导热沥青混凝土

1、导热沥青混凝土导热沥青混凝土吴少鹏吴少鹏武汉理工大学武汉理工大学 硅酸盐材料科学与工程教育部重点实验室硅酸盐材料科学与工程教育部重点实验室2009年9月22日传导性沥青混凝土传导性沥青混凝土导热沥青混凝土导热沥青混凝土导热沥青混凝土是采用热导率高的集料或在混合料中掺入适当类型和适宜含量的导热相填料使沥青混凝土由热的不良导体转变为具有一定热传导能力的复合材料石墨石墨冶金渣冶金渣集料骨架结构集料骨架结构与增强作用与增强作用 粉料填充与均粉料填充与均匀分散效果匀分散效果 纤维桥接与纤维桥接与阻裂作用阻裂作用 纤维纤维l研究背景l导热沥青混凝土的制备l导热沥青混凝土的性能l路面温度场的分布l导热沥青混

2、凝土路面集热效率l导热沥青混凝土路面融雪化冰l展望提 纲l研究背景l导热沥青混凝土的制备l导热沥青混凝土的性能l路面温度场的分布l导热沥青混凝土路面集热效率l导热沥青混凝土路面融雪化冰l展望提 纲一、研究背景1.1 沥青路面高低温损害p 车辙p 温缩裂缝p 泛油p 推移或拥包一、研究背景1.2 道路交通冰雪灾害冻雨造成的冰封冻雨造成的冰封交通堵塞交通堵塞事故事故机场封闭机场封闭一、研究背景The Eurotunnel 1.3一种新的太阳能利用技术冬季模式冬季模式热热 源源夏季模式夏季模式热热 源源冷冷 源源冷冷 源源空气空气空气空气含水土层含水土层含水土层含水土层p 夏季时，利用传热介质，将沥

3、青路面吸收的太阳能储存到地下含水 土层等贮能装置中，实现能量的跨季节储存。p 冬季时将热量重新用于路面融雪化冰以及周围建筑物供暖等。沥青路面太阳能集热技术示意图一、研究背景 p 集热面积大机场跑道、高速公路、桥梁加铺，城市干道p 吸收性好0.9，T70 p 提供能量多90-150kWh/m2.a(荷兰数据)1.5 中国的太阳能资源中国的太阳能资源 p 2/3地区年辐射量超过5020MJ/m2p 年日照数大于2200小时p 比日本、欧洲优越得多来源：中国气象局风能太阳能评估中心来源：中国气象局风能太阳能评估中心1.4 沥青路面在太阳能集热过程中的优势沥青路面在太阳能集热过程中的优势改善行车安全：

4、改善行车安全：冬季可防止路面结冰，冬季可防止路面结冰，夏季可给路面降温。夏季可给路面降温。杜绝化雪盐杜绝化雪盐对环境的负面影响对环境的负面影响给建筑物供暖，给建筑物供暖，缓解能源紧张缓解能源紧张减少减少CO2的排放的排放一、研究背景1.6 沥青路面太阳能集热技术的意义导热沥青混凝土的制备导热沥青混凝土的制备集热性能的评价集热性能的评价融冰化雪性能的评价融冰化雪性能的评价道路能量系统的设计道路能量系统的设计热学性能热学性能疲劳性能疲劳性能低温性能低温性能集热效率集热效率温度场温度场加速冻融性能加速冻融性能融雪效率融雪效率管道设计管道设计储能系统储能系统控制系统控制系统1.7 研究内容整体概况-预

5、期目标一、研究背景l研究背景l导热沥青混凝土的制备l导热沥青混凝土的性能l路面温度场的分布l导热沥青混凝土路面集热效率l导热沥青混凝土路面融雪化冰l展望提 纲二、导热沥青混凝土的制备p沥青胶浆：沥青胶浆： 石墨掺量分别为石墨掺量分别为0，8，12，18，22p沥青混凝土：沥青混凝土： 石墨掺量分别为石墨掺量分别为0，12，18，22，22+0.2碳纤维碳纤维p石墨掺量为石墨占沥青胶浆的体积百分数，碳纤维掺量为混合料的重量比石墨掺量为石墨占沥青胶浆的体积百分数，碳纤维掺量为混合料的重量比试样的制备试样的制备参照参照导电沥青混凝土的制备：导电沥青混凝土的制备：石墨的渗流域值为石墨的渗流域值为11-

