基于碳纤维布热源的靶向导热路面结构设计与导热特性分析
发布时间：2021-01-19 10:45
道路的冰雪问题是影响交通安全的主要问题之一,特别是寒冷地区冬季或者道路特殊路段如桥梁、隧道口积雪问题严重降低了车辆的通行效率,增加了安全隐患。针对该问题目前已经有很多种除冰雪的技术,其中包括电缆、碳纤维布等主动加热型方法,为提高主动加热型路面冬季导热效率,导热沥青混凝土越来越被人们所重视。但即使在我国的寒冷地区,夏季环境温度依然很高,而沥青路面主要病害之一车辙病害的重要原因就是夏季高温使得沥青路面中下面层热量累积,使得路面强度降低。导热沥青混凝土的导热性能在冬季和夏季都高于普通混凝土,因此其在冬季与夏季的应用产生矛盾。为此,本文基于碳纤维布加热热源,提出了靶向导热沥青路面结构,即通过高导热沥青混凝土结构层与低导热沥青混凝土结构层的结构组合来消除这一矛盾,通过研究高、低导热材料掺量对导热系数的影响,以及温度场数值模拟等得到最佳尺寸与导热系数组合。并进行加热试验和路用性能试验以及经济评价。本文采用高导热填料石墨、低导热填料硅藻土和沸石,制作了各导热填料不同梯度掺量下的标准混凝土试件,通过DHR型平板法测得各标准件的导热系数,得出了各导热填料掺量对导热系数的影响规律,为靶向导热路面的理论计算...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
靶向导热路面结构示意图
耗层的融冰雪性能并取得了较好的效果。化学类铺装技术目前存在的问题是盐化物的掺量过大会影响沥青路面的路用性能，且往往经过长久时间的冬季夏季循环后，路面中所添加的化学材料会产生流失，析出量减少，因此从更长的时间跨度来看，其融雪化冰的效果会随着时间的推移而降低。（3）热力融雪化冰技术热力融雪化冰的方法是一种主动型除冰雪方法，直接为路面提供热量从而达到融雪除冰的目的。包括流体加热法、地热管法、红外加热法、发热丝电缆法和导电混凝土法等[13-15]徐慧宁。[17]对流体加热道路建立了温湿耦合融雪模型，分析了地点、系统、环境等参数对流体加热道路融雪系统效率的影响，并开展了相关试验，取得了较好的效果。国外Zuquan Tang[18]将碳纤维线发热技术应用于道路除冰雪。美国阿拉斯大学杨朝辉也曾采用碳纤维胶带作为发热热源应用于校园人行道如图 1-3，研究了该系统融冰效果的影响因素，并取得了较好的效果且成本较低[24][64]。
图 1-4 碳纤维带及应用于室内地暖加热示意图长安大学杨飞[22]基于室内升温试验分析结果，采用碳纤维发热线对道路进行加热，碳纤维线的埋深为 3cm，布设间距为 10cm，但碳纤维线采用并联的方式，施工工艺控制较为复杂，难度较大。大连理工大学张倩雯[23]基于碳纤维发热线除冰雪路面，计算了风力等级和积雪厚度等因素已知的情况下，该加热系统需要多大的输出功率来达到除雪的要求。长安大学鲍梦捷[24]对内置碳纤维线发热路面建立了ABAQUS温度场模型，进行了模型计算和实验验证。（4）抑制冻结的路面铺装技术目前抑制冻结铺装技术主要包括弹性体混入技术、弹性体压入技术和粗糙型铺装技术三种[25- 27]弹性体混入指的是将橡胶颗粒或其他弹性材料，加入沥青混合料中代替部分细集料，然后再进行摊铺。国内潭忆秋进行了相应的室内试验研究和实体工程的铺筑，研究表明路表冰层的破坏主要是剪切破坏，并采用数值模拟方法对橡胶的。
【参考文献】：
期刊论文
[1]复合式路面结构温度场研究[J]. 崔君毅. 公路交通科技(应用技术版). 2016(10)
[2]碳纤维带电热技术的试验研究[J]. 朱德举,马拓,刘武华. 湖南大学学报(自然科学版). 2016(05)
