湖南省大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計劃
項(xiàng) 目 申 報 表
項(xiàng)目名稱:
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學(xué)校名稱
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長沙理工大學(xué)
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學(xué)生姓名
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學(xué) 號
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專 業(yè)
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性 別
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入 學(xué) 年 份
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隗如意
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201408020229
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道路工程卓越
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男
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2014年9月
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楊卓棟
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201410010205
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道路工程卓越
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男
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2014年9月
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范海山
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201410010121
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道路工程卓越
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男
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2014年9月
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曹壁輝
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201430010108
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道路工程卓越
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女
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2014年9月
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指導(dǎo)教師
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馮新軍
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職稱
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教授
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項(xiàng)目所屬
一級學(xué)科
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交通運(yùn)輸工程
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項(xiàng)目科類(理科/文科)
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理科
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學(xué)生曾經(jīng)參與科研的情況
（1）項(xiàng)目組成員獲國家實(shí)用新型專利授權(quán)1項(xiàng)（CN201620264297），申請國家發(fā)明專利1項(xiàng)（申請?zhí)枺?span style="font-family: Times New Roman;">201710107157.8），申請國家實(shí)用新型專利1項(xiàng)（申請?zhí)枺?span style="font-family: Times New Roman;">201720026673.3）；
（2）項(xiàng)目組成員在第四屆全國高校土木工程專業(yè)大學(xué)生論壇論文交流中，《公路下伏溶洞路基填筑技術(shù)研究》榮獲優(yōu)秀獎；
（3）項(xiàng)目組成員組成合理，成員參與過多個科技項(xiàng)目及賽事，熟悉了科研工作流程，曾獲得長沙理工大學(xué)校級科技立項(xiàng)3項(xiàng)、院級1項(xiàng)并已順利結(jié)題，曾獲“交通·未來”全國大學(xué)生創(chuàng)意作品大賽校級二等獎、三等獎各1項(xiàng)，曾參與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動并獲湖南省第二屆“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽銀獎和長沙市第十三屆大學(xué)生科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽三等獎；
（4）項(xiàng)目子課題“一種基于太陽能路面的交通信號互聯(lián)控制系統(tǒng)”獲第十二屆全國大學(xué)生交通科技大賽校級一等獎并入圍國賽；
（5）申請項(xiàng)目依托“公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室”，以及教育部、交通部和湖南省多個研究平臺基地，項(xiàng)目組成員假期在其實(shí)習(xí)，熟悉了本項(xiàng)目研究需要的全部儀器設(shè)備的使用，為本項(xiàng)目的開展奠定了堅實(shí)基礎(chǔ)。
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指導(dǎo)教師承擔(dān)科研課題情況
（1）國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目．酸雨對瀝青路面的侵蝕破壞機(jī)理研究．
（2）湖南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目．氯鹽類融雪劑對瀝青路面的侵蝕破壞機(jī)理研究．
（3）湖南省交通廳項(xiàng)目．改性瀝青中SBS 含量的檢測方法及成套技術(shù)研究．
（3）湖南省教育廳項(xiàng)目．基于抗車轍、抗開裂和抗水損的瀝青混合料平衡設(shè)計研究．
（4）浙江省交通廳項(xiàng)目．大粒徑碎石柔性基層在舊水泥路面改建中的運(yùn)用技術(shù)．
（5）浙江省交通廳項(xiàng)目．舊水泥路面瀝青加鋪層的抗裂防水粘層技術(shù)研究．
（6）浙江省交通廳項(xiàng)目．干線公路新老路面結(jié)合部處治技術(shù)研究．
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項(xiàng)目研究和實(shí)驗(yàn)的目的、內(nèi)容和要解決的主要問題