6、12石墨掺量与电阻石墨掺量与电阻率的变化关系率的变化关系l研究背景l导热沥青混凝土的制备l导热沥青混凝土的性能l路面温度场的分布l导热沥青混凝土路面集热效率l导热沥青混凝土路面融雪化冰l展望提 纲三、导热沥青混凝土的性能3.1 沥青胶浆的流变性能3.2 沥青混合料的路用性能3.3 沥青混合料的热学性能三、性能研究针入度试验结果及分析（针入度试验结果及分析（1）石墨掺量石墨掺量（）（）不同温度的针入度不同温度的针入度P P（0.1mm0.1mm）PIPIA AK K相关系数相关系数R R2 21515C C2525C C3030C C0 027.127.185.985.9157.8157.8-1

7、.537-1.5370.05090.05090.66780.66780.99980.99988 821.421.458.958.999.599.5-0.683-0.6830.04440.04440.66290.66290.99990.9999121219.819.852.652.685.585.5-0.369-0.3690.04230.04230.66300.66301.00001.0000181817.017.046.846.872.472.4-0.354-0.3540.04220.04220.60270.60270.99880.9988222216.316.342.342.370.170.

8、1-0.338-0.3380.04210.04210.58040.58040.99980.9998由不同温度的针入度计算的由不同温度的针入度计算的PIPI值值针入度随着石墨掺量的增加而减小，针入度指数针入度随着石墨掺量的增加而减小，针入度指数PI绝对值逐渐减小，绝对值逐渐减小，表明导热沥青胶浆的温度敏感性在下降。表明导热沥青胶浆的温度敏感性在下降。 3.1 3.1 沥青胶浆的流变性能（沥青胶浆的流变性能（1/81/8）三、性能研究针入度试验结果及分析（针入度试验结果及分析（2）3.1 3.1 沥青胶浆的流变性能（沥青胶浆的流变性能（2/82/8）00100iPPPP00100iPIPIPIPI

9、定义：定义：p 石墨掺量越大，针入度指数增加越大；p 在相同的石墨掺量下，针入度随温度的升高而增大， 温度越高，石墨对沥青稠度的影响作用越明显。p 石墨掺量超过18后，沥青胶浆的稠度及温度敏感性已无明显变化。三、性能研究延度试验结果及分析延度试验结果及分析3.1 3.1 沥青胶浆的流变性能（沥青胶浆的流变性能（3/83/8）随着掺入石墨量的增多，沥青的延度随之发生显著减小随着掺入石墨量的增多，沥青的延度随之发生显著减小这种对于路面的这种对于路面的温缩开裂是不利的温缩开裂是不利的。 三、性能研究软化点试验结果及分析软化点试验结果及分析3.1 3.1 沥青胶浆的流变性能（沥青胶浆的流变性能（4/8

10、4/8）800lg800KTA定义：定义：T800TR&B石墨的掺入能够提高沥青胶浆的软化点，石墨的掺入能够提高沥青胶浆的软化点，这有利于这有利于改善沥青的高温稳定性改善沥青的高温稳定性。 三、性能研究当量脆点试验结果及分析当量脆点试验结果及分析3.1 3.1 沥青胶浆的流变性能（沥青胶浆的流变性能（5/85/8）定义：定义：1.2lg1.2KTA适量的石墨能够降低沥青胶浆的脆点，适量的石墨能够降低沥青胶浆的脆点，有利于改善沥青胶浆的低温开裂性能。有利于改善沥青胶浆的低温开裂性能。三、性能研究3.1 3.1 沥青胶浆的流变性能（沥青胶浆的流变性能（6/86/8）p 在相同的温度下，粘度随石墨掺

11、量的增加而增大。在相同的温度下，粘度随石墨掺量的增加而增大。p Eistein 增粘系数随着石墨掺量的增加而呈近似线性的增长，增粘系数随着石墨掺量的增加而呈近似线性的增长， 说明石墨掺量越大，对沥青胶浆的增粘效果更加显著，说明石墨掺量越大，对沥青胶浆的增粘效果更加显著， 有利于改善沥青的抗高温流动变形性能有利于改善沥青的抗高温流动变形性能。 0/1 /EfK 粘度试验结果及分析粘度试验结果及分析三、性能研究3.1 3.1 沥青胶浆的流变性能（沥青胶浆的流变性能（7/87/8）DSR试验结果及分析试验结果及分析(1)1.E+051.E+061.E+071.E+081.E+090.010.1110

