩,李彦伟,谢来斌. 西安建筑科技大学学报(自然科学版). 2014(02)
[8]基于傅立叶导热定律的沥青混合料热传导试验[J]. 延西利,李绪梅,孙毅,徐达. 交通运输工程学报. 2013(06)
[9]沥青路面导热系数测试及其对路面温度场影响的模拟[J]. 李彦伟,张倩,谢来斌,何勇海,刘建. 功能材料. 2012(S1)
[10]混凝土导热系数试验研究[J]. 刘卫东,田波,侯子义. 中外公路. 2012(01)
硕士论文
[1]沥青混合料导热系数测定仪器仿真分析与优化研究[D]. 张飞.长安大学 2018
[2]沥青路面导热系数测试装置研究[D]. 张吉星.长安大学 2017
[3]基于物理引擎建模方法的沥青混凝土等效导热系数研究[D]. 胡伟超.哈尔滨工业大学 2012
本文编号：3583016
【文章来源】：林业工程学报. 2020,5(05)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
ASU圆柱试样法试件热传导原理图[17]
2)孔洞内装置安放(图3):将加热棒在孔洞中固定，并将温度传感器T1和T2固定在孔洞与加热棒之间的间隙中，分别距试件上下表面0.04 m;然后，分多次用干燥的细砂填满加热棒与孔洞间的空隙，同时采用柔软的木槌从试件顶部和外部轻轻地敲打，直至空隙被填满;最后，在室温下用注射器将蒸馏水逐滴地从顶部注入中心孔洞的细砂中，直至2 min内细砂不吸收水分为止(沥青混凝土试件需4 g蒸馏水;水泥混凝土试件需6 g蒸馏水)。3)绝缘层及上层传感器安放(图3):采用直径0.15 m、厚0.05 m的泡沫塑料作为绝缘层材料。在下层绝缘层，将试件安放在两个泡沫塑料上;在上层绝缘层，两个泡沫塑料在中心位置切一个小楔形口，将第一层泡沫塑料置于试件上方，通过楔形口安置好加热棒和T1、T2的导线并补回楔形小块;然后，将第2层泡沫塑料通过楔形缺口加放在其上并同样补回楔形小块，使两层楔形缺口180°错开，并确保在绝缘层的中心导线引出位置没有空隙;最后，将温度传感器F1放置在试件和第一绝缘层之间，将温度传感器F2放置在两个绝缘层之间，并压制重物放在上部绝缘片顶部，以使试件与顶部和底部绝缘片紧密稳定地接触。
路面材料的热物理参数一般包括有导热系数、比热容、反射率、密度和发射率等，其中导热系数尤为关键[4-5]。目前，国内外研究学者从导热系数入手，通过改变路面材料的导热系数，如使用导热系数较低的集料或热阻粘封层等，形成一系列热阻式路面结构形式，进而达到缓解城市热效应及路面材料温度敏感性的目的[6-8]。通常，路面材料导热系数的获取方式主要有理论预估法和实测法[9-10]。其中，理论预估法由于无法较好地考虑环境温度及湿度对导热系数的影响，存在一定的使用局限性[11-13]。而实测法则主要是借鉴非金属固体材料的相关测试方法，如防护热板法，其缺乏对路面材料特性的反映，测试结果相差较大，可比性差，且测试试件难于成型[14-16]。Carlson等[17]在亚利桑那州立大学(Arizona State University，简称ASU)提出了ASU圆柱试样法。该方法是一种使用圆柱形试件来检测路面材料导热系数的试验方法，结果表明该测试方法能够适用于路面材料导热系数的测试，且具有较好的精度及可重复性。但是，该测试方法仍存在内孔出口位置难以控制、填充的导电浆料难以使用、试验空间有限及试验操作相对复杂等实际问题。Morris[18]对上述试验方法进行改进，主要包括扩大内孔孔径、采用硅橡胶海绵垫作填充物、设计热电偶固定V形支架及设定恒温试验环境等措施。试验结果表明，改进的ASU圆柱试样法在典型材料导热性数测定中表现优异，但仍存在硅橡胶海绵垫压缩导致本身导热系数变化、V形支架难以维持热电偶多触点均匀接触等问题。基于此，本研究考虑到试样可操作性、测试结果准确度等因素，对ASU圆柱试样法进行进一步改进和简化，以期提高ASU圆柱试样法的准确度和可重复性，为路面材料导热系数的测量及路面结构温度场分析提供可靠的依据。1 ASU圆柱试样法改进
【参考文献】：
期刊论文
[1]太阳能集热式沥青路面接触热阻影响因素研究[J]. 冒慧文,李波,程壮,陆鹏程. 公路. 2019(05)
[2]中空聚酯纤维沥青混合料的热阻及路用性能研究[J]. 张楠,郑南翔,高志敏. 公路交通科技. 2018(10)
[3]沥青路面材料导热系数影响因素分析[J]. 刚增军. 公路交通科技(应用技术版). 2017(08)
[4]半刚性基层沥青路面的热传导试验特性[J]. 延西利,艾涛,游庆龙,张祎茹,王利娟. 长安大学学报(自然科学版). 2016(05)
[5]基于平模温度场的疲劳寿命分析[J]. 李震,吴家雄. 林业工程学报. 2016(02)
[6]材料热物理参数对沥青路面温度场的影响[J]. 李彬,陈肃明,从志敏. 武汉理工大学学报. 2014(08)
[7]沥青混合料导热系数测试及其影响因素分析[J]. 张倩,李彦伟,谢来斌. 西安建筑科技大学学报(自然科学版). 2014(02)
[8]基于傅立叶导热定律的沥青混合料热传导试验[J]. 延西利,李绪梅,孙毅,徐达. 交通运输工程学报. 2013(06)
[9]沥青路面导热系数测试及其对路面温度场影响的模拟[J]. 李彦伟,张倩,谢来斌,何勇海,刘建. 功能材料. 2012(S1)
[10]混凝土导热系数试验研究[J]. 刘卫东,田波,侯子义. 中外公路. 2012(01)
硕士论文
[1]沥青混合料导热系数测定仪器仿真分析与优化研究[D]. 张飞.长安大学 2018
[2]沥青路面导热系数测试装置研究[D]. 张吉星.长安大学 2017
[3]基于物理引擎建模方法的沥青混凝土等效导热系数研究[D]. 胡伟超.哈尔滨工业大学 2012
本文编号：3583016
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