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碳纤维/玻璃纤维格栅增强沥青混凝土电热性能研究
| 论文题名： | 碳纤维/玻璃纤维格栅增强沥青混凝土电热性能研究 |
| 关键词： | 道路材料;沥青混凝土;碳纤维;玻璃纤维;电热性能 |
| 摘要： | 当前我国的道路交通飞速发展，对我国经济建设起到了重要的作用。然而冬季的冰雪严重影响道路畅通和行车安全。高速公路、机场跑道和隧道口等重要路段的融雪化冰显得尤为重要。传统的人工机械除雪和融雪剂除雪是有效的除雪方式，但是也带来了很多问题，比如维修费高，污染环境，钢筋锈蚀等。因此为了保障道路的顺畅，需要寻求新的除雪方法。 基于土工格栅与融雪化冰的研究，本文提出了碳纤维/玻璃纤维格栅增强沥青混凝土融雪化冰的方法。碳纤维/玻璃纤维格栅可以有效增强沥青路面抗车辙能力;同时碳纤维具有良好的物化稳定性以及良好的导电性能。本文主要从数值模拟和试验两方面对碳纤维/玻璃纤维格栅增强沥青混凝土电热性能进行研究。具体研究内容与结论如下: (1)根据传热学理论，建立碳纤维/玻璃纤维格栅增强沥青混凝土融雪化冰的数学模型，确定边界条件，采用ANSYS有限元软件对传热过程进行模拟，了解相变过程和沥青混凝土内部的温度分布。 (2)数值模拟结果显示化冰过程冰层温度分为三个阶段。第一阶段为冰层的吸热过程，温度呈线性上升;第二阶段为冰层的相变过程，温度上升缓慢;第三阶段为水的吸热过程。用ANSYS有限元软件模拟不同沥青混凝土导热系数的化冰试验，结果显示沥青混凝土的导热系数不会对化冰效率产生很大的影响。 (3)通过碳纤维/玻璃纤维格栅增强沥青混凝土板在不同环境温度、冰层厚度、风速和发热功率条件下的电热升温试验，分析板表面温度变化。结果显示环境温度越低，冰层厚度越大和风速越大化冰效率越低;提高发热功率可以加快化冰速率。 (4)比较多种工况下的试验值与模拟值，第一阶段和第二阶段试验值与模拟值的吻合度比较高。而相变时间越长，第三阶段的吻合度越差。 (5)发热均匀性试验表明路面内部的温差在稳定的范围内，若考虑初始温差，碳纤维发热均匀性很好;边缘温度的上升速率与路面升温的速率相比很小，表明向四周流失的热量很少;路面的温度曲线近乎线性上升。室外融雪试验达到了预期的效果，验证了碳纤维/玻璃纤维格栅增强沥青混凝土电热融雪化冰的实用性。 |
| 作者： | 周卫杰 |
| 专业： | 结构工程 |
| 导师： | 宋世德 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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