基于频率和温度的混凝土与沥青混合料介电模型研究

【摘要】路面材料如沥青混合料、水泥混凝土均是由几种不同材料组成的复合材料，复合材料介电常数与其组成成份介电常数及体积率有关，还与电磁波频率、环境温度等因素有关。通常将描述复合材料介电常数与其成份介电常数及体积率、频率和温度等参数之间的函数关系式，称为介电模型。若能建立复合材料介电模型，即可根据电磁无损检测技术测试的介电常数计算各成份的体积率，从而实现沥青混合料空隙率、沥青含量、压实度、和水泥混凝土配比、厚度、含水量等质量指标的检测。由此可见，水泥混凝土和沥青混合料介电模型的建立是应用电磁波技术进行路面材料质量检测的前提和基础。国内外学者先后对各种不同复合材料的介电特性进行研究，建立了多种介电模型，但针对水泥混凝土和沥青混合料的研究较少，鉴于这两种材料有各自的结构特点，已有模型是否适用有待研究和验证。此外，大多已有介电模型没有考虑温度和频率的影响，这样会造成使用不同频率的仪器在不同时间不同温度条件下测试出来的数据不能共享和对比。若忽略，势必会造成一定的误差。针对上述存在的问题，本文根据两种复合材料不同的介电特性，通过研究介电常数与组成成份之间的关系，确立了各自的介电模型；在分析频率、温度对介电常数影响的基础上，基于试验建立了综合考虑频率、温度的水泥混凝土和沥青混合料介电模型；结合试验数据，对两种复合材料的综合介电模型进行了验证；将综合介电模型应用于工程实践，进行了水泥混凝土结构层厚度、含水量的计算，以及沥青混合料含水量、沥青体积率、骨料体积率和空隙率的计算。本文主要研究成果和结论如下：1.以电磁波理论的Maxwell方程为基础，根据水泥混凝土、沥青混合料各自特点，理论推导了水泥混凝土和沥青混合料介电模型，因考虑了各自特点，与其他模型相比，本文模型更适合描述水泥混凝土和沥青混合料介电特性。2.基于理论和试验研究分析了影响两种复合材料介电常数的因素，两种复合材料的介电常数不仅与其成份的介电常数和体积率有关，还与测试频率和温度相关。研究表明：水泥混凝土的介电性能受温度和频率影响较大，随温度升高呈线性规律减小，随频率增加大致呈指数规律减小；而沥青混合料的介电特性随温度变化较小，随频率增加大致呈线性减小。3.鉴于频率和温度对介电常数的影响，建立了综合考虑频率、温度在内的水泥混凝土和沥青混合料介电模型，并根据试验数据进行了检验，确定了模型中的待定常数。4.结合相关文献的数据，基于综合介电模型，分别进行了水泥混凝土结构层厚度、含水量的计算，以及沥青混合料含水量和各成份体积率的计算，计算结果与实测数据较为接近，满足相关规范检测精度的要求，进一步验证了介电模型的适用性和精确度，也进一步说明应用电磁无损检测技术进行质量指标检测是行之有效，可为工程应用提供参考。论文主要创新点：1.在分析了组成成份对介电常数影响的基础上，研究了频率和温度对介电特性的影响，建立了综合考虑频率、温度影响的水泥混凝土介电模型。采用理论和试验相结合的方法分析了影响水泥混凝土介电特性的因素，建立了含频率、温度等因素的水泥混凝土的介电模型，并进行了试验验证。研究结果显示：水泥混凝土具有明显频散特性，随测试频率的增加，介电常数大致呈指数规律减小，且频率越大，降幅越小；随温度升高大致呈线性规律下降；与其他模型相比，所建模型比较适合描述水泥混凝土介电性能。2.分析了组成成份、频率和温度对沥青混合料介电特性影响，建立了综合考虑频率、温度的沥青混合料介电模型。根据沥青混合料的介电特性，通过研究介电常数与组成成份之间的关系，确立了介电模型的基本形式；在分析频率、温度对介电特性影响的基础上，建立了综合考虑频率、温度沥青混合料介电模型；结合试验数据，进行了介电模型验证。