ذوب خود به خودی برف در روسازی بتن سیمانی فرودگاه توسط شبکه های الیاف کربن
15,300 تومانشناسه فایل: 7401
چکیده
در مقاله حاضر، روش ذوب برف با شبکه الیاف کربن جاسازی شده در روسازی فرودگاه برای جلوگیری از اثرات نامطلوب مواد شیمیایی ذوب کننده برف بر ساختار، عملکرد، محیط زیست و ایمنی شرح داده شده است. آزمایش ذوب کردن برف در فضای باز در روسازی بتن سیمانی فرودگاه زمانی که برف سنگین و درجه حرارت هوا از 3- درجه سانتی گراد تا 1- درجه سانتی گراد بود، انجام شد.
قدرت الکتریکی برای روسازی فرودگاه با استفاده از شبکه الیاف کربن تامین گردید. مشخص شده است که با یک قدرت ورودی 350 وات بر متر مربع، دمای سطح روسازی می تواند به یک افزایش 4.63 درجه سانتی گراد دست یابد و برف با ضخامت 2.7 سانتی متر را می توان در ظرف 2 ساعت که فقط جهت ذوب شدن برف در این شرایط لازم است، ذوب نمود.
بعد از متوقف کردن حرارت دهی، حرارت باقی مانده قادر است برف را در روسازی در زمان واقعی ذوب نماید سپس که درجه حرارت سطح روسازی بالاتر از صفر درجه سانتی گراد حفظ می شود. توزیع درجه حرارت و انرژی در امتداد عمق روسازی در زمان های مختلف مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. این نتایج نشان می دهند که استفاده از روش ذوب برف در روسازی فرودگاه با شبکه الیاف کربن در شرایط آب و هوایی برفی امکان پذیر می باشد.
مقدمه مقاله
برف، یخ و برفاب در روسازی بتن سیمانی فرودگاه تأثیر معنی داری بر ایمنی فرود، حرکت و برخاستن هواپیما در زمستان دارد چرا که برف، یخ و برفآب باعث کاهش ضریب اصطکاک بین لاستیک و سطح روسازی فرودگاه می شوند که نه تنها مانع از حمل و نقل مردم و کالاها می شوند بلکه زندگی و دارایی مردم را نیز تهدید می نمایند (ژائو و همکاران، 2010).روش سنتی برف روبی روسازی با استفاده از مواد شیمیایی یا ماشین ذوب کننده برف باعث تاخیر در پرواز شده و مستلزم شمار بسیاری نیروی انسانی، مواد شیمیایی و ماشین آلات می باشد که کار فشرده و وقت گیری محسوب می گردد.همچنین استفاده از مواد شیمیایی ذوب کننده برف نیز منجر به ایجاد برخی عوارض سوء بر ساختار، کارکرد و محیط زیست می شود (وانگ و همکاران، 2006): آسیب به روسازی بتن (به عنوان مثال، تحلیل یا خوردگی نوار رانش یا هدایت و پوسته پوسته شدن سطح)، خوردگی سیستم های زهکشی و تخریب محیط زیست اکولوژیکی خاک (کیاما و همکاران، 2003؛ تانکویست، 2004).
انجام به موقع و با کارایی بالای برف روبی و جلوگیری از اثرات نامطلوب مواد شیمیایی ذوب کننده برف بر روسازی فرودگاه ضروری می نماید. برخی از روش های دیگر ذوب کننده برف روسازی نیز مورد تحقیق قرار گرفته اند، از جمله:
لامپ های حرارتی مادون قرمز (زنویتز، 1977)، کابل های گرمایش الکتریکی (هندرسون، 1963)، بتن رسانای الکتریکی (توان و یحیی، 2004؛ زی و بیودوین، 1995؛ ژانگ و همکاران، 2011)، سیستم گرمایش هیدرونیک یا آبانه کار (لی و همکاران، 1984؛ لیو و اسپیتلر، 2004a، 2004b؛ لیو و همکاران، 2006a، 2006b؛ میرو 2012) و سیم های گرمایش الیاف کربنی (ژائو و همکاران، 2010، 2011).
پژوهش حاضر در زمینه ذوب برف به صورت عمده بر بتن رسانای الکتریکی تمرکز نموده است. برای رسیدن به هدایت الکتریکی بالا، بتن باید محتوی یک مقدار مشخصی از اجزای الکتریکی رسانا، مانند تراشه های فولادی، الیاف فولادی، فرآورده گرافیتی، الیاف کربنی و ذرات نیکل باشد (هو و همکاران، 2002؛ توان، 2004، 2008؛ توان و یحیی 2004؛ زی و بیودوین، 1995؛ یحیی و توان، 1998، 1999؛ یحیا و همکاران، 2000؛ ژانگ و همکاران،2011).با این وجود، این پژوهش و استفاده از بتن رسانای الکتریکی عمدتاً بر عرشه پل ها و روسازی بزرگراه ها که نمی توانند الزامات روسازی فرودگاه را برآورده سازند، تمرکز نموده است. علاوه بر این، مقاومت الکتریکی بتن رسانا با زمان تغییر می نماید که برای کنترل ناخوشایند محسوب می شود.
