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《武汉理工大学》 2003年
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融雪化冰用碳纤维导电混凝土的研制及应用研究

侯作富  
【摘要】: 在冬季,道路积雪或结冰对交通运输的影响是显而易见的。不仅给国民经济和人民生活造成较大的影响,而且也是交通安全的重要隐患。而目前广泛采用的撒盐法化雪又严重影响到混凝土的耐久性。因此,寻求新型的融雪化冰方法具有非常重要的意义。本文在“863”高科技项目(编号:2002AA005010-1)和国家自然科学基金项目(编号:50078042)的资助下,以碳纤维导电混凝土的电热效应来达到融雪化冰的目的。所做的研究对碳纤维导电混凝土融雪化冰的工程应用将具有较大的参考价值。得到了以下的结论和创新性成果: (1)借助于MARC有限元程序和自编的用户子程序成功地分析了融雪化冰模型,并解决了融雪化冰中所涉及的热传导计算问题,得到的结果与相关文献吻合得较好。通过研究风力对融雪化冰效果的影响得出:当风力超过三级时,风对融雪化冰效果的影响不能忽略。通过分析隔热层的存在与否对融雪化冰效果的影响,提出了可以考虑不设隔热层的方案。 (2)通过对机敏混凝土融雪化冰的理论分析、组分与性能的实验研究,以及所提出的智能控制方案,使机敏混凝土板结构用于在-20℃下融雪化冰的输入功率可降到300W/m~2以下。该项研究的部分成果提前达到了863项目所规定的技术指标。 (3)通过采用合理的导电渗流模型的级配,详细研究了融雪化冰用碳纤维导电混凝土小板和大板的制作原理和方法,成功研制出了性能优良、价格适中的导电混凝土大板。尤其是将其碳纤维体积含量由原来的1.5%~2%降到了目前的0.73%左右(加20%硅灰),较大幅度地降低了导电混凝土的制造成本。大量实验研究发现:采用交流电是碳纤维导电混凝土用于融雪化冰时的最佳电源选择;采用硅灰能较好地提高碳纤维在基体中的分散性,有效降低碳纤维水泥基复合材料的电阻率;并在现有的级配比实验中发现了具有最好综合性能的配比,即在相同的纤维体积含量的情况下,导电混凝土的具有最好综合性能的配比是水泥、砂子、石子的重量比为1:1:2。 (4)提出可采用具有自适应功能的模糊控制器来实现导电混凝土融雪化冰时的控制过程,并研究了单个电源和整个系统的控制方案,得到了相应的控制流程图。在综合考虑各种复杂因素后,提出导电混凝土用于融雪化冰时表面温度的最佳监测方法是辐射法。 (5)首次完成了在寒冷气候条件下的导电混凝土融雪化冰实验,实验结果证明了本文中有限元分析过程的准确性及用碳纤维导电混凝土来进行融雪化冰的可行性。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:U418.6

【引证文献】
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【共引文献】
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4 实习记者 洪姝翌;中复神鹰:演绎碳纤维“中国神话”[N];江苏经济报;2010年
5 本报记者 刘霞;未来的汽车不怕撞[N];科技日报;2010年
6 记者 戴丽昕;碳纤维为国产大飞机“减重”[N];上海科技报;2007年
7 见习记者  赵鹤立;碳纤维供不应求 华源股份面临转折[N];证券时报;2006年
8 本报记者 李宏乾;国家战略需求急需碳纤维配套[N];中国化工报;2008年
9 周昊 记者 李丽云;碳纤维国产化核心技术瓶颈终获突破[N];科技日报;2010年
10 于祥明;复合新材料获政策利好 碳纤维产业有望爆发[N];中国高新技术产业导报;2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 侯作富;融雪化冰用碳纤维导电混凝土的研制及应用研究[D];武汉理工大学;2003年
2 贾兴文;含Fe_(1-δ)O废渣砂浆的导电性和机敏性研究[D];重庆大学;2009年
3 洪雷;石墨水泥砂浆注浆钢纤维混凝土智能性质研究[D];大连理工大学;2007年
4 王建方;碳纤维在PIP工艺制备陶瓷基复合材料过程中的损伤机理研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2003年
5 李国;腰椎前路碳纤维加强椎间融合器的研制和相关研究[D];第二军医大学;2004年
6 张慧慧;碳纤维用Lyocell原丝力学性能改进的研究[D];东华大学;2005年
7 徐福泉;碳纤维布加固钢筋混凝土梁静载性能研究[D];中国建筑科学研究院;2001年
8 赵萍;CF/CNTs增强磷酸钙骨水泥复合材料及其生物相容性评价[D];山东大学;2005年
9 彭顺金;高强Lyocell纤维及其用于碳纤维原丝的研究[D];东华大学;2004年
10 李鹏;碳纤维/乙烯基酯树脂拉挤复合材料的制备及应用研究[D];北京化工大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 白轲;碳纤维水泥基复合材料的导电性能研究[D];中南大学;2009年
2 陈龙;轻集料导电混凝土路面融雪化冰性能研究[D];武汉理工大学;2010年
3 张丽琼;碳纤维智能导电混凝土电热效应的研究[D];南京理工大学;2007年
4 魏晓冬;碳纤维导电混凝土在路面结构中的应用研究[D];浙江大学;2010年
5 张海涛;碳纤维梯度分布对水泥基材料热应力分布的影响[D];郑州大学;2006年
6 龚龙;石墨水泥砂浆注浆钢纤维混凝土融雪及有限元模拟[D];大连理工大学;2009年
7 李滨;轻集料导电混凝土的配制和性能研究[D];武汉理工大学;2010年
8 周文键;高流动性导电混凝土的制备及其性能[D];南京理工大学;2012年
9 张媛;碳纤维双向包缠机概念设计[D];天津工业大学;2004年
10 刘军;碳纤维水泥基复合材料电性能及其改善的研究[D];汕头大学;2004年
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