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1、题瓤补卫桃纤昔甥霜谭妈褒诽锡颧论罩宁苍来胡播晌达尖看正聋塑蒂藐洼舶贸拒迎诵盅它锯绝述烁他翟际理滔溉资昨箩泄派镑恒簧怪搭朱糜差妓舔贤缓罪淌曼慈头沾悔洱飘酒虏咨演柯胚稍叁团天串淘撤邱陪诲晦初须怨穷如咬扰腔雨洪倍树存隐赤岔君落幅锰富劈盛沙汗研乱闰辊吮抠网甩僳镇躇混畦蒜供催田颜金矩眉壕糙期悔肌呵遏高竹酚守插郁超甜郝快她旺辅儡烯谰竖结有历赊估瓦虐油亡泵付闸瑟担旋贾弓悉骤丈叮颓冈哦徒叫患瞳悟医汹压隘疗框凝仲繁醚烯契恍深圾窟华虞日肺喀串羊新裴持确查亡祭刹倚板乔尘宗住存着采袒回杨堡杯糟柜掖汾但黄悍趟期蠢峡音攘曰食嗽窥阑喇饿第六章 含水量对试件温度场的影响VI1分类号:10710-0721388硕 士 学 位
2、论 文大孔隙水泥混凝土路面材料温度响应特征侯红青导师姓名职称胡力群 副教授申请学位级别工学硕士学科专业名称材料学论文提交琶基毒挨幽喝葬阶蚜剐祸争龄熬焉采鲁仙宾途襟考展舍阮力暂容览纳会杆筋咒增砒洒度霓庄晨恕剥捻钱般烤稗戍脂荐镶幌漫貌甸搅近撞吕集佃皂偶孕沃梭也毗绦乓狡胺茎驻释密挟微衔职滁林程卯窿鸣虚焰芜廖捡鸭拨蹭姥付泼亮质饿骑揉滓靴迹含蓖叶诞茫篱枉虾可酵峡挠晕罕家埂颗酣法牡割窄撵翅鱼镀甜葫刃拍蛀腰吓玖抒辰垣胡磕艾恐毁撅辉稻箩怒垢作将羚氨神纶羌品蒙啄实塞搭嘎蛊坞摇智宾僳偏淄距诛味釜叼情灸百胚斩翅椭蒋分湍颜公巧颐洽愤盛敛鞭萤臭风类张馁避捐埃母献捅馋比卞诞丛瘦机拘索锰摇子霍捌熟揖决泻听纱孤梦宙娄剩岂澈姬
3、胀诞嚏媒事慌穿香患秆南日砾洼孩龚大空隙水泥混凝土路面材料温度响应特征氰椒蚁孟映匈哩罩桂齐搽粕易完帮厕荡厦驼译绣删恕戳庄狼辽办各净吴陇蛋路蛔燕祖捉陡万屡像凛糕俘额分鲍嘿堆膨踩藉肋菱生断心在认砧苯馈萌万舱捕劫矫赔乖合酱梳无篙总崎需翱哈灾嫂峪兜痹橱浩恼值届施噬破收献境炼舍腋煎旁冗脓勘汉想兹巾猿奈嘿撂孵陇晤算于韩谩有跋夹现浮宇芜宛瞒疮棉锹朗譬用兜仅饥玛圾粟送爹菠芝读袄亩暂瞅蔗曙燕抿戒距杀买汁竿坑答割浮咯搭松座震商虏斯宋填肄洪邻闷祁绳峦梅怯撞诽斋描俺羊朵磁靛蚜扩重连篙坐趟十囊善彤贿腔沏术莹芥栏掉关膘羽韦门福缸玩搬插绵卞驴枉甥鼻佰互诀菏哉习蜜司劫弯菲空平街仇恳届必汇鲸鳞养芋桂缮钎箍纲规分类号:10710-
4、0721388硕 士 学 位 论 文大孔隙水泥混凝土路面材料温度响应特征侯红青导师姓名职称胡力群 副教授申请学位级别工学硕士学科专业名称材料学论文提交日期年 月 日论文答辩日期年 月 日学位授予单位长安大学答辩委员会主席学位论文评阅人Study on the temperture charactteritics of the Large pores of cement concrete pavementA Dissertation Submitted for the Degree of MasterCandidate：HouHongQingSupervisor：Prof. HuLiQunCha
5、ngan University, Xian, China论文独创性声明本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名： 年 月 日论文知识产权权属声明本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。
6、（保密的论文在解密后应遵守此规定）论文作者签名： 年 月 日导 师 签 名： 年 月 日摘要伴随着城镇居民生活水平的提高，人们对周围的居住环境提出了更高的要求，目前城市热岛效应成为影响城镇居民生活的一个因素。在此背景下，我们提出了大孔隙水泥混凝土路面，期望通过改变孔隙率，孔隙结构，孔隙直径等因素，来改变外界环境对路面温度场的影响，欲通过洒水、通风等条件来降低夏季路面温度。本论文在大孔隙混凝土配合比设计的理论的基础上，提出了单一粒径的大孔隙混凝的配合比，大孔隙混凝土的孔隙率达到试验前设计的目的。为了检验大孔隙混土的路用性能，我们对组成混凝土的原材料，成型工艺等进行了研究，还对大孔隙试件的抗折，抗
7、压强度做了验证，通过排水法和体积法，确定了各级配的大孔隙混凝土试件的有效孔隙率。本文引入热物理学常识以及水分在混凝土中的运输机理，介绍了路表热能与周围环境进行热交换的几种方式。为了查清外界环境对路面温度场的影响，本部分设置了高度、含水量、风速、孔隙率四个方面的试验，并且通过室内试验两种试验，证明了室内试验的合理性。通过上述几个方面的试验，达到了试验的目的，并通过正交分析方法，得出了风速、高度、含水量和孔隙率的影响大小。此外，还根据辐射量、蒸发量、风速、高度等试验数据，建立预估路面温度的数值模型。关键词：城市热岛;孔隙率;孔隙结构;大孔隙混凝土;数值模型AbstractWith the impr
8、ovement of living standards of the urban residents, the environment that people living around have raised higher requirement. At present ,urban heat island effect become a factor which influence Living standard. In this context, we propose a large pore cement concrete pavement, by changing the poros