12、1001000扫描频率 /Rad/s复合剪切模量 /Pa303540455055606570相位角 /0%8%12%1822G（石墨掺量）1.E+011.E+021.E+031.E+041.E+051.E+060.010.11101001000扫描频率 /Rad/s复合剪切模量 /Pa707580859095相位角 /0%8%12%1822G（石墨掺量）G 5C下不同石墨掺量对下不同石墨掺量对 和和 的影响的影响 50C下不同石墨掺量对下不同石墨掺量对 和和 的影响的影响Gp 随着石墨掺量的增加，复合模量先增大后减小，相位角先减小后增大；随着石墨掺量的增加，复合模量先增大后减小，相位角先减小后

13、增大；p 合适掺量的石墨能够提高合适掺量的石墨能够提高胶浆的强度及弹性成分胶浆的强度及弹性成分。三、性能研究3.1 3.1 沥青胶浆的流变性能（沥青胶浆的流变性能（8/88/8）DSR试验结果及分析试验结果及分析(2)0.E+002.E+044.E+046.E+048.E+041.E+051.E+051.E+052.E+05020406080100扫描频率 / Rad/s车辙因子 /Pa0%8%12%18%22% （石墨掺量） 5C下不同石墨掺量对下不同石墨掺量对 储能模量储能模量 的影响的影响 50C下不同石墨掺量对下不同石墨掺量对 车辙因子车辙因子 的影响的影响p 随着石墨掺量的增加，储能

14、模量先增大后减小，与T1.2结果一致。p 车辙因子随石墨掺量的增加而增加，有利于提高高温性能； 但过多石墨已无进一步改善效果。sinG三、性能研究3.2 3.2 沥青混合料的路用性能（沥青混合料的路用性能（1/41/4）水损害试验结果及分析（水损害试验结果及分析（1）4681012140510152025石墨掺量 /%马歇尔稳定度 / kN)7879808182838485残留稳定度 /%)MSMS(+ 0.2% 碳纤维)RSRS(+ 0.2% 碳纤维)导热相材料对马歇尔稳定度的影响导热相材料对马歇尔稳定度的影响 p 随着石墨掺量的增加，马歇尔稳定度大幅下降，随着石墨掺量的增加，马歇尔稳定度大

15、幅下降， 表明石墨削弱了沥青表明石墨削弱了沥青混凝土的强度；混凝土的强度；p 沥青混合料的残留稳定度稍有下降，沥青混合料的残留稳定度稍有下降，但仍大于但仍大于8080 ；p 碳纤维的掺入对沥青混凝土有碳纤维的掺入对沥青混凝土有增强效果增强效果三、性能研究3.2 3.2 沥青混合料的路用性能（沥青混合料的路用性能（2/42/4）水损害试验结果及分析（水损害试验结果及分析（2）不同导热相材料掺量下的应力应变曲线不同导热相材料掺量下的应力应变曲线导热相材料对劈裂强度比的影响导热相材料对劈裂强度比的影响 p 间接拉伸强度都随着石墨掺量的增加而下降；间接拉伸强度都随着石墨掺量的增加而下降；p 沥青混合料

16、的劈裂强度比稍有下降，沥青混合料的劈裂强度比稍有下降，但仍大于但仍大于8080； p 碳纤维对沥青混合料具有碳纤维对沥青混合料具有增强作用增强作用。三、性能研究3.2 3.2 沥青混合料的路用性能（沥青混合料的路用性能（3/43/4）高温车辙试验结果及分析（高温车辙试验结果及分析（1）00.511.522.533.544.550102030405060时间 /min车辙深度 /mm0121822 22%+0.2%石墨掺量导热相材料对动稳定度的影响导热相材料对动稳定度的影响 导热相材料对车辙深度的影响导热相材料对车辙深度的影响p 沥青混合料的动稳定度随着石墨掺量的增加而大幅度增大；沥青混合料的动

17、稳定度随着石墨掺量的增加而大幅度增大；p 车辙深度随着石墨掺量的增加而大幅度减小，车辙深度随着石墨掺量的增加而大幅度减小， 过量的石墨，对高温性能过量的石墨，对高温性能无进一步无进一步改善效果；改善效果； p 碳纤维的掺入能够碳纤维的掺入能够进一步进一步提高沥青混合料高温稳定性。提高沥青混合料高温稳定性。 三、性能研究3.2 3.2 沥青混合料的路用性能（沥青混合料的路用性能（4/44/4）疲劳试验结果及分析疲劳试验结果及分析0.11101.E+011.E+031.E+051.E+071.E+09循环次数 Nf应力 /MPa02222+0.2石墨掺量导热相材料对疲劳寿命的影响导热相材料对疲劳寿