试验验证结果表明：介电常数随频率的增加大致呈线性减小；随着温度升高介电常数呈线性略有升高；所建模型比较适合描述沥青混合料介电性能。3.基于综合介电模型，建立了结构层厚度、含水量和成份体积率的计算方法，并在工程实践中得到检验。基于水泥混凝土介电模型，建立了由介电常数计算结构层厚度和含水量的关系式；以沥青混合料介电模型为基础，发展了由介电常数计算含水量和骨料、沥青以及空隙率的关系式；并结合相关文献的试验数据，分别根据实测介电常数进行了水泥混凝土结构层厚度和含水量的计算以及沥青混合料含水量、沥青体积率、骨料体积率和空隙率的计算，计算结果与实测结果较为接近，满足检测精度要求，进一步验证了模型的实用性、准确性和其工程实用价值。
【作者】孟美丽；
【导师】王复明；
【作者基本信息】郑州大学，水工结构工程，2014，博士
【关键词】水泥混凝土；沥青混合料；介电常数；介电模型；频率；温度；体积率；

【参考文献】
[1]徐悠.M5锆合金马氏体亚结构研究[D].西安工业大学,材料学,2014,硕士.
[2]祁四清,王大彦.潍钢1080m~3高炉设计特点[J].炼铁.2003(02)
[3]邵晓宁.厚硬砂岩顶板破断规律及深孔超前爆破弱化技术研究[D].安徽理工大学,安全技术及工程,2014,博士.
[4]李佳.中国扬琴作品类文献研究综论[D].西安音乐学院,扬琴演奏,2014,硕士.
[5]刘占红.形成性评价视野下的科学作业设计策略研究[D].宁波大学,学科教学（专业学位）,2014,硕士.
[6]陈琛.基于领域本体的肾病专家咨询系统[D].南京邮电大学,计算机软件与理论,2013,硕士.
[7]耿鑫.目标驱动的基于工作流的自适应软件系统设计与实现[D].扬州大学,计算机软件与理论,2012,硕士.
[8]钱小军.民事公诉问题研究[D].四川大学,法律,2003,硕士.
[9]赵璐.鸭卵黄囊膜IgY Fc受体基因的克隆与表达研究[D].华中农业大学,预防兽医学,2014,硕士.
[10]黎健,陈建萍,蔡定军.江西省人工增雨作业指数预报研究[J].江西气象科技.2005(01)
[11]卢先春,许春萱,刘晓阳,李会青.铅在氧化石墨烯-纳米氧化镍修饰玻碳电极上的电化学行为[J].信阳师范学院学报(自然科学版),2012,01:95-98.
[12]赖扬帆.LD公司薪酬体系设计研究[D].山东大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[13]叶萌.自生动态膜生物反应器处理碱减量印染废水研究[D].东华大学,环境工程,2013,硕士.
[14]李晶.热凝胶制备β-1,3-葡聚寡糖及其诱导抗真菌功能的研究[D].江南大学,发酵工程,2014,博士.
[15]莫纪波.水稻ERF转录因子B-3亚组基因的功能分析[D].浙江大学,植物病理学,2012,硕士.
[16]陈德扬,李亚楼,江涵,徐得超.基于道路树分层的大电网潮流并行算法及其GPU优化实现[J].电力系统自动化,2014,22:63-69.
[17]王永靖.证券公司经纪业务客户关系管理研究[D].重庆大学,管理科学与工程,2003,硕士.
[18]储晓韵.骨髓细胞学图像分析报告系统的建立及其应用[D].浙江大学,生物医学工程,2004,硕士.
[19]宋瑜.对基诺族服饰艺术中时尚元素的解读[D].云南艺术学院,设计艺术学,2013,硕士.
[20]何振中,蔡苇.城市环境信息化建设发展战略探讨[J].黄石高等专科学校学报,2004,02:60-63.
[21]高鲁方.HTK液对危重症心脏瓣膜病患者心肌保护作用的临床研究[D].遵义医学院,胸心外科,2012,硕士.