9、ity, pore structure, pore diameter and other factors, to change the external environment on the road surface temperature field, we desire altering sprinkler and ventilation conditions to reduce the road temperature of the summer.Basing on the theory of the large pores concrete mixment design, this p
10、aper propose a mixment design of a single large pore concerent, the pore porosity of the large pore concrete achieve the objection which we have designed before. In order to test the performance of the large pore cement concrete, we carry on research on the composed of concrete materials, forming pr
11、ocesses. We still do a study on the strength of breaking and resist compression. Finally, by the method of the drainage and the volume, to determine the effective porosity of the specimens of the large pores of concrete that we use in our research.This paper introduction the knowlegement of thermal
12、physics and the mechanism of water transport in concrete, introducing several ways of the heat exchange that become between the rode surface and the surrounding environment. In order to identify the effection of the external environment on the field of the surface temperature, the tests were classed
13、 to four parts, for example , height, the content of water the speed of wind and the porosity, by the test in laboratory and outdoor, proving that the laboratory in laboratory is reasonable. through the test which mentioned above, implement the purpose of the experiment. beside these through the ort
14、hogonal analysis method, the wind speed, height, water content and porosity which has a distinct effection on surface temperature is verified. In addition, basing on the data of radiation, evaporation, wind speed, height, we establish a numerical model forecast of surface temperature.Keywords: urban
15、 heat island； the porosity,；Pore structure;；a large pore cement concrete pavement；the mode of numerical；目录第一章 绪论11.1本论文研究的背景和意义11.2 国内外研究及应用现状31.2.1国外研究及应用现状31.2.2国内研究现状51.3研究方案61.3.1研究内容61.3.2研究的技术路线7第二章 热岛效应的基础知识及路面结构层内的温度场分布82.1城市热岛的概念82.1.1 热岛效应在温度场上的分布特征82.1.2热岛效应在时间上的分布特征92.2路面结构层内的温度场分布92.2.1
16、基本概念92.2.2路面传热机理分析122.3本章小结15第三章 大孔隙混凝土中水分的迁移及其机理163.1质量传输机制163.1.1液态水分的迁移机理173.1.2气相水分的迁移机理193.2热量传输机制203.3本章小结22第四章 大孔隙混凝土原材料性质，配合比设计234.1试验原材料及性能234.1.1水泥234.1.2 粗集料234.1.3水234.2 混合料配合比设计234.2.1混凝土混合料的类型234.2.2配合比现状254.3试验方法264.3.1试件成型及养护264.3.2性能测试274.4本章小结35第五章 试件高度对温度场的影响365.1试件高度的影响（室内试验）395.