برخی از مطالعات، آزمون های تجربی، طراحی و شبیه سازی های عددی را برای ذوب نمودن برف با استفاده از سیستم گرمایش هیدرونیک یا آبانه کار نشان داده اند (لیو و اسپیتلر، 2004a، 2004b؛ لیو و همکاران، 2006a، 2006b). استفاده از تعبیه سیستم گرمایش هیدرونیک یا آبانه کار در روسازی فرودگاه نسبتاً به منطقه سطحی کوچکی محدود شده است که شامل جایگاه های پارکینگ هواپیما می گردد و برای مناطق بزرگ تری مانند باند فرودگاه به کار گرفته نشده است. این مطالعه سه فرودگاه بین المللی را در اسکاندیناوی شناسایی نموده است که از بخش های گرمایش روسازی بیرونی استفاده می نمایند: اسلو – گاردر موئن، استکهلم – آرلاندا و هلسینکی – وانتا (میرو،2012). در هر سه مورد، گرما به روسازی با استفاده از سیستم هیدرونیک یا آبانه کار متصل به سیستم گرمایش مرکزی اعمال شده است. اگر چه سیستم گرمایش هیدرونیک یا آبانه کار تا حدی قادر به ذوب نمودن برف در روسازی فرودگاه است اما ساخت آن پیچیده بوده و عملکرد مربوط به ذوب نمودن برف برای گرم کردن سیال در حال گردش، با تاخیر مواجه خواهد بود.
در سالیان اخیر، ژائو و همکاران (2010، 2011) مطالعه سیستماتیکی را در زمینه ذوب برف در عرشه پل ها و روسازی با تعبیه نمودن سیم های گرمایشی الیاف کربن در بتن، در شرایط مختلف آب و هوایی انجام داده اند، نتایج نشان دادند که این روش می تواند الزامات ذوب برف در عرشه پل و روسازی به قدرت های ورودی مختلف را برآورده سازد.
با این حال، روش ذوب برف با سیم های گرمایشی الیاف کربن مستلزم مطالعه بیشتری در زمینه استفاده از روسازی فرودگاه می باشد. انتخاب روش و فناوری های ذوب برف به شدت به عوامل جغرافیایی، اقتصادی، زیست محیطی و ایمنی پروژه های کاربردی بستگی دارد. بنابراین، ذوب برف در روسازی بتن سیمانی فرودگاه با شبکه الیاف کربن ارائه شده است.
این مقاله به بررسی روش ذوب برف در روسازی فرودگاه پرداخته است که در آن شبکه الیاف کربن در خاک مدفون شده اند. شبکه الیاف کربنی از سیم های گرمایش الیاف کربن و مش یا بافت های فولادی تشکیل شده است که از مقاومت کششی بالا و خواص الکتریکی – حرارتی مطلوبی برخوردار می باشند.
افزون بر این، بافت های فولادی می توانند روسازی فرودگاه را تقویت کنند. در مورد قدرت ورودی و به منظور جلوگیری از تجمع برف، دمای سطح روسازی فرودگاه بالاتر از دمای انجماد نگه داشته می شود. در نهایت، آزمایشات ذوب برف در مقیاس کامل در محیط فضای باز انجام می شوند.
ABSTRACT Automatically melting snow on airport cement concrete pavement with carbon fiber grille
In this paper, the method of melting snow with carbon fiber grille buried in airport pavement is presented to avoid the adverse effects of snow-melting chemicals on the structure, function, environment and safety. The outdoor snow-melting experiment of airport cement concrete pavement is conducted when the snow is heavy and the air temperature is from − 3 °C to − 1 °C. Electrical power is supplied to the airport pavement through the use of carbon fiber grille. It is shown that, with an input power of 350 W/m2, the temperature of pavement surface can achieve an increment of 4.63 °C and the 2.7 cm thick snow can be melted within 2 h, which is just for melting snow at this condition. After the heating stopped, the residual heat can melt snow on the pavement in real time when the temperature of pavement surface is kept above 0 °C. The temperature and energy distribution along the depth of pavement are analyzed at different times. The findings indicate that the method of melting snow on airport pavement with carbon fiber grille is feasible in the snowy weather condition.
Introduction
Snow, ice and slush on airport cement concrete pavement significantly impact aircraft landing, taxiing and takeoff safety in winter because snow, ice and slush reduce the friction coefficient between the tire and the surface of airport pavement, which not only hinders the transportation of people and goods but also threatens people’s lives and properties (Zhao et al., 2010). The traditional method of pavement snow removal with snow-melting chemicals or machine induces flight delay and needs a large number of manpower, chemicals and machine, which is labor intensive and time-consuming. The use of snow-melting chemicals also leads to some adverse effects on the structure, function and environment (Wang et al., 2006): damage to concrete pavement (e.g., steer bar corrosion and surface scaling), corrosion of drainage system and destruction of the soil ecological environment (Kayama et al., 2003; Thunqvist, 2004).
