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原文传递太阳能集热沥青路面材料服役性能与集热时效性研究

论文题名：	太阳能集热沥青路面材料服役性能与集热时效性研究
关键词：	太阳能集热;沥青路面;服役性能;时效性
摘要：	沥青路面太阳能集热技术对于道路的可持续发展、新能源的开发利用以及城市热岛效应的改善具有积极的意义，已成为国内外该领域学者的研究热点，目前主要侧重于探究路面功能层集热性能的影响因素及提高其集热效率的方法，但是涉及该新型路面的服役性能及集热性能时效性的研究较少，极大地限制了该技术在工程上的推广应用。　　针对太阳能集热沥青路面材料服役性能与集热性能时效性开展研究，通过室内老化试验和水温耦合冲击试验，研究了太阳能集热用沥青路面材料的服役性能；以换热管道与沥青混凝土的接触界面为切入点，利用中心拔出试验研究了管道与混凝土的粘结性能，并通过室内路用性能试验方法揭示了换热管道对沥青混凝土性能的影响机制；从材料性能和服役条件出发，研究了沥青、集料、填料对沥青路面材料热物参数的影响，揭示了不同温度、不同湿度、不同老化方式和水温耦合冲击作用下路面材料热物性能的演变规律；通过建立沥青路面太阳能集热过程模型，研究了服役期间沥青路面功能层集热性能变化对路面集热功能时效性的影响。取得的主要成果如下：　　(1)采用石墨部分替代矿粉制备出导热性能较好的沥青混凝土，研究发现石墨能够改善沥青路面材料的高温性能、疲劳性能和抗老化性能，但同时会削弱其抵抗水温耦合冲击的能力。通过控制导热沥青混凝土的初始空隙率（4.0％~4.5%）和石墨掺量（占矿粉质量分数30%），可以降低石墨对沥青混凝土抗水温耦合冲击性能的不利影响；　　(2)换热管道和沥青混凝土的粘结强度与二者之间的粘结长度有关，且随着冻融循环次数的增加而降低，采用常用的路面粘结材料（改性乳化沥青或环氧沥青）处理管道表面能够显著提高管道-混凝土的粘结性能；　　(3)与普通沥青混凝土相比，在相同试验条件下埋管沥青混凝土的动稳定度和疲劳寿命分别下降了26.4%和50.8%，弯曲劲度模量增加了58.5%，表明管道会降低沥青混凝土的路用性能。但综合考虑实际应用过程中的降温和加热效果，太阳能集热沥青路面能够在更为适宜的温度区间内服役，因而在使用过程中其高低温性能要优于普通沥青路面。采用粘结材料处理管道-混凝土界面也有利于提高埋管沥青混凝土的疲劳性能；　　(4)沥青混凝土的热物参数与原材料的热物性及其体积分数有关，其中高导热填料和集料能显著提高路面材料的导热性能。在确定原材料组成的情况下，温度、湿度、老化以及水温耦合冲击等因素均会对沥青混凝土的热物性能造成影响，其中以水温耦合冲击的影响最为显著。在服役期间不同因素对沥青路面太阳能集热性能的影响，可以转化为路面材料热物参数变化对集热效率的影响来进行评价。　　(5)考虑在使用过程中服役因素（水温耦合冲击）对太阳能集热沥青路面材料热物参数的影响，对比分析新铺沥青路面和在役沥青路面在相同气候条件和工况下的集热性能。研究发现，新旧沥青路面集热性能的差异不大，在役沥青路面的出水温度约增加1oC左右，集热效率的增幅在2%以内（对应的管长为63.2m），表明沥青路面在服役期间能够保持稳定的集热性能。
作者：	潘攀
专业：	材料学
导师：	吴少鹏
授予学位：	博士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文