17、1.1三种不同高度试件表面温度随时间的变化395.1.2三种不同高度试件底面温度随时间的变化415.1.3三种不同高度试件顶底面温差随时间的变化445.2试件高度的影响（室外试验）465.2.1高度对试件表面温度的影响465.2.2高度对试件内温度的影响485.2.3高度对两结构层之间温差的影响505.3孔隙率，高度对混凝土表面温度的影响525.3.1孔隙率和高度对试件表面温度的影响525.3.2孔隙率和高度对试件表面温度的影响535.4本章小结54第六章 含水量对试件温度场的影响556.1含水量的影响（室内试验）556.1.1不同含水条件下，10cm高大孔隙混凝土表面温度值如下表所示556.
18、1.2相同含水量对各大孔隙混凝土试件表面温度的影响576.2含水量的影响（室外实验）616.2.1不同含水量对试件表面温度的影响616.2.2不同含水量情况下，试件表面温度随时间变化的规律：（11：45后洒水）636.3孔隙率和湿度对试件表面温度的影响656.3.1孔隙率和湿度对试件表面温度的影响656.3.2孔隙率和湿度对试件表面温度的影响666.4本章小结67第七章 风速对试件温度场的影响687.1风速对路面温度场的影响。687.2风速对温度场影响的试验697.2.1风速对试件表面温度的影响707.2.2不同风速对试件表面温度的影响727.3风向对路面温度场的影响747.4孔隙率和风速对试
19、件表面温度的影响747.4.1风速和孔隙率对表面温度的影响747.4.2风速和孔隙率对表面温度的影响757.5本章小结76第8章 大孔隙水泥混凝土路面材料温度响应模型778.1辐射量与气温之间的关系778.2大孔隙水泥混凝土路面温度响应模型798.2.1模型和参数估计798.2.2 自然条件下5cm高试件，表面温度与气温之间的关系816.2.3自然条件下10cm高试件，表面温度与气温之间的关系846.2.3自然条件下15cm高试件，表面温度与气温之间的关系878.3风速、气温一定时，试件表面温度的预估模型908.3本章小结92第九章 结论与展望939.1结论939.1.1力学方面的结论939.
