基于頻率和溫度的混凝土與瀝青混合料介電模型研究.pdf

1、路面材料如瀝青混合料、水泥混凝土均是由幾種不同材料組成的復合材料，復合材料介電常數(shù)與其組成成份介電常數(shù)及體積率有關，還與電磁波頻率、環(huán)境溫度等因素有關。通常將描述復合材料介電常數(shù)與其成份介電常數(shù)及體積率、頻率和溫度等參數(shù)之間的函數(shù)關系式，稱為介電模型。若能建立復合材料介電模型，即可根據(jù)電磁無損檢測技術測試的介電常數(shù)計算各成份的體積率，從而實現(xiàn)瀝青混合料空隙率、瀝青含量、壓實度、和水泥混凝土配比、厚度、含水量等質(zhì)量指標的檢測。由此可見，水

2、泥混凝土和瀝青混合料介電模型的建立是應用電磁波技術進行路面材料質(zhì)量檢測的前提和基礎。
　　國內(nèi)外學者先后對各種不同復合材料的介電特性進行研究，建立了多種介電模型，但針對水泥混凝土和瀝青混合料的研究較少，鑒于這兩種材料有各自的結(jié)構(gòu)特點，已有模型是否適用有待研究和驗證。此外，大多已有介電模型沒有考慮溫度和頻率的影響，這樣會造成使用不同頻率的儀器在不同時間不同溫度條件下測試出來的數(shù)據(jù)不能共享和對比。若忽略，勢必會造成一定的誤差。

3、　　針對上述存在的問題，本文根據(jù)兩種復合材料不同的介電特性，通過研究介電常數(shù)與組成成份之間的關系，確立了各自的介電模型;在分析頻率、溫度對介電常數(shù)影響的基礎上，基于試驗建立了綜合考慮頻率、溫度的水泥混凝土和瀝青混合料介電模型;結(jié)合試驗數(shù)據(jù)，對兩種復合材料的綜合介電模型進行了驗證;將綜合介電模型應用于工程實踐，進行了水泥混凝土結(jié)構(gòu)層厚度、含水量的計算，以及瀝青混合料含水量、瀝青體積率、骨料體積率和空隙率的計算。
　　本文主要研究成果

4、和結(jié)論如下:
　　1.以電磁波理論的Maxwell方程為基礎，根據(jù)水泥混凝土、瀝青混合料各自特點，理論推導了水泥混凝土和瀝青混合料介電模型，因考慮了各自特點，與其他模型相比，本文模型更適合描述水泥混凝土和瀝青混合料介電特性。
　　2.基于理論和試驗研究分析了影響兩種復合材料介電常數(shù)的因素，兩種復合材料的介電常數(shù)不僅與其成份的介電常數(shù)和體積率有關，還與測試頻率和溫度相關。研究表明:水泥混凝土的介電性能受溫度和頻率影響較大，隨溫

5、度升高呈線性規(guī)律減小，隨頻率增加大致呈指數(shù)規(guī)律減小;而瀝青混合料的介電特性隨溫度變化較小，隨頻率增加大致呈線性減小。
　　3.鑒于頻率和溫度對介電常數(shù)的影響，建立了綜合考慮頻率、溫度在內(nèi)的水泥混凝土和瀝青混合料介電模型，并根據(jù)試驗數(shù)據(jù)進行了檢驗，確定了模型中的待定常數(shù)。
　　4.結(jié)合相關文獻的數(shù)據(jù)，基于綜合介電模型，分別進行了水泥混凝土結(jié)構(gòu)層厚度、含水量的計算，以及瀝青混合料含水量和各成份體積率的計算，計算結(jié)果與實測數(shù)據(jù)較為

6、接近，滿足相關規(guī)范檢測精度的要求，進一步驗證了介電模型的適用性和精確度，也進一步說明應用電磁無損檢測技術進行質(zhì)量指標檢測是行之有效，可為工程應用提供參考。
　　論文主要創(chuàng)新點:
　　1.在分析了組成成份對介電常數(shù)影響的基礎上，研究了頻率和溫度對介電特性的影響，建立了綜合考慮頻率、溫度影響的水泥混凝土介電模型。
　　采用理論和試驗相結(jié)合的方法分析了影響水泥混凝土介電特性的因素，建立了含頻率、溫度等因素的水泥混凝土的介電模

7、型，并進行了試驗驗證。研究結(jié)果顯示:水泥混凝土具有明顯頻散特性，隨測試頻率的增加，介電常數(shù)大致呈指數(shù)規(guī)律減小，且頻率越大，降幅越小;隨溫度升高大致呈線性規(guī)律下降;與其他模型相比，所建模型比較適合描述水泥混凝土介電性能。
　　2.分析了組成成份、頻率和溫度對瀝青混合料介電特性影響，建立了綜合考慮頻率、溫度的瀝青混合料介電模型。
　　根據(jù)瀝青混合料的介電特性，通過研究介電常數(shù)與組成成份之間的關系，確立了介電模型的基本形式;在分析

8、頻率、溫度對介電特性影響的基礎上，建立了綜合考慮頻率、溫度瀝青混合料介電模型;結(jié)合試驗數(shù)據(jù)，進行了介電模型驗證。試驗驗證結(jié)果表明:介電常數(shù)隨頻率的增加大致呈線性減小;隨著溫度升高介電常數(shù)呈線性略有升高;所建模型比較適合描述瀝青混合料介電性能。
　　3.基于綜合介電模型，建立了結(jié)構(gòu)層厚度、含水量和成份體積率的計算方法，并在工程實踐中得到檢驗。
　　基于水泥混凝土介電模型，建立了由介電常數(shù)計算結(jié)構(gòu)層厚度和含水量的關系式;以瀝青混