[3]环境友好型氯盐融雪剂的研制[J]. 龙江虹,曾平,阳杰,岳元媛,田艳. 中国井矿盐. 2014(05)
[4]沥青路面温度场的预估方法[J]. 单景松,郭忠印. 江苏大学学报(自然科学版). 2013(05)
[5]环保型融雪剂的高效缓蚀剂的研制[J]. 宋礼慧,靳志玲,刘安双. 盐业与化工. 2012(08)
[6]道路融雪除冰技术现状与发展趋势分析[J]. 喻文兵,李双洋,冯文杰,易鑫. 冰川冻土. 2011(04)
[7]抗冻结沥青混凝土路面国内外研究现状与进展[J]. 张洪伟,陈伦坤,张宝龙,潘文君. 公路. 2011(01)
[8]显色型环保除冰融雪剂的性能研究[J]. 周密,林永波. 中国给水排水. 2011(01)
[9]融雪剂对交通设施和环境的影响及对策研究[J]. 张志敏,杜素军,赵世涛. 山西建筑. 2010(23)
[10]橡胶颗粒沥青混合料除冰雪性能的影响因素[J]. 周纯秀,谭忆秋. 建筑材料学报. 2009(06)
博士论文
[1]流体加热道路融雪系统温—湿耦合融雪模型及仿真分析[D]. 徐慧宁.哈尔滨工业大学 2011
[2]沥青路面热反射与热阻技术降温机理与应用研究[D]. 张鑫.哈尔滨工业大学 2011
[3]基于融雪化冰的传导沥青路面优化设计及粘弹性响应分析[D]. 王虹.武汉理工大学 2010
[4]融雪化冰水泥混凝土路面研究[D]. 刘凯.长安大学 2010
硕士论文
[1]抑冰抗滑磨耗层的材料设计与路用性能分析[D]. 李耘禄.哈尔滨工业大学 2017
[2]内置碳纤维融冰路面设计方法[D]. 鲍梦捷.长安大学 2017
[3]沥青路面导热系数测试装置研究[D]. 张吉星.长安大学 2017
[4]氯盐融雪剂浓度对沥青及沥青混合料性能影响研究[D]. 马晨.吉林大学 2017
[5]新型有机融雪剂对绿化带植物生长的影响[D]. 朱汉祥.吉林农业大学 2016
[6]水泥基碳纤维地暖电热技术的试验研究[D]. 马拓.湖南大学 2015
[7]碳纤维发热线用于道路除冰雪的技术研究[D]. 杨飞.长安大学 2014
[8]混凝土路面碳纤维发热线融雪化冰研究[D]. 张倩雯.大连理工大学 2014
[9]自防冰桥面铺装技术研究[D]. 牛凯.长安大学 2013
[10]考虑极端气候的季冻区道路结构温度场分布规律研究[D]. 张锐.哈尔滨工业大学 2012
本文编号：2986842
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
靶向导热路面结构示意图
耗层的融冰雪性能并取得了较好的效果。化学类铺装技术目前存在的问题是盐化物的掺量过大会影响沥青路面的路用性能，且往往经过长久时间的冬季夏季循环后，路面中所添加的化学材料会产生流失，析出量减少，因此从更长的时间跨度来看，其融雪化冰的效果会随着时间的推移而降低。（3）热力融雪化冰技术热力融雪化冰的方法是一种主动型除冰雪方法，直接为路面提供热量从而达到融雪除冰的目的。包括流体加热法、地热管法、红外加热法、发热丝电缆法和导电混凝土法等[13-15]徐慧宁。[17]对流体加热道路建立了温湿耦合融雪模型，分析了地点、系统、环境等参数对流体加热道路融雪系统效率的影响，并开展了相关试验，取得了较好的效果。国外Zuquan Tang[18]将碳纤维线发热技术应用于道路除冰雪。美国阿拉斯大学杨朝辉也曾采用碳纤维胶带作为发热热源应用于校园人行道如图 1-3，研究了该系统融冰效果的影响因素，并取得了较好的效果且成本较低[24][64]。
