气泡混合轻质土的保温隔热性能研究

作     者：崔青松 

作者单位：重庆交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王宗建

授予年度：2021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：气泡混合轻质土 气泡掺量 保温隔热性 温度场 ABAQUS数值模拟 

摘      要：气泡混合轻质土简称FCB,是一种新型轻质多孔类土建材料,它由原料土、气泡、胶凝材料按一定比例混合制成,具有自重轻、容重和强度可调节、耐久性、施工便捷性、高流动性、保温隔热性等优点。在软弱地基处理、高速公路加宽、桥头跳车、桥台背填土、滑坡和陡峭地段填筑、挡土墙背填土、空洞填充和管道回填等实际工程中发挥了显著的优异性能,气泡混合轻质土因其造价低、制备简单、施工便捷、绿色环保等综合优势,有广泛的工程应用前景。本文围绕气泡混合轻质土保温隔热这一特性,在总结国内外研究成果的基础之上,采用单因素控制变量法,利用数显温度传感器,通过实验分析了气泡掺量、冻融周期对气泡混合轻质土内部温度场分布的影响及其变化规律,评估了气泡混合轻质土的保温隔热效能。总结介绍了热传导问题理论及物理计算方程,利用ABAQUS有限元计算软件,结合案例,针对不同工况进行建模并分析验证气泡混合轻质土的热稳定性能。最后基于有限元模拟结果,针对案例2,提出轻质土垫层的优化布置方案。得到的结论如下:(1)相同冻融循环周期下,轻质土内部不同位置处温度随时间变化过程为先降低后升高。冻结和融解结束后,气泡掺量组的温差均小于空白组,且气泡掺量越多,温差值越小,试验范围内,轻质土的保温隔热提高效果随气泡掺量的增加而增加。(2)相同气泡掺量下,轻质土内部温度随时间变化过程为先降低后升高。轻质土内部不同位置处的温差均随冻融周期的增加而增加;在试验范围内,气泡混合轻质土内部达到零度所需时长随气泡掺量的增加而增加,掺量为500 L/m时,冻融周期结束后的温度仍在零度以上,为试验范围内的保温隔热最佳组。(3)自然干燥状态下,气泡掺量组最终稳定温度值温度明显高于空白组,且温度提高百分比随着气泡掺量的增大而增大;相邻传感器最终温差总体也随着气泡含量增大而增大;气泡含量为500 L/m时,传感器最终温度差值最高,为试验范围内的保温隔热最佳组。(4)利用ABAQUS数值软件对水利工程中岩土构筑物不同案例进行温度场计算,分析温度场分布及变化规律,通过案例计算结果及分析说明了轻质土在保温隔热方面的优越性。并重点针对计算结果与实际监测数据能较好吻合的实际工程案例2,提出了优化的轻质土垫层布置方案。