18、命的影响 在间接拉伸疲劳试验下：在间接拉伸疲劳试验下：p 石墨的掺入能够石墨的掺入能够提高提高 沥青混凝土的疲劳寿命沥青混凝土的疲劳寿命p 掺入碳纤维有掺入碳纤维有进一步改善进一步改善效果效果nTfKN)(三、性能研究()TTTqk Tk ijkxyz 13kCv3.3 3.3 沥青混合料的热学性能（沥青混合料的热学性能（1/71/7）1. 测量的热学参数测量的热学参数（1）导热系数：某一方向上单位温度梯度上通过的热流密度）导热系数：某一方向上单位温度梯度上通过的热流密度 (k)xT(x)qxT1T2热传导方程（傅里叶定律通用的表达式）三维温度场：一维温度场：根据近代观点，热能的传输由自由电子

19、的迁移和晶格的振动波（声子）实现的导热系数表达式（分子运动理论）C：载流子比热容 v：平均速度，：平均自由程q热流密度xTqkx 三、性能研究3.3 3.3 沥青混合料的热学性能（沥青混合料的热学性能（2/72/7）1. 测量的热学参数测量的热学参数（2）比 热：单位质量的物体温度升高一度所需要的热量（C）， 用于度量材料贮存热量的能力 （3）热扩散系数：导热系数与体积比热容之比（）， 用于度量材料传导热能的能力与其贮存热能能力的相对大 小，大的材料对其热环境的改变反映很快pkc三、性能研究3.3 3.3 沥青混合料的热学性能（沥青混合料的热学性能（3/73/7）2. 热学参数测量的方法（热学

20、参数测量的方法（1）沥青混凝土是由矿物集料和沥青胶结料组成的多相复合材料，其热学参数与其结构组成等众多因素有关，其热学参数大都是根据经验取值 导热系数(W/m. K)比热(J/kg. K)参考文献1.21920Corlew and Dickson(1968)200.86-1.06850-870Jordan and Thomas(1976)211.21-1.38840-1090Tegeler and Dempsey(1983)221.50-2.001000-1010Bruce A. and Rachel A.D.(1998)171.45-1.811120-1348Luca and Mrawira

21、， P.E.(2005)23不同学者对沥青混凝土热学参数的测试或计算值 可看出，每一位学者给出的参数都不同，且差别较大。对于导热沥青混凝土来说，其热学参数，只有通过实际测量 三、性能研究3.3 3.3 沥青混合料的热学性能（沥青混合料的热学性能（4/74/7）2. 热学参数测量的方法（热学参数测量的方法（2）p 我国尚未制定关于沥青混凝土热学参数测试的规范p 美国有ASTM C177-97规范，然而由于现行的商业导热系数测定仪的量程及其对测试样品尺寸的限制，沥青混凝土热学参数难以测量 试样导热仪三、性能研究3.3 3.3 沥青混合料的热学性能（沥青混合料的热学性能（5/75/7）2. 热学参数

22、测量的方法（热学参数测量的方法（3）瞬态平面热源法（Transient Plane Source Method, TPS） 原理原理: : 基于无限大介质中阶跃加热的圆盘形热源产生的瞬态温度响应 探头结构示意图 测试用的探头既是加热试样的热源，又是记录试样温度变化的温度传感器 三、性能研究3.3 3.3 沥青混合料的热学性能（沥青混合料的热学性能（6/76/7）3. 3. 测试的结果及分析测试的结果及分析 (1)(1)p 当石墨掺量由0增至22时，混凝土的导热系数由 1.73 W/mK增大 至2.37W/mK， 增大了37。p 比热随着石墨掺量的增加而减小；p 掺入碳纤维后，混合料的导热系数稍