It is necessary to conduct timely and high-efficient removal of snow and avoid the adverse effects of snow-melting chemicals on airport pavement. Some other pavement snow-melting methods have been researched, such as infrared heat lamps (Zenewitz, 1977), electric heating cables (Henderson, 1963), electrically conductive concrete (Tuan and Yehia, 2004; Xie and Beaudoin, 1995; Zhang et al., 2011), hydronic heating system (Lee et al., 1984; Liu and Spitler, 2004a, 2004b; Liu et al., 2006a, 2006b; Miró, 2012) and carbon fiber heating wires (Zhao et al., 2010, 2011).
The current research of melting snow mainly focuses on electrically conductive concrete. To attain high electrical conductivity, concrete must contain a certain amount of electrically conductive components, such as steel shaving, steel fibers, graphite product, carbon fibers and nickel particle (Hou et al., 2002; Tuan, 2004, 2008; Tuan and Yehia, 2004; Xie and Beaudoin, 1995; Yehia and Tuan, 1998, 1999; Yehia et al., 2000; Zhang et al., 2011). However, the research and application of electrically conductive concrete mainly focus on bridge deck and highway pavement, which can’t meet the requirements of airport pavement. In addition, the electric resistivity of the conductive concrete varies with time, which is inconvenient for the control.
Some studies have demonstrated the experimental tests, design and numerical simulations for snow-melting using hydronic heating system (Liu and Spitler, 2004a, 2004b; Liu et al., 2006a, 2006b). The use of embedding hydronic heating system in airport pavement has been limited to relatively small surface area comprising aircraft parking slots and has not been applied to larger area such as runway. This study has identified three international airports in Scandinavia that use heating sections of outdoor pavement: Oslo-Gardermoen, Stockholm-Arlanda and Helsinki-Vantaa (Miró, 2012). In all three cases, the heat is applied to the pavement by means of hydronic system connected to the district heating system. Although the hydronic heating system is capable of melting snow on airport pavement to some extent, its construction is complex and the snow-melting performance is delayed to heat the circulating liquid.
In recent years, Zhao et al. (2010, 2011) conducted a systematic study on bridge deck and pavement snow-melting by embedding carbon fiber heating wires in concrete. In different climatic conditions, the results showed that the method can meet the requirement of bridge deck and pavement snow-melting with different input powers. However, the snow-melting method with carbon fiber heating wires requires further study on the application of airport pavement. The selection of snow-melting method and technologies depends highly on the geographic, economical, environmental and safe factors of practical projects. Therefore, melting snow on airport cement concrete pavement with carbon fiber grille is proposed.
This paper studies the method of melting snow on airport pavement in which carbon fiber grille is buried. Carbon fiber grille is made of steel mesh and carbon fiber heating wires which have high tensile strength and good electric-thermal properties. In addition, steel mesh can reinforce the airport pavement. In the case of input power, the temperature of airport pavement surface maintains above the freezing temperature in order to prevent snow accumulation. Finally, the full-scale snow melting experiments are performed in outdoor environment.
- مقاله درمورد ذوب خود به خودی برف در روسازی بتن سیمانی فرودگاه توسط شبکه های الیاف کربن
- بکارگیری شبکه های الیاف کربن در ذوب خودکار برف در روسازی بتن سیمانی فرودگاه
- پروژه دانشجویی ذوب خود به خودی برف در روسازی بتن سیمانی فرودگاه توسط شبکه های الیاف کربن
- ذوب خود به خودی برف در سنگ فرش بتن سیمانی فرودگاه
- پایان نامه در مورد ذوب خود به خودی برف در روسازی بتن سیمانی فرودگاه توسط شبکه های الیاف کربن
- تحقیق درباره ذوب خود به خودی برف در روسازی بتن سیمانی فرودگاه توسط شبکه های الیاف کربن
- مقاله دانشجویی ذوب خود به خودی برف در روسازی بتن سیمانی فرودگاه توسط شبکه های الیاف کربن
- ذوب خود به خودی برف در روسازی بتن سیمانی فرودگاه توسط شبکه های الیاف کربن در قالب پايان‌نامه
- پروپوزال در مورد ذوب خود به خودی برف در روسازی بتن سیمانی فرودگاه توسط شبکه های الیاف کربن
- گزارش سمینار در مورد ذوب خود به خودی برف در روسازی بتن سیمانی فرودگاه توسط شبکه های الیاف کربن
- گزارش کارورزی درباره ذوب خود به خودی برف در روسازی بتن سیمانی فرودگاه توسط شبکه های الیاف کربن