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《哈尔滨工业大学》 2017年
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透水性沥青路面径流污染物净化及降温特性研究

汪鸿山  
【摘要】:透水性沥青路面铺装是一种生态环保型铺装结构,它是一种经过特殊工艺制成的具有连续空隙的混合料,其既有一定的强度和透气透水性,又具有对径流污染起到净化的功能,还可以降低路面温度,改变城市温湿环境。但是目前对透水性沥青路面的径流污染物净化效能、雨水渗流以及降温特性的研究还存在很多不足。为掌握透水性沥青路面对径流污染物的净化规律及其对雨水的渗流和降温特性,设计合理的透水性沥青路面结构,采用试验与理论模拟相结合方法,对透水性沥青路面径流污染物净化、雨水渗流及降温特性进行研究。首先,设计搭建了透水性沥青路面径流污染物净化试验台,采用试验方法,研究了透水性沥青路面用沥青混合料的径流污染物净化规律。研究结果表明,透水性沥青路面用沥青混合料空隙率在20%左右时,其对径流污染物的净化效果最佳,其去污有效年限为5年;压实程度对透水性沥青路面用沥青混合料的净化效果影响显著,并且在充分压实情况下沥青混合料空隙率大于25%时,其内部空隙微观结构对有机物去污效果影响显著;沥青混合料试件有效高度大于10cm,沥青混合料中陶粒掺量为40%时,其对径流污染物的去污效果最佳。由细砂、炉渣以及陶粒组成的过滤层对径流污染物的净化效果最优;由陶粒、细砂以及炉渣组合而成的过滤层对径流有机污染物的净化效果明显优于单种材料的净化效果;采用20cm炉渣和20cm陶粒组合铺装的过滤层,对径流重金属离子污染物的净化效果最优。径流污染物COD和SS主要在透水性沥青路面的面层和透水基层进行净化,对于重金属离子Pb和Zn的净化,透水性沥青路面的面层、透水基层、蓄水层和过滤层都起关键作用。其次,基于多孔介质渗流理论原理,建立了透水性沥青路面的雨水渗流模拟模型,并借助试验数据进行了验证,采用模拟方法研究了降雨强度、各层空隙率以及结构尺寸对透水性沥青路面雨水渗流的影响规律。研究结果表明,雨型对透水性沥青路面渗透性能的影响比较明显,并且I型雨型(降雨强度为18.8mm/h)时透水性沥青路面渗透速率明显大于其他雨型的;当空隙率在15%-25%范围时,透水沥青面层空隙率对透水性沥青路面渗透性能的影响较小,大空隙沥青稳定碎石基层空隙率对其渗透性能影响比较明显;当级配碎石层和砂垫层空隙率大于35%时,其对透水性沥青路面渗透性能的影响较小;当大空隙沥青稳定碎石基层厚度在6-8cm范围内时,大空隙沥青稳定碎石基层厚度对透水性沥青路面整体结构渗透性能的影响较小;透水性沥青路面结构在渗流稳定期(渗流时间超过150min),透水沥青面层厚度小于5cm,级配碎石层厚度小于15cm,砂垫层厚度在5-15cm范围内时,相应各层厚度对透水性沥青路面渗透速率的影响较小。最后,建立了透水性沥青路面的降温特性模拟模型,采用模拟方法研究了透水性沥青路面的降温特性,分析了白天不同时刻的透水性沥青路面的温度分布特性以及含水率和不同层空隙率对透水性沥青路面降温特性的影响规律。结果表明,透水性沥青路面的温度分布受太阳辐射强度的影响比较明显,并且在12:00-13:00基本达到峰值;在大空隙沥青稳定碎石基层以下结构的温度变化最为明显,该区域的结构设计时,要充分考虑由于路面温度变化而产生的结构热应力破坏问题。同时,透水性沥青路面含水率对其内部温度分布的影响比较明显,各层空隙率对其温度分布的影响较小。并且透水性沥青路面面层温度随着含水率的升高而明显降低,含水率主要影响深度小于45cm的透水性沥青路面的温度分布。从降低路面温度的角度考虑,在路面结构设计时应优先考虑在太阳辐射强度较大、雨水较多的地区采用透水性沥青路面,这将能降低路面温度以及径流污染物的排放,同时也可以改善城市户外温湿环境。上述关于透水性沥青路面径流污染物净化、渗流以及降温特性研究成果,为我国减少径流污染以及降低路面温度的透水性沥青路面结构设计提供理论依据。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:U416.217

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