23、有下降 。三、性能研究3.3 3.3 沥青混合料的热学性能（沥青混合料的热学性能（7/77/7）3. 3. 测试的结果及分析测试的结果及分析 (2)(2)p 当石墨掺量由0增至22时，混凝土的导温系数增大了63.0% ；p 掺入碳纤维后，混合料的导温系数稍有下降，减小了9.3 。l研究背景l导热沥青混凝土的制备l导热沥青混凝土的性能l路面温度场的分布l导热沥青混凝土路面集热效率l导热沥青混凝土路面融雪化冰l展望提 纲四、路面温度场的分布4.1 道路能量系统的应用4.2 路面温度场的研究方法4.3 路面温度场模拟研究4.4 路面埋管后温度场模拟4.5 室内试验研究四、路面温度场的分布4.1 道路

24、能量系统的应用（1/3）1 1 路面太阳能集热路面太阳能集热 沥青路面太阳能集热技术的原理： 路面将太能辐射的光能吸收并转换为热能，换热介质经管道将路面接收的热量输送至储热器储存或用于直接应用； 在需要热量的时候，热泵从储热器中抽取热量为用户供暖或制冷； 因此实现了太阳能的转换、储存和应用 四、路面温度场的分布4.1 道路能量系统的应用（2/3）2 2 路面管道的埋设路面管道的埋设 四、路面温度场的分布沥青路表的能量平衡示意图 导热预测和测量导热沥青路面的温度场分布，以此来评价导热沥青路面可利用太阳能的潜能 3 3 研究路面温度场的意义研究路面温度场的意义 4.1 道路能量系统的应用（3/3）

25、四、路面温度场的分布4.2 路面温度场的研究方法（1/2）（1）理论研究法：考虑太阳的辐射、气温、风速、云量、路面结构组成和路面材料的热学等参数建立数值模型预估路面的温度场分布（M. Hasebel, et. al., 2006）四、路面温度场的分布4.2 路面温度场的研究方法（2/2）（2）数理统计方法 ：根据实测的路温和气象资料，通过回归分析建立路温推算公式 日本的近藤佳宏等人提出的不同深度最高或最低温度随时间变化： SHRP提出的路表温度与气温的换算公式： 我国上海地区沥青混凝土面层温度： 1122( )sin()sin()126T tABtBt20.06180.228924.4surf

26、airTTLatLat20(17.78) 0.9545 17.78mmsurfTT220(0.06180.228924.4) 0.9545 17.78mmairTTLatLatmaxmax8.680.8740.007saTTL四、路面温度场的分布4.3 路面温度场模拟研究（1/12）1 1 有限元网格的划分有限元网格的划分 在厚度方向上分为多层：沥青面层、下承层等坡度路面需考虑水平面方向 网格点上的能量平衡网格点上的能量平衡四、路面温度场的分布222222()pTTTTkdvdcdvdxyz4.3 路面温度场模拟研究（2/12）2 2 模型的计算原理模型的计算原理 导热基础：热力学第一定律，傅

27、立叶定律 微元总净热量热量流入导致的温升2TaT 傅立叶定律 导热微分方程：a: 导温系数二维模型的瞬态热传导过程： 22221TTTxzt四、路面温度场的分布4.3 路面温度场模拟研究（3/12）2 2 模型的计算原理模型的计算原理 对流换热对流换热 （1）流体的导热微分方程（傅里叶-克希霍夫）： TazTwyTvxTuT2利用相似理论分析对流换热过程： p 对流换热量与风速、气温有关，其中风速对其影响甚大，不同的风速表现为不同的对流流态；p 随着风速的增大，边界层内的流态发生变化，依次为：层流，层流-湍流，湍流p 边界层流态的转变点一般由临界雷诺数Rex.c来确定，Rex.c=5105wx

28、xRex为距前沿的距离，m；w为风速，m/s ;v 运动粘度四、路面温度场的分布TglGr234.3 路面温度场模拟研究（4/12）2 2 模型的计算原理模型的计算原理 对流换热对流换热 （2）无风时，路面的对流换热可按平板自然对流来计算：a. 判定流态 层流与湍流的分解点 GrPr=109Gr 葛拉晓夫准数Pr 普朗特尔准数kCpPr 流体的体积膨胀系数b. 利用经验公式换算对流换热系数3/115. 0LLRaLNu107 RaL 1010，RaL =PrGr ，As和P分别为平板的表面积和周长 PALsNu 努谢尔特准数四、路面温度场的分布4.3 路面温度场模拟研究（5/12）2 2 模型