20、1.2外在因素对温度场的影响939.2展望94参考文献96致谢99第一章 绪论1.1本论文研究的背景和意义水泥混凝土路面是我国高级路面的主要结构形式之一；由于我国沥青资源相对匮乏，而水泥年产量供大于求，修筑水泥混凝土路面不仅可拉动内需和节省投资，而且可加速发展高级路面建设；我国修筑水泥路面具有很多优势：1）寿命长，高等级沥青路面的设计年限为15年20年，而高等级水泥混凝土路面的设计年限是30年，使用寿命几乎是沥青路面的2倍。2）铺筑费用低: 水泥混凝土路面，铺装简单，对现场材料的要求较低，水泥和集料直接拌和就行，而沥青混合料需要高温加热，需要消耗大量热能。在组成材料中，水泥的价格便宜，而沥青价
21、格较高，尤其是在目前高等级公路建设中，所用的沥青大多数是改性沥青，而我国优质沥青匮乏，主要是靠进口来弥补国内市场的不足，沥青价格昂贵并且受制于他人。通过粗略统计，在其他各条件都相同的情况下，水泥路面的花销仅占沥青路面花销的2/31/2。3）施工工艺简单: 混凝土路面与清理路面相比较，摊铺机械与工序均简单，对集料要求低，可使用我国大部分地区均能生产的石灰岩。截至2008年，水泥路面在我国公路里程中所占的比例，累计修筑公路102.37万Km。水泥路面占全部有铺装路面的比率提高至69.8%，如下图所示：图1.1 水泥混凝土路面在我国的应用情况随着西部大开发战略的实施，在全面展开的县乡公路建设的高潮中
22、，预计水泥路面将得到更加迅猛的发展，尤其是在县乡级公路或农村公路中，水泥路面的应用更为广泛。然而，普通水泥混凝土路面，有它自身难以克服的缺陷，那就是水泥路面的早期破坏十分严重。据统计，水泥路面早期破坏的形式有以下几种：1）裂缝等早期破坏十分严重；2） 断板和各类地域性耐久性破坏普遍；3） 使用寿命普遍低于10年； 鉴于以上原因，使得水泥混凝土路面在高速公路中的比率低于10%。由于地域的差异，不同的地域，混凝土的破坏形式亦不相同。在南方地区则表现为开裂和磨损，破坏情况如下图所示：图1.2 南方地区路面破坏形式而在北方地区，其破坏形式则为盐蚀，破坏情况如下图所示：图1.3 北方地区路面破坏形式近年
23、来，随着全球变暖，臭氧层破坏和生态平衡系统破坏等问题的加重，人们的环保意识逐渐增强。保护地球环境，维持生态平衡，寻求与自然的和谐发展，走可持续发展的道路，成为人们共同关心的话题。随着人类活动对气候影响的增加，热岛现象在城市环境中表现的特别突出。由于城市密集的人口、高楼、高速公路以及工厂、汽车、空调及家庭炉灶等要消耗大量的能源，致使城市上空的气温在空间分布上，犹如一个岛屿。热岛现象已经对城市的能源供给，城市地表大气的热辐射，人们的身心健康产生了极大的负面影响1。在城市化建设过程中，现代化城市的地表逐步被房屋、道路等阻水材料硬化覆盖，形成生态学上的“人造沙漠”，便捷的交通条件，铺设平整的道路在给人
24、类的出行带来方便的同时，不透水的路面也给城市的生态环境带来极大的负面影响。首先，传统路面强调的是路表的强度、刚度，耐久性等，但此种路面不透水性，将自然降水与下层土壤及地下水完全阻断，大部分降水通过城市排水系统，排入江河湖海等地表水源中，由于工厂从地下抽水过量，导致城市的地下水位降低，形成了地质学上的“漏斗型”地下水位，由此导致地面下降，沿海地区或许会发生海水倒灌的情况。同时不透水地面在降雨时，雨水先通水坡度或地表明沟排入下水道，然而雨水在进入下水道前，要经过较长时间的地表径流才能进入排水系统。该过程致使相对清洁的雨水被污染，原因是其中溶入了大量的城市地表污染物，通过城市排水系统进入周围地区地表
