細(xì)觀結(jié)構(gòu)灌漿瀝青混凝土導(dǎo)熱系數(shù)研究

摘 要： 路面的導(dǎo)熱系數(shù)和傳熱效率影響著城市熱島效應(yīng)和冬季路面凝冰現(xiàn)象的發(fā)生。為從細(xì)觀結(jié)構(gòu)的角度研究灌漿瀝青混凝土導(dǎo)熱系數(shù)的影響因素，通過(guò)離散元軟件PFC 3D 生成灌漿瀝青混凝土的細(xì)觀模型，在COMSOLMultiphysics 中對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行模擬，并進(jìn)行理論計(jì)算。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行灌漿混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)試驗(yàn)，相對(duì)誤差為6.42%，驗(yàn)證細(xì)觀模型模擬的準(zhǔn)確性。通過(guò)驗(yàn)證的模型，分析不同空隙率和瀝青混凝土骨架、水泥砂漿導(dǎo)熱系數(shù)變化對(duì)灌漿瀝青混凝土導(dǎo)熱系數(shù)的影響。結(jié)果表明：空隙率在20%～28% 之間，灌漿瀝青混凝土導(dǎo)熱系數(shù)與空隙率的改變近似呈線性變化，空隙率每增加2%，導(dǎo)熱系數(shù)降低約3.1%；灌漿瀝青混凝土導(dǎo)熱系數(shù)隨水泥砂漿和瀝青混凝土骨架導(dǎo)熱系數(shù)的增大而增大，但隨著水泥砂漿和骨架導(dǎo)熱系數(shù)值的不斷增大，灌漿瀝青混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)增長(zhǎng)幅度越來(lái)越慢。

關(guān)鍵詞： 灌漿; 瀝青混凝土; 導(dǎo)熱系數(shù); 細(xì)觀模型

中圖分類號(hào)： TB9; U416 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)： 1674–5124（2024）09–0120–06

0 引 言

“十四五”時(shí)期，我國(guó)新基建需求量將持續(xù)高位運(yùn)行，交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)不斷邁出新步伐，國(guó)家“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)也正在加快[1]。交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r是衡量一個(gè)國(guó)家發(fā)達(dá)水平的重要標(biāo)志，公路是交通運(yùn)輸?shù)闹匾问?，瀝青路面憑借其平整性、防水性、耐久性和便于維護(hù)等優(yōu)勢(shì)，成為國(guó)內(nèi)外高等級(jí)路面澆筑的主要選擇[2-4]。瀝青路面屬于黑色感溫性材料，夏季瀝青路面會(huì)吸收大量的熱量，表面溫度升高，而又向大氣中釋放大量的熱量，會(huì)使城市溫度顯著增加，加劇城市熱島效應(yīng)問(wèn)題，增加能耗[5-6]。同時(shí)，也影響著冬季路面結(jié)冰。

導(dǎo)熱系數(shù)作為瀝青混凝土最重要的熱物性參數(shù)之一，它很大程度上影響著瀝青路面的溫度場(chǎng)分布[7-8]。半柔性路面是指將水泥基灌漿材料灌入高度開(kāi)放的多孔隙瀝青混合料骨架內(nèi)而得到的新型路面材料，這種材料能夠有效解決傳統(tǒng)瀝青路面耐老化性差、溫度穩(wěn)定性差和水泥路面易開(kāi)裂等缺點(diǎn)，正在不斷被推廣和應(yīng)用[9]。顧曉燕等人[10] 水泥基材料的灌漿效果，分析了水膠比、砂膠比、粉煤灰、膨脹劑等因素對(duì)流動(dòng)性的影響。包惠明等人[11] 研究了在不同的灌漿率下，對(duì)比了地聚物砂漿和水泥砂漿作為灌漿材料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性能。孫雅珍等人[12] 研究發(fā)現(xiàn)水膠比、礦粉、砂膠比、膨脹劑、減水劑和速凝劑對(duì)灌漿材料性能的影響差異性較大，并進(jìn)行了配合比設(shè)計(jì)。鄧甲[13] 研究發(fā)現(xiàn)將空心玻璃微珠摻入到水泥砂漿中，水泥試塊導(dǎo)熱系數(shù)隨著摻量的增加而增大。孫婕[14] 通過(guò)摻加不同粒徑的橡膠顆粒到水泥基灌漿材料中，測(cè)試發(fā)現(xiàn)改性后水泥基灌漿材料的導(dǎo)熱系數(shù)變小。孫淑強(qiáng)[15]研究水泥基地?zé)峁酀{材料導(dǎo)熱系數(shù)在一定程度范圍內(nèi)隨砂膠比的增大而增大。張秀禮等人[16] 針對(duì)級(jí)配、密實(shí)度相同但厚度不同的瀝青混凝土試件，進(jìn)行了熱傳導(dǎo)試驗(yàn)及有限元仿真的方法，計(jì)算了導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)比驗(yàn)證。目前，研究主要集中在對(duì)水泥基灌漿料或?yàn)r青混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)的進(jìn)行分析，分析的種類受到集料種類、水泥種類的限制，很難進(jìn)行定量分析評(píng)價(jià)。

因此，本文構(gòu)建一個(gè)細(xì)觀瀝青混凝土模型，基于細(xì)觀模型對(duì)灌漿瀝青混凝土導(dǎo)熱系數(shù)影響因素進(jìn)行了定量分析研究。本研究對(duì)后續(xù)分析灌漿路面?zhèn)鳠嵝省⒕徑獬鞘袩釐u效應(yīng)、降低冬季路面結(jié)冰具有重要的意義。