瀝青路面取向熱誘導(dǎo)傳輸機(jī)理與結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、黑色瀝青路面能夠強(qiáng)烈地吸收太陽輻射，熱量在路面內(nèi)部積累，造成路面溫度升高。高溫路面通過對流換熱和有效輻射兩種方式向大氣釋放熱量;同時(shí)，路面內(nèi)的積熱又會向路基傳遞，升高了路基溫度。
　　本文通過向?yàn)r青混合料內(nèi)添加高導(dǎo)熱石墨粉體、低導(dǎo)熱漂珠粉體以及在路面內(nèi)部設(shè)置連續(xù)的高導(dǎo)熱棒和腔體填充結(jié)構(gòu)等方式設(shè)計(jì)了幾種瀝青路面熱量誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，借助有限元模擬手段從兩個(gè)方面系統(tǒng)開展瀝青路面內(nèi)取向熱誘導(dǎo)的傳輸機(jī)理研究:(1)降低熱量在路面內(nèi)的下

2、傳效率;(2)加速路面內(nèi)的熱量向路基傳遞，并通過室內(nèi)照射試驗(yàn)對模擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。
　　論文首先測定了添加石墨和漂珠粉體的瀝青混合料的熱物參數(shù)，并對添加漂珠的瀝青混合料的性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，石墨可以提高瀝青混合料的導(dǎo)熱系數(shù)而漂珠可以降低瀝青混合料的導(dǎo)熱系數(shù);漂珠能夠提高瀝青混合料的高溫性能和水穩(wěn)定性，降低低溫性能。
　　通過阻止熱量進(jìn)入路面并降低路面內(nèi)熱量的下傳效率分別設(shè)計(jì)了瀝青路面高取向熱誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)G-OHIS和G+

3、R-OHIS。結(jié)果表明，兩種結(jié)構(gòu)面層內(nèi)的積熱量分別減少了14.2％和34.0％。最大溫度降低幅度分別為2.5℃和7.1℃。瀝青路面的熱量高取向傳遞還可以減少路基內(nèi)的積熱。G-OHIS和G+R-OHIS的路基頂?shù)南募疚鼰崃繙p少了9.9％和23.2％，年凈吸熱量減少了6.2％和37.9％。利用瀝青路面的高取向熱誘導(dǎo)和塊石路基在冬季的對流散熱特性，設(shè)計(jì)了一體化散熱結(jié)構(gòu)G-IHDS和G+R-IHDS。兩種結(jié)構(gòu)路基頂?shù)南募疚鼰崃繙p少了11.9％和

4、24.8％，年凈吸熱量減少了16.7％和34.9％。
　　通過阻止熱量進(jìn)入路面并提高路面內(nèi)熱量的下傳效率設(shè)計(jì)了瀝青路面雙向熱誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)G-BHIS和G+R-BHIS。面層內(nèi)的積熱量分別減少了15.9％和37.6％。最大溫度降低幅度分別為2.4℃和7.8℃。在瀝青路面雙向熱誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)研究的基礎(chǔ)上，在中下面層植入對齊高導(dǎo)熱棒(如鋼棒)來形成導(dǎo)熱通道，加速熱量傳向路基。結(jié)果表明，鋼棒吸收了中上面層混合料內(nèi)的熱量并快速向下傳遞，路面溫度明顯降

5、低，其中4cm處降溫達(dá)3.6～6.5℃。對梯度剛棒誘導(dǎo)路面?zhèn)鳠岬难芯勘砻?，上凸式梯度剛棒可以增大降溫區(qū)間和進(jìn)一步降低下面層頂部的溫度，下凸式梯度剛棒可以減小降溫區(qū)間和進(jìn)一步降低中面層頂部的溫度。通過分析不同鋼棒植入形式對路面?zhèn)鳠岬挠绊?，提出將對齊鋼棒植入上面層2cm后貫穿中下面層以吸收熱量并降低內(nèi)部溫度。該結(jié)構(gòu)一天內(nèi)的平均吸熱量增加30.6％，路表最高溫度降低1.7～3.5℃，2cm處的溫度降低最為顯著，達(dá)2.4～6.4℃。
　　

6、此外，論文還嘗試了在路面內(nèi)設(shè)置腔體結(jié)構(gòu)并填充石墨粉體來加速路面內(nèi)的熱量向下傳遞。通過數(shù)值模擬和試驗(yàn)兩種手段證明了腔體填充結(jié)構(gòu)對路面力學(xué)性能影響很小。由于石墨填充體的導(dǎo)熱系數(shù)高于鋼棒，腔體填充結(jié)構(gòu)的中上面層溫度降低更為明顯。其中，4cm處的降溫達(dá)3.7～6.9℃。
　　受制于溫度梯度的車轍試驗(yàn)的困難，論文對降溫路面的抗車轍性能進(jìn)行了數(shù)值模擬，如基于剛棒的雙向熱誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)SR-BHIS能夠降低最大車轍深度達(dá)50.8％。
　　本文提