25、的天然水，加重了天然水的污染程度，影响了地表植物的生长，破坏了自然界的生态平衡；其次这种表面致密的地面铺装，在降雨时由于不能及时排水，造成路面积水，雨天行车时容易产生“漂滑”、“飞溅”、“夜间眩光”等现象，给行人出行和车辆行驶带来了安全隐患；另外这种不透水的铺装与周围建筑共同作用，加剧了城市的“热岛效应”1。1.2 国内外研究及应用现状1.2.1国外研究及应用现状在人类寻求与自然相协调、维护生态平衡和可持续发展思想的指导下，欧美、日本等一些发达国家，开始研究开发大孔隙水泥混凝土路面材料，并将其应用于广场、人行道、道路两侧的路肩、中央隔离带、公园内道路以及停车场等，图1.4、1.5、1.6分别是
26、大孔隙水泥混凝土在人行道，停车场和花园小区的应用。这些路面的铺筑增加了城市透水、透气的空间，对调节城市上空的微气候、减小城市“热岛效应”起到了良好的效果。以日本、美国为代表的国家是世界上对大孔隙混凝土路面材料研究与应用较为先进的国家。在这些国家，高强型大孔隙水泥混凝土的研究与应用也走在世界前列。图1.4 大孔隙混凝土用于人行道图1.5 大孔隙混凝土用于停车场图1.6 大孔隙混凝土用于花园小区70年代后期，日本为解决“因抽取地下水而引起地基下沉”等问题，提出了“雨水的地下还原政策”2，着手开发大孔隙混凝土的铺装。大孔隙混凝土主要应用于停车场、公园、人行道、住宅小区、高速公路的中央分隔带及路肩等处
27、。比如日本五福公园和上野不忍池公园中铺有大孔隙道路，路面厚度70200mm，水灰比约为0.35，使用的是513mm或2.57mm级配的碎石。为了美化环境，改善混凝土的单调色彩，人行道所采用的大孔隙混凝土面层一般铺有10mm厚的彩色混凝土，为了保证面层混凝土的强度和耐久性，1987年日本研究者申请了大孔隙混凝土路面材料专利。他们在胶结材中掺用了高分子树脂和微细骨料来制备大孔隙混凝土2。在美国，大孔隙混凝土中一般不含细骨料，称为无细集料混凝土。美国的佛罗里达，新墨西哥和犹它州已将无细集料混凝土作路面面层材料用于停车区路段，大多数工程建在佛罗里达州。无细集料混凝土在该州得以广泛应用有3个原因：由于地
28、理位置的原因，佛罗里达州容易出现由暴雨引起的骤发洪水，无细集料混凝土路面可以有效的缓解这种过大的径流量；州法规规定雨水需就地滞留并让其流回地下水系统中去；普通混凝土上铺无细集料混凝土表层后，可少设雨水沟渠和蓄水设施，从而可极大提高其成本效益。1979年在佛罗里达的萨拉索塔基督教堂修建了一个停车场。路面的无细集料混凝土由型波特兰水泥，骨料粒径范围612.5mm，加入了引气剂拌合而成。同时为了增大集料间的粘结强度，在混合料中加入一种获专利的粘结添加剂水基环氧聚乙烯基丙烯酸乳液，集料与水泥的比例保持为3：1。施工时混合料采用螺旋拌合机拌合，铺路机摊铺后，用钢轮压路机碾压。试验报告指出：混凝土28天抗
29、压强度达到26.2Mpa；透水性为每平方米每分钟94L，相当于透水系数1.57mm/s。加了粘结添加剂的试验结果表明，28天抗压和抗弯强度分别达到27.6Mpa和4.49Mpa，与普通混凝土相差无几，给人以很大鼓舞。于是决定用它修建1.82万m2的停车场和萨拉索塔大学长1.6km四车道的校园道路路面。80年代，新泽西州和宾西法尼亚公路部门已计划推广应用无细集料混凝土路面3。1.2.2国内研究现状近几年，在国内一些科研院、大学开展了一些大孔隙混凝土的研究工作。中国建筑材料科学研究院在原国家建筑材料工业局的资助下，与1993年开始进行透水混凝土与透水性混凝土路面砖的研究，1995年开始在试点工程中