图 1-4 碳纤维带及应用于室内地暖加热示意图长安大学杨飞[22]基于室内升温试验分析结果，采用碳纤维发热线对道路进行加热，碳纤维线的埋深为 3cm，布设间距为 10cm，但碳纤维线采用并联的方式，施工工艺控制较为复杂，难度较大。大连理工大学张倩雯[23]基于碳纤维发热线除冰雪路面，计算了风力等级和积雪厚度等因素已知的情况下，该加热系统需要多大的输出功率来达到除雪的要求。长安大学鲍梦捷[24]对内置碳纤维线发热路面建立了ABAQUS温度场模型，进行了模型计算和实验验证。（4）抑制冻结的路面铺装技术目前抑制冻结铺装技术主要包括弹性体混入技术、弹性体压入技术和粗糙型铺装技术三种[25- 27]弹性体混入指的是将橡胶颗粒或其他弹性材料，加入沥青混合料中代替部分细集料，然后再进行摊铺。国内潭忆秋进行了相应的室内试验研究和实体工程的铺筑，研究表明路表冰层的破坏主要是剪切破坏，并采用数值模拟方法对橡胶的。
【参考文献】：
期刊论文
[1]复合式路面结构温度场研究[J]. 崔君毅. 公路交通科技(应用技术版). 2016(10)
[2]碳纤维带电热技术的试验研究[J]. 朱德举,马拓,刘武华. 湖南大学学报(自然科学版). 2016(05)
[3]环境友好型氯盐融雪剂的研制[J]. 龙江虹,曾平,阳杰,岳元媛,田艳. 中国井矿盐. 2014(05)
[4]沥青路面温度场的预估方法[J]. 单景松,郭忠印. 江苏大学学报(自然科学版). 2013(05)
[5]环保型融雪剂的高效缓蚀剂的研制[J]. 宋礼慧,靳志玲,刘安双. 盐业与化工. 2012(08)
[6]道路融雪除冰技术现状与发展趋势分析[J]. 喻文兵,李双洋,冯文杰,易鑫. 冰川冻土. 2011(04)
[7]抗冻结沥青混凝土路面国内外研究现状与进展[J]. 张洪伟,陈伦坤,张宝龙,潘文君. 公路. 2011(01)
[8]显色型环保除冰融雪剂的性能研究[J]. 周密,林永波. 中国给水排水. 2011(01)
[9]融雪剂对交通设施和环境的影响及对策研究[J]. 张志敏,杜素军,赵世涛. 山西建筑. 2010(23)
[10]橡胶颗粒沥青混合料除冰雪性能的影响因素[J]. 周纯秀,谭忆秋. 建筑材料学报. 2009(06)
博士论文
[1]流体加热道路融雪系统温—湿耦合融雪模型及仿真分析[D]. 徐慧宁.哈尔滨工业大学 2011
[2]沥青路面热反射与热阻技术降温机理与应用研究[D]. 张鑫.哈尔滨工业大学 2011
[3]基于融雪化冰的传导沥青路面优化设计及粘弹性响应分析[D]. 王虹.武汉理工大学 2010
[4]融雪化冰水泥混凝土路面研究[D]. 刘凯.长安大学 2010
硕士论文
[1]抑冰抗滑磨耗层的材料设计与路用性能分析[D]. 李耘禄.哈尔滨工业大学 2017
[2]内置碳纤维融冰路面设计方法[D]. 鲍梦捷.长安大学 2017
[3]沥青路面导热系数测试装置研究[D]. 张吉星.长安大学 2017
[4]氯盐融雪剂浓度对沥青及沥青混合料性能影响研究[D]. 马晨.吉林大学 2017
[5]新型有机融雪剂对绿化带植物生长的影响[D]. 朱汉祥.吉林农业大学 2016
[6]水泥基碳纤维地暖电热技术的试验研究[D]. 马拓.湖南大学 2015
[7]碳纤维发热线用于道路除冰雪的技术研究[D]. 杨飞.长安大学 2014
[8]混凝土路面碳纤维发热线融雪化冰研究[D]. 张倩雯.大连理工大学 2014
[9]自防冰桥面铺装技术研究[D]. 牛凯.长安大学 2013
[10]考虑极端气候的季冻区道路结构温度场分布规律研究[D]. 张锐.哈尔滨工业大学 2012
本文编号：2986842
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