29、的计算原理模型的计算原理 对流换热对流换热 （3）有风时，路面的对流换热可按平板强迫对流来计算：a. 判定流态 层流与湍流的分解点 Rex.cb. 利用经验公式换算对流换热系数Pr0.6，Rex,c5105 风力等级。0级：00.2m/s；1级：0.31.5 m/s；2级：1.63.3 m/s；3级：3.45.4 m/s；4级：5.57.9 m/s；5级：8.010.7 m/s；6级：10.813.8 m/s；7级：13.917.1 m/s；8级：17.220.7 m/s；9级：20.824.4 m/s；10级：24.528.4 m/s；11级：28.532.6 m/s；12级：32.7 m/

30、s。 层流 3/12/1PrRe664. 0 xxxNu湍流 3/15/4PrRe0296. 0 xxxNu0.6Pr60，Rex,c5105 层流-湍流混合流动 3/15/4Pr)871Re037. 0(xxxNu0.6Pr60，105Rex,c3106 四、路面温度场的分布4.3 路面温度场模拟研究（6/12）3 3 前提条件（假设）前提条件（假设） 沥青路面是连续的整体，是固态且不可变形的 沥青混凝土的温度随着深度变化，在水平方向无温度波动 沥青路面各层之间接触良好，无热阻 温度和热流在各面层之间的传递是连续的 四、路面温度场的分布gstrcqqqq4.3 路面温度场模拟研究（7/12）

31、4 4 边界条件的确定边界条件的确定 太阳直接辐射热流密度 ：总流入热流密度：总流入热流密度： sstqI辐射引起的热流密度： 44trasqTT对流引起的热流密度：casqh TT四、路面温度场的分布4.3 路面温度场模拟研究（8/12）5 5 模拟的过程模拟的过程 温度的传递过程四、路面温度场的分布4.3 路面温度场模拟研究（9/12）6 6 模拟的结果（模拟的结果（1 1）采用了2007年8月8号的气象资料 石墨掺量对0cm、2cm、10cm深度温度分布的影响 p 石墨的掺量越大，路面内部的最高温度越高。p 路面越深，其最高温度的增幅越大。 四、路面温度场的分布4.3 路面温度场模拟研究

32、（10/12）6 6 模拟的结果（模拟的结果（2 2）10cm处导热系数与温度的关系 p 在10cm处，导热系数每增加0.1 W/mC，温度将增加0.459C；p 掺量为22时，最高温度增加了3.4 C。四、路面温度场的分布4.3 路面温度场模拟研究（11/12）6 6 模拟的结果（模拟的结果（3 3）0-4-8-2-6-10-12-141234567neat12% 18% 22% 最大降温速率 / /h最大升温速率 / /h2cm10cm0cm0-4-8-2-6-10-12-141234567neat12% 18% 22% 最大降温速率 / /h最大升温速率 / /h2cm10cm0cm石墨

33、掺量对温度变化速率的影响 石墨掺量对不同深度处最大变温速率的影响 p 添加石墨后，沥青路面出现了更大的升温速率和更小的降温速率， 表明导热沥青混凝土升温快，降温也快，有利于提高系统的集热效率。 p 随着石墨掺量的增加，2cm、10cm处最大增温速率增大， 最小降温速率减小四、路面温度场的分布4.3 路面温度场模拟研究（12/12）6 6 模拟的结果（模拟的结果（4 4）00.511.522.53-0.52cm10cm-1-1.5-2-2.5-3-3.5-4最小负温度梯度 /cm最大正温度梯度 /cmneat12% 18% 22% 00.511.522.53-0.52cm10cm-1-1.5-2

34、-2.5-3-3.5-4最小负温度梯度 /cm最大正温度梯度 /cmneat12% 18% 22% 石墨掺量对不同深度处最大温度梯度的影响 石墨掺量对温度梯度的影响 p 添加石墨后，沥青路面正温度梯度减小，负温度梯度增大， 表明导热沥青混凝土温度波动减小。 p 随着石墨掺量的增加，2cm、10cm处最大正温度梯度减小， 最小负温度梯度增大。四、路面温度场的分布4.4 路面埋管后温度场模拟（1/5）1 1 有限元网格的划分有限元网格的划分 pipe管道边界与介质水为对流换热Tamb水流的温度T（m, n)M.N格点的温度需考虑的参数：水温、质量流率、管径、深度等一系列参数四、路面温度场的分布nf