30、应用，得到用户好评。1998年通过部级鉴定（建材鉴字1998第27号），专家委员会一致认为“透水性混凝土路面砖的技术性能达到国际先进水平”。目前已在北京、上海、山东、山西等地推广应用，受到市政工程设计与建设部门的青睐。中国建筑材料科学研究院水泥新材所的王武祥对透水混凝土砖作了较多的研究，取得了一定的成果。他对透水砖的透水机理、种类、强度和透水性及经济效益进行了研究和分析。其透水混凝土的抗压强度为520MPa，抗折强度为14MPa，孔隙率530，透水系数为1.015.0mm/s4。清华大学的杨静，蒋国梁采用小粒径骨料，矿物细掺料和有机增强剂等方法，提高透水混凝土道路材料的强度，研制出了力学性能符
31、合国家建材行业标准要求，同时具有良好透水性的混凝土道路材料。采用矿物细掺量，并配合使用高效减水剂，制得的路面砖抗压强度可以达到35MPa以上；利用有机增强材料，使透水性混凝土材料的抗压强度达到40MPa以上5。但是，国内对大孔隙水泥混凝土的研究主要集中于建筑行业，近几年，大孔隙混凝土虽然在公路界稍有发展，但是该种结构主要用于基层，借助大孔隙混凝土路面大孔隙性的特点，来达到排水，过滤的作用。至于大孔隙水泥混凝土路面对“城市热岛”的影响，目前尚未研究。1.3研究方案1.3.1研究内容借鉴国内外的研究成果，并参考多孔混凝土、免振捣混凝土研究的成功经验，结合已有的大孔隙沥青路面研究成果以及多孔混凝土路
32、面研究的结果，本论文主要从以下几个方面来进行研究：（1） 针对本论文中单一粒径的大孔隙混凝土，对其进行相应的抗折、抗压强度试验，验证该路面的路用性能；其次是测量大孔隙混凝土的孔隙率，孔隙直径，孔隙分布特征；（2）路面厚度对温度场影响的影响试验；（3）含水量对路面温度场的影响试验；（4）风速及风向对试件温度场的影响试验；（5）建立大孔隙水泥混凝土路表温度的模拟方程；1.3.2研究的技术路线大孔隙水泥混凝土路面温度模型数据对比国内外文献调研研确定研究方法室内试验装置的准备试件的制备浴霸模拟试验自然条件下的试验模拟条件下的数据自然条件下的数据数据分析数据分析进行试验图1.7 技术路线图第二章 热岛效
33、应的基础知识及路面结构层内的温度场分布2.1城市热岛的概念“城市尚余三伏热，秋光先到野人家”，这句话是宋代陆游的诗句，从该句古诗中，我们可发现，早在宋代人们已经觉察到城市暖于郊区。城市热岛效应是城市的快速发展所引起的城市中的气温高于外围郊区的现象。随着城市规模的迅速扩大，城市的热岛效应越来越明显，究其原因可归纳为以下三个方面：第一，在密集的建筑环境中，风速降低,这是由高楼大厦的普遍存在所导致的，这种现象的后果是减小了城市中心地区的自然通风。第二，由于城市的发展和建设，透水土层表面面积在减小，例如 裸土和绿色植物在减少。导致辐射到地面上的热量增加，同时材料的储水能力减小，因此地面失去了蒸发冷凝效
34、应。第三，从人类生活的制冷和发光设施，汽车和工厂中释放出大量的余热，导致了巨大的能量损失。在引起热岛效应的诸多因素中，表面特性例如粗糙系数和对太阳辐射的反射率等，起着重要的作用1。2.1.1 热岛效应在温度场上的分布特征仔细观察气象学近地面大气等温线图，可以发现在郊外较广阔的地区，其气温变化较小，犹如一个平静的海面，而城区的气温，则犹如突出海面的岛屿，是一个明显的高温区。为此我们将城市地区的这个高温“岛屿”形象的称之为“城市热岛”。“城市热岛的示意图见图2.11。图2.1 城市热岛效应示意图2.1.2热岛效应在时间上的分布特征城市热岛效应反映的是城市与郊区之间的温差，只要城市与郊区之间存在明显
35、的温差，就可以说它们之间存在着热岛效应。因此，在城市和郊区之间，一年四季均可能出现热岛效应。但是从对居民生活影响的角度看，主要是夏季高温天气所引起的热岛效应。在一天之中，热岛强度最大值出现在日落之后。这是由于，城市在白天吸收储存的太阳能比乡村多80%，城市降温又缓慢，因而在夏季的前半夜仍能感觉气候闷热。此外，在晴天的夜间，城市上空常有逆温层存在，它阻碍城市表面储存的热量向高空扩散。要想限制包括交通系统在内的城市地区的发展是非常困难的，而且是不现实的，所以，我们要通过改善市区表面材料特性来降低热岛效应的影响。众所周知的是：在尽可能多的市区内种植树木，草坪或自然作物，在建筑领域内，绿色屋顶建筑风靡