[22]梁文硕.影响小学新教师适应性的因素探究[D].东北师范大学,高等教育学,2012,硕士.
[23]刘新交.近几年我国造纸及纸制品行业运行情况分析[J].造纸信息.2007(06)
[24]胡胜兰.我国监事会制度的立法完善[D].河北大学,经济法学,2014,硕士.
[25]孙昊.市场竞争情报系统的建立[J].图书情报工作,2003,09:106-109.
[26]吴鑫辉,黄高明,高俊.未知噪声统计下多模型概率假设密度粒子滤波算法[J].控制与决策,2014,03:475-480.
[27]黄维蓉.我国小城镇污水处理设施建设与运行管理对策研究[D].重庆大学,环境工程,2003,硕士.
[28]李光彬,侯朝霞,王少洪,王美涵,胡小丹,周银.石墨烯复合材料的研究进展[J].兵器材料科学与工程,2014,03:122-126.
[29]李顺龙,吴雪芹,王罗贤,忻惠龙,陆金玉.不锈钢密封面被醋酸腐蚀后的修复[J].石油化工设备.1992(01)
[30]周光营.人性视角之法官自由裁量权探究[D].华中师范大学,诉讼法学,2013,硕士.
[31]王蕊.黑格尔悲剧理论下的琥珀悲剧命运分析[D].辽宁大学,英语语言文学,2012,硕士.
[32]马丹.Hedgehog信号通路及TGF-β激活性激酶1在胰腺癌发病及预后中的作用研究[D].第二军医大学,内科学（专业学位）,2013,硕士.
[33]李丹.蒯因翻译不确定性论题的哲学阐释[D].湖南工业大学,外国语言学及应用语言学,2012,硕士.
[34]赵宏飞.计量装置动态监测及线损分析的研究[D].华北电力大学（河北）,电气工程,2004,硕士.
[35]杨桃丽.星载多通道高分辨宽测绘带合成孔径雷达成像处理技术研究[D].西安电子科技大学,信号与信息处理,2014,博士.
[36]胡冰梅.高刚度大载荷精密二维定位工作台关键技术研究[D].哈尔滨工业大学,仪器科学与技术,2013,硕士.
[37]黄美虹.乙型肝炎病毒母婴传播及阻断的相关因素探讨[D].福建医科大学,妇产科学,2014,硕士.
[38]刘珊.建鲤Na~+-K~+-ATPase α1和β1基因的克隆及盐度对其表达的影响[D].南京农业大学,水产养殖,2011,硕士.
[39]谢新立.多种显像剂PET/CT显像在胃癌评价中的实验及临床研究[D].郑州大学,影像医学与核医学（专业学位）,2014,博士.
[40]任延刚.我国非政府组织发展困境分析[D].山东建筑大学,马克思主义基本原理,2013,硕士.
[41]李亮亮.我国城乡收入差距[D].西北师范大学,数量经济学,2014,硕士.
[42]潘理黎,江斌,靳玉柱,高寒,姚盛翔.皮草染色废水处理回用试验研究[J].浙江工业大学学报,2014,05:519-522.
[43]杨乃东.ERP在中型机械制造企业的应用[D].大连理工大学,计算机应用,2003,硕士.
[44]吴金权.基于GIS的岩溶地下水环境评价系统设计[D].西南大学,地图学与地理信息系统,2014,硕士.
[45]杨明智.在农村中学进行研究性学习的探索与实践[D].内蒙古师范大学,2004.
[46]王俊德,彭锋,朱世照,张素莲,汤逢余,董桂金,吴兆元,姜顺祖.简讯[J].冶金自动化,1979,06:71-75+58.
[47]乔丹.牛津大学文化软实力研究[D].郑州大学,教育经济与管理,2013,硕士.
[48]栗智强.我国银行业反垄断规制问题研究[D].山西财经大学,经济法,2014,硕士.
[49]冀万芬.翁牛特旗耕地经营权流转问题研究[D].内蒙古农业大学,产业经济学,2013,硕士.
[50]刘博.中国经济增长中的内需与外需之间的互动关系研究[D].南京财经大学,国际贸易学,2012,硕士.