35、ffNuPrRe023. 08 . 014. 03/13/1)()()Pr(Re86. 1wffffldNu4.4 路面埋管后温度场模拟（2/5）2 2 管内对流换热管内对流换热 湍流加热流体，n=0.4， 104 Ref 1.2*105水30层流过渡流Ref 2300，水30，w流体粘度2300 Ref 10414. 03/23/13/2)()(1 Pr125Re116. 0wffffldNu四、路面温度场的分布4.4 路面埋管后温度场模拟（3/5）3 3 模拟的过程模拟的过程 埋管后温度的传递过程四、路面温度场的分布4.4 路面埋管后温度场模拟（4/5）4 4 模拟的结果（模拟的结果（1

36、1） 不同的管距，表面温度的变化速度四、路面温度场的分布4.4 路面埋管后温度场模拟（5/5）4 4 模拟的结果（模拟的结果（2 2） 表面最高温度与管径的关系四、路面温度场的分布4.5 室内试验研究（1/6）1 1 试样的成型（试样的成型（1 1） 四、路面温度场的分布4.5 室内试验研究（2/6）2 2 试验过程试验过程 电测部分：温度：最高达0.01电阻：0.002%F.S.+0.005%读数整体误差（电测+传感器）：温度：（0.10.2）试验中精密温度巡检仪灯：钨丝灯辐照强度：800W/m2 四、路面温度场的分布4.5 室内试验研究（3/6）2 2 试验结果（试验结果（1 1） p 路

37、面温度的垂直分布，石墨的添加明显地降低了试块内部温度路面温度的垂直分布，石墨的添加明显地降低了试块内部温度室内无风试样垂直温度分布四、路面温度场的分布4.5 室内试验研究（4/6）2 2 试验结果（试验结果（2 2） p 表面对流换热对传热过程形成了热阻，最高温度出现在表面对流换热对传热过程形成了热阻，最高温度出现在25mm50mm处，为相应最佳埋管深度处，为相应最佳埋管深度室内开放条件下试样垂直温度分布四、路面温度场的分布4.5 室内试验研究（5/6）2 2 试验结果（试验结果（3 3） p 石墨的添加明显地降低了试块石墨的添加明显地降低了试块75mm处温度处温度试样内部各点温度随照射时间的

38、变化四、路面温度场的分布4.5 室内试验研究（6/6）2 2 试验结果（试验结果（4 4） 照射8小时后自然冷却16小时l研究背景l导热沥青混凝土的制备l导热沥青混凝土的性能l路面温度场的分布l导热沥青混凝土路面集热效率l导热沥青混凝土路面融雪化冰l展望提 纲五、导热沥青混凝土路面集热效率5.1 试验方法5.2 试样的成型与制备5.3 试验结果与分析五、导热沥青混凝土路面集热效率5.1 试验方法（1/1）()oiMC TTER集热效率： 在试样内部埋设有换热管道，管道内部通有换热介质水； 沥青混凝土表面吸收到的热量传递给介质水，实现热量的传输； 介质水在进出口温度的不同，可以转化为沥青混凝土集

39、热器的集热效率5.2 试样的制备与成型（1/4）(b) The schematic of tested slab 埋管的试样结构示意图五、导热沥青混凝土路面集热效率1 试样的尺寸设计5.2 试样的制备与成型（2/4）五、导热沥青混凝土路面集热效率2 试样的传感器铺设温度传感器布置分布图3 3 试样的成型试样的成型5.2 试样的制备与成型（3/4）五、导热沥青混凝土路面集热效率4 4 试验过程试验过程1. 沥青试样 2. 循环管路 3. 循环计量泵 4. 保温瓶 5. 氙灯 6. 数据采集仪5.2 试样的制备与成型（4/4）五、导热沥青混凝土路面集热效率五、导热沥青混凝土路面集热效率5.3 试验结果与分析（1/4）试验结果（试验结果（1 1）管内通入循环水，不同深度温度随时间的变化p 石墨的添加试块各点的温度降低幅度更大，CAC有利于热量向介质水传递五、导热沥青混凝土路面集热效率5.3 试验结果与分析（2/4）试验结果（试验结果（2 2）管内通入循环水，不同深度温度随时间的变化p 进口水温和出口水温差值用以判断集热效率p 可明显测出使用CAC后集热效率增加了，但定量需要综合考虑各因素，从小试样转变大试样或复杂多变的工程环境需要进一步确认五、导热沥青混凝土路面集热效率5.3 试验结果与分析（3/4）试验结果（试验结果（3 3）水流速度对进出口温度差的影响p 进口水温和出口水温差值用以