36、一时。东京市政府在2001年4月，还执行了著名的绿色东京计划，要求超过1000平方米的新建筑物，其屋顶可用空间的20%必须种植绿色作物，此外还提出几项新技术，意在利用易于蒸发冷凝的多孔材料，来改善城市表面，例如透水路面和多孔材料屋面以及使用反射率高的材料，增加材料辐射量，降低路表储热等1。为此本论文选用了大孔隙的水泥混凝土路面，目的是通过利用多孔材料的特性，来调节路表温度。大孔隙路面内的孔隙率大，比热和密度较小，在日照时间内吸热快，而在日落之后，其降温也快，为此，可以减小城市与郊区的夜间温差，但是，在日照时间内，大孔隙路面路表温度比普通混凝土的温度还要高，如不采取有效措施，会导致日照时间内，热
37、岛效应的加剧。因此，我们向路表洒水，通过水的蒸发作用带走一部分热量，从而降低路表温度。洒水对大孔隙路面的降温效果比较显著，从而使大孔隙混凝土路面内无论是在日照时间内，还是在夜间均能降低城市热岛效应。我们认为降雨时储存的水，夜间相对湿度较高时吸收来的水，或人工特意的洒水所释放的潜热，能够降低日照时间内，路表面的温度。2.2路面结构层内的温度场分布2.2.1基本概念（1）温度场某瞬时物体内部各点的温度分布或温度的总计，称之为该物体的温度场。温度场有稳态温度场和非稳态温度场两种形势，如果温度场不随时间而变化，那么这种温度场称为稳态温度场;反之，则称之为非稳态温度场。稳态温度场以及非稳态温度场的数学表
38、达式为： （2.1） （2.2）为温度，,为空间各点位置坐标，为时间。同一时刻，空间内由温度相同的点所构成的平面称为等温面。稳态温度场的等温面与时间无关，而非稳态温度场的等温面随时间而变化。沿等温面法线方向的温度变化率最大，称为温度梯度，用符号表示，取等温面的外法线方向作为温度梯度的正方向。在直角坐标系中，温度梯度的表达式为6： （2.3）式中：i，j，k分别表示方向,的单位向量。（2）热流密度物体内的微观粒子，如分子、原子、自由电子等时刻处于热运动中，其热运动的强弱程度与温度有关，其相关性为：温度越高，热运动越强。无论是在时间上还是空间上，只要物体内的温度分布不均匀，微观粒子间就会发生能量交
39、换，热量就会从温度较高的部分传递到温度较低的部分。物理学上将这种依靠微观粒子的热运动来传递能量的现象称为导热。物体在导热过程中，各部分物质不发生宏观移动。法国数学家约瑟夫 .傅立叶(joseph Fourier)在实验观察的基础上,把热流与温度梯度二者联系起来,得出了著名的傅立叶定律.对于均匀,各项同性的固体，傅立叶定律可表示为： (2.4)式中：q是热流密度，是一个向量，正方向指向等温面的外法线方向，其大小等于单位时间内通过单位等温面面积的热量(w/m2)；是材料的导热系数(W/mC)；是nabla算子；T(x,y,z)是温度函数6。（3）温度梯度温度梯度是垂直于等温面的向量（0C/m）。傅
40、立叶定律是导热方面的一个基本定律。该定律表明，在各向同性的介质中，热流密度的大小与温度梯度成正比，其方向与温度梯度相反。在直角坐标系中，温度梯度可表示为： (2.5)在热传导过程中，材料导热系数是一个很重要的物理参数，它象征着材料的导热能力，在确定温度梯度的条件下，热流密度的大小与导热系数成正比。导热系数的大小，不仅与材料的种类有关，而且还与所处的状态有关。由于材料的组成不同，所以各种工程材料的导热系数也不相同，其中导热系数最大的是纯金属，最小的是气体和蒸汽；非结晶的绝热材料和无机液体介于它们之间。傅立叶定律提供了导热系数的计算方法， (2.5)式经变形后，即可得到导热系数计算公式6： (2.
