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保溫材料試驗研究

    青藏鐵路修筑過程中,路基高度是不斷地隨地形而變。盡管路基是地面上的一條具有幾何形狀的冷結構物,在增設的路基高度不足以補償因改變原地表的性狀時,路基下的熱量平衡狀態被破壞,出現吸熱大于放熱現象,多年凍土融化,上限下降。當采用通風管、碎塊石等受到限制、而采用熱樁使工程造價提高的情況下,在路基的某部位鋪設一層工業保溫材料,就可以阻隔太陽輻射的熱量下傳,相對地在一定的年限內保持多年凍土上限地熱平衡狀態,達到保持路基下多年凍土的穩定。

    為調節路基高度,減少換填厚度,或增加路塹邊坡、基底的熱穩定性安全貯備,也要滿足工程的變形要求,常常采用輕質工業保溫材料,如聚苯乙烯泡沫塑料板(EPS)、聚氨脂泡沫板(PU)等。技術指標應滿足下列要求:導熱系數<0.002~0.003W/m.K;密度>0.05g/cm3;抗壓強度>0.3Mpa;吸水率<1%。

    保溫材料鋪設在路基中的某一位置,和換填材料組成復合型的保溫路基。由于換填土與隔熱材料的物理性質和熱物理差異(主要是有無相變作用)很大,傳熱計算十分復雜,一般采用當量法分層計算,不僅繁瑣,精度也受限制,在工程應用時常作一些假定將問題簡化。如溫度波衰減法、當量折算法、一維數值計算法等都能較簡便的計算出土層中埋設保溫隔熱板厚度。

    為考察聚苯乙烯泡沫板(EPS)和聚氨酯泡沫板(PU)的工程應用效果,在青藏鐵路多年凍土路基試驗段進行了現場測試.結果表明,2種新型保溫材料均具有較好的保溫隔熱性能,且PU板優于EPS板,保溫性能與板厚之間存在非線性關系.較之對比斷面,有保溫板的斷面基底年平均地溫降低,上限抬升,有利于保護多年凍土.動態行車試驗表明,保溫板路基滿足列車以100 km/h的速度運行的安全性與舒適性要求.

    風火山等地試驗路基的觀測結果表明,保溫板的隔熱效果非常明顯,板上下地溫相差約達5~10℃,融化指數(℃.d)減少87%左右。然而,冬季使路基下冷量也減少,凍結指數(℃.d)也減少80%左右。這樣,多年凍土每年得到大氣冷量的補充就減少,為長久的維持上限的穩定,就必須靠自身的溫度調節,要消耗多年凍土的冷儲量。這就是多年凍土區保溫路基的缺點。但是,對于工程而言,可以在使用年限和保溫措施延緩凍土融化間作出平衡的選擇,以保證工程的穩定性。

(圖1)

(圖2)

(圖3 土工膜)

(圖4 聚氨脂泡沫板)

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