钢丝绒纤维沥青混合料感应加热除冰性能研究

作     者：李科宏 

作者单位：长安大学 

学位级别：硕士

导师姓名：熊锐

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：道路工程 沥青混合料 钢丝绒纤维 除冰性能 感应加热 BP神经网络 除冰机理 

摘      要：道路除冰一直是国内外交通养护部门重点关注的问题。冬季冰雪覆盖使路面摩擦系数降低、车载制动作用不足,导致交通事故频发。为有效解决该问题,引入电磁感应加热技术,系统评价沥青路面新型除冰技术的适用性。本文拟选用钢丝绒纤维作为感应加热材料掺入至沥青混合料中,开展基于感应加热的钢丝绒纤维沥青混合料路用性能与除冰性能研究。首先,探究不同钢丝绒纤维长度、掺量对沥青混合料高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性等路用性能的影响规律;其次,采用电磁感应加热设备,合理设置试验参数,分析感应加热条件下钢丝绒纤维长度及掺量、冰层厚度、输出电流、环境温度等因素对沥青混合料除冰性能的影响;采用灰熵分析法,确定影响沥青混合料平均融冰速率各因素的显著性;在此基础上,构建基于BP神经网络的钢丝绒纤维沥青混合料除冰速率预测模型;最后,模拟实际工况下不同坡度对沥青混合料感应加热除冰效率影响规律,进一步阐释感应加热条件下钢丝绒纤维沥青混合料感应加热除冰机理。研究结果表明,钢丝绒纤维对沥青混合料低温抗裂与高温稳定性有明显改善效果,水稳定性略有下降但仍符合现行规范要求,4%掺量的5mm钢丝绒纤维沥青混合料路用性能达到最佳。钢丝绒纤维沥青混合料电磁感应加热除冰效果显著,掺量为6%的5mm钢丝绒纤维沥青混合料平均融冰速率最高,达0.47℃·s;钢丝绒纤维长度及掺量、环境温度、输出电流与感应加热平均融冰速率呈正相关趋势,冰层厚度与平均融冰速率呈负相关趋势;5种影响因素对沥青混合料平均融冰速率的影响程度大小依次为:纤维掺量纤维长度输出功率环境温度冰层厚度;BP神经网络模型对不同影响因素下沥青混合料感应加热平均融冰速率变化规律的预测是可行的,预测结果具有一定实际参考价值;感应加热除冰时间随模拟坡度增大而减小,25°坡度下沥青混合料感应加热除冰用时最少,为4.6min,其除冰效率提高了43.9%;感应加热除冰机理即将沥青混合料中钢丝绒纤维感应加热所产生的热量,通过热传递的方式最终传导至沥青混合料与冰层界面,降低其冰层与沥青混合料表面的黏结力,继而可轻松除冰。研究成果为有效解决冬季冰雪覆盖对沥青路面行车安全困扰提供新思路。