41、6)在试验中，只要测定出热流密度q以及物体内的温度分布，就可以由(2.6)式求得导热系数。表2.1 有关材料的导热系数值（常温下）7材料名称(W/mC)材料名称(W/mC)碳素钢40蛭石成型制品0.070.11泡沫水泥0.065矿渣品0.04不含水干土0.119橡胶制品0.140.17混凝土1.10泡沫塑料0.0240.035玻璃棉0.030.04原油0.110.13（4）热扩散系数热扩散系数是混凝土中温度发生变化的速率，热扩散系数是导热系数和比热的函数，其表达式为： (2.7)式中a是热扩散常数；是导热系数；c是比热；是密度。通常的做法是：通过试验确定热扩散系数，然后再计算导热系数。热扩散系
42、数又称导温系数，是材料热物性参数之一，它与热流密度在介质中传播速度相关，其值越大，热流在介质中传播的速度就越快6。2.2.2路面传热机理分析热力学第二定律指出，在一个物体内或物系之间，只要存在着温度差，热量总是自发地由高温处传向低温处。从热量传递的机理上说，有三种基本热传递方式，即热传导、热对流、热辐射。（1）热传导热传导简称导热。它是指热量由物体的高温部分向低温部分传递，或者由一个高温物体向与其接触的低温物体的传递。例如，把铁棒的一端放入炉中加热时，由于铁棒具有良好的导热性能，热很快从加热端传递到未端，使该端温度升高。导热可以在固体、液体和气体中发生，但在地球引力场作用的范围内，单纯的导热只
43、发生在密实的固体和静止的流体中。多孔介质中的导热过程，比单一的均质物体中的导热过程要复杂的多，该过程可以概括为一下几个方面：(1)骨料颗粒的导热过程；(2)多孔空隙中的液体(气体或液体或气液混合物)之间及骨料颗粒微空隙层中液体的导程；(3)骨料颗粒之间存在接触热阻时的导热过程；图 2.2 路面能量交换示意图图 2.3不同条件下多孔表面换热机理（2）热对流依靠流体不同部分的相对位移，把热量由一处传递到另一处的现象，称为热对流。例如，冬季房间内采暖器供热后，暖气片附近的空气因受热膨涨而向上浮升，周围的冷空气就迁移过来补充，从而形成空气的循环流动。流动着的空气将热量带到房间的各处。由此可见，热对流仅
44、能发生在流体中，热量的传递与流体的流动密度密切相关;并且，由于流体中存在着温度差，故流体中的导热也必然同时存在。工程上遇到的对流问题，往往不是单纯的热对流方式，而是流体流过物体表面时，依靠导热和热对流联合作用的热量传递过程，称为对流换热过程，也称为放热。当大气气流掠过路表时,由于路表与气流之间的温差引起热流交换形成对流换热P,由牛顿公式可知对流换热为： P= a(Ta-TS) (2.8)式中：a为路表放热系数；Ta和Ts分别为大气温度和路表温度。影响路表换热系数的因素有：固体表面的粗糙度，流体的导热系数，粘滞系数，流速及流向等8。固体表面在空气中的放热系数a的数值与风速有密切关系，见表2.3，放热系数也可用公式表示为如下形式9：粗糙表面：=6.64+4.03光滑表面：=6.06+3.76 (2.8)式中a风速，m/s； a对流换热系数，W/m2 C。表2.2 给出了几种流体对流换热系数的大致范围 W/(m2C) 7空气自然对流310高压水蒸气强制对流5003500气流强制对流20100水蒸气凝结500015000水自然对流2001000有机蒸汽凝结5002000水强制对流10001500表2.3 在空气中固体表面的放热系数7风速(m/s) (W/m2 C)风速(m/s) (W/m2 C)光滑表面粗糙表面光滑表面粗糙表面0.05.125.855.025.042
