高原凍土區(qū)單向散熱瀝青路面材料與結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、寒區(qū)公路路基和凍土的穩(wěn)定性取決于其上方路面與空氣的地氣平衡。瀝青路面的吸熱性和封水性極大地改變了這種地氣平衡，導(dǎo)致路基及其下伏多年凍土積聚的熱量無法有效散發(fā)，凍土退化，路基不均勻沉陷，路面病害頻繁發(fā)生。正是由于路面與凍土之間相互作用，凍土問題成為難以解決的世界性難題。
　　 本文基于微分顆粒復(fù)合體系的有效媒質(zhì)理論，及粉體的物理各向異性與路面混合料及面層結(jié)構(gòu)的宏觀熱傳輸能力關(guān)聯(lián)性，建立層狀單向散熱路面結(jié)構(gòu)，研究單向散熱路面結(jié)構(gòu)傳熱

2、機理。本文研究內(nèi)容如下:研究復(fù)合材料導(dǎo)熱的顯微結(jié)構(gòu)特征，建立考慮界面熱阻的導(dǎo)熱和阻熱熱傳導(dǎo)理論預(yù)測模型。該模型預(yù)測表明扁平狀、微米級石墨能夠有效增強復(fù)合材料熱導(dǎo)率，球狀、微米級漂珠能夠有效降低復(fù)合材料熱導(dǎo)率。利用ANSYS有限元軟件對粉體改性復(fù)合材料的傳熱特性進行數(shù)值模擬，研究表明熱量流經(jīng)石墨時，熱量發(fā)生“越界遷移”效應(yīng)，熱量流經(jīng)漂珠時，熱量發(fā)生“沿界遷移”效應(yīng)。為解決復(fù)合材料的界面問題，采用偶聯(lián)劑對粉體進行表面改性，改性后的粉體與瀝青

3、攪拌，形成改性瀝青膠漿，在集料表面形成瀝青與粉體混合的熱量傳輸網(wǎng)絡(luò)體系。使用DRM-Ⅱ型熱導(dǎo)率測試儀對粉體改性瀝青混合料主要的熱物理參數(shù)進行測量，在低體積含量時，石墨瀝青混凝土的有效熱導(dǎo)率與石墨含量成線性關(guān)系，漂珠的摻量為5％時，瀝青混凝土的熱導(dǎo)率降低了22.2％，這表明少量漂珠的添加即可使得瀝青混凝土具有較好的阻熱性能?；贗EC標(biāo)準，在僅考慮熱傳導(dǎo)情況下，使用室內(nèi)光源進行輻射測試是合理可行的。制備試驗測試模型，絕熱的邊界條件保證了試

4、件測試的穩(wěn)定性。為降低試驗量，通過瀝青膜測試篩選面層各層粉體配比比例，制備并測試試件，優(yōu)選最優(yōu)比例粉體搭配為上面層10％石墨、中面層10％漂珠和下面層40％漂珠。根據(jù)IEC標(biāo)準，對最佳配比試件進行多循環(huán)范圍的熱效應(yīng)試驗。試驗顯示試驗組測試試件底部溫度降低3.4℃，試驗組表面層溫度比對照組溫度高1.7℃，這表明單向散熱試件結(jié)構(gòu)可以有效地增強測試試件的熱量釋放能力，冷卻底部溫度。以試件測試為基礎(chǔ)，依據(jù)五道梁瀝青混凝土路面為工程背景，通過AN

5、SYS有限元分析軟件分析帶有相變的瀝青公路路基溫度場的變化。模擬顯示試驗組路基下多年凍土融土核的厚度降低、多年凍土的融化深度降低、凍結(jié)深度增加、多年凍土的年平均地溫下降，這表明單向?qū)嵝月访鎸β坊哂忻黠@的降溫效果，減緩凍土退化，保護路基下多年凍土。
　　 本文通過改變?yōu)r青路面材料的傳熱特性，建立單向散熱層狀路面結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)低吸熱瀝青路面，保護路基下凍土。由于該項技術(shù)容易結(jié)合常規(guī)瀝青路面建設(shè)、養(yǎng)護和再生技術(shù)，因而施工容易、成本相對