1.1項(xiàng)目研究和實(shí)驗(yàn)的目的
隨著全球石油能源緊缺、交通環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，開發(fā)利用再生能源已成為交通行業(yè)迫切的需要。太陽能以其節(jié)能、清潔、來源廣泛等特點(diǎn)，成為目前新能源中備受重視的一種綠色能源。另一方面，我國道路的總里程已達(dá)到457.73萬公里，高居世界第二位。有研究學(xué)者指出，若國內(nèi)全部道路用于太陽能路面發(fā)電，每年可以產(chǎn)生18065億千瓦時的電能，約占2015年全國總發(fā)電量的32.5%左右。2016年5月，交通運(yùn)輸部發(fā)布《交通運(yùn)輸節(jié)能環(huán)保“十三五”發(fā)展規(guī)劃》，指出要優(yōu)化交通運(yùn)輸能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，加大新能源和清潔能源在城市公共交通和客貨運(yùn)輸領(lǐng)域的應(yīng)用，鼓勵太陽能、風(fēng)能等清潔能源及配套設(shè)施在交通基礎(chǔ)建設(shè)運(yùn)營中的應(yīng)用。同年12月，國家能源局印發(fā)了《太陽能發(fā)展“十三五”規(guī)劃的通知》。根據(jù)規(guī)劃，到2020年底，光伏發(fā)電裝機(jī)達(dá)到1.05億千瓦以上，集熱面積達(dá)到8億平方米，實(shí)現(xiàn)年發(fā)電量1500億千瓦時。
路面光伏發(fā)電是利用道路路面作為載體，太陽能電池陣列埋入道路結(jié)構(gòu)中，穿過透明路面的光線經(jīng)過太陽能電板轉(zhuǎn)換為電能，從而實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電。目前實(shí)現(xiàn)路面透明的方式一共有兩種：其一是采用鋼化玻璃作為路面材料；其二是利用預(yù)制光纖透明混凝土模塊鋪裝路面。兩種方法都能滿足路面光伏發(fā)電的光照要求。然而，就目前國外利用鋼化玻璃作為路面的試驗(yàn)路段來計算，每公里車道的造價為175萬美元，約合人民幣1100萬元。另一方面，利用預(yù)制光纖透明混凝土模塊鋪筑路面雖可節(jié)省工程費(fèi)用，然而因其有較為復(fù)雜的施工過程，導(dǎo)致施工工期延緩。路面光伏發(fā)電也因?yàn)樵靸r和施工要求等原因，成為了阻礙其發(fā)展和推廣應(yīng)用的重要因素。
本研究小組就目前透明混凝土現(xiàn)有問題提出了一種透明樹脂混凝土的新型材料。它是以合成樹脂（聚合物）或單體作為膠凝材料并配以相應(yīng)固化劑，以玻璃顆粒、石料為骨料制成的一種聚合物混凝土，與水泥或?yàn)r青混凝土相比，透明樹脂混凝土中的樹脂組分能全部參與固化反應(yīng)而生成致密的微觀結(jié)構(gòu)，因此這種混凝土具有良好透光性能的同時還具有較好的力學(xué)性能和路用性能。
通過研究，提出一種透明樹脂混凝土的多功能復(fù)合材料，該材料既滿足路面光伏發(fā)電的光照要求的同時也具有優(yōu)良的路用性能，實(shí)現(xiàn)同比鋼化玻璃路面降低80%的工程造價，同時大幅度簡化光伏發(fā)電道路鋪筑過程的施工流程，可為透明樹脂混凝土的設(shè)計提供相應(yīng)的技術(shù)參考，對于推進(jìn)路面光伏發(fā)電的發(fā)展和應(yīng)用有著重要意義。通過研究影響透明樹脂的路用性能的因素，提出一套系統(tǒng)的配合比設(shè)計方法以及施工工藝流程，滿足路面光伏發(fā)電道路施工的實(shí)際需求，實(shí)現(xiàn)太陽能的高效利用。
1.2項(xiàng)目研究和試驗(yàn)的內(nèi)容
通過對比試驗(yàn)，不斷探究影響透明樹脂混凝土透光性能、力學(xué)性能和路用性能的主要因素，提出一套配合比設(shè)計方案和配套施工工藝，
1.2.1級配設(shè)計
級配設(shè)計主要參考目前現(xiàn)有的多種瀝青礦料級配設(shè)計規(guī)范，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的改良優(yōu)化。參考的級配有：密級配瀝青混凝土混合料礦料級配、SMA混合料礦料級配和OGFC混合料礦料級配。
考慮到孔隙率對透光性能結(jié)果的影響，試驗(yàn)選用單一粒徑、AC-13瀝青混凝土混合料礦料級配、SMA-13混合料礦料級配和OGFC-13混合料礦料級配作為試驗(yàn)級配。根據(jù)透光性需要，集料的級配設(shè)計中去除了小于4.75mm粒徑規(guī)格的集料，通過透光性能、力學(xué)性能和路用性能的比較提出透明樹脂混凝土合適的級配設(shè)計范圍。其具體級配設(shè)計如下：
類比AC-13級配設(shè)計（以下簡稱AC-13）：
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規(guī)格（mm）
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13.2
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9.5
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4.75
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質(zhì)量份
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158.1
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543.1
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678.6
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類比SMA-13級配設(shè)計（以下簡稱SMA-13）：
規(guī)格（mm）
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13.2
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9.5
|
4.75
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質(zhì)量份
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102.6
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614.2
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671.3
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類比OGFC-13級配設(shè)計（以下簡稱OGFC-13）：
規(guī)格（mm）
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13.2
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9.5
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4.75
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質(zhì)量份
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94.4
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436.2
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858.4
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單一粒徑設(shè)計：9.5mm-13.2mm的均勻粒徑
1.2.2性能研究
透明樹脂混凝土的性能研究是以透光性能為重點(diǎn)，同時結(jié)合施工工藝和路用性能進(jìn)行試驗(yàn)研究。其中，透光性能的測試方案由研究小組自制的測試裝置進(jìn)行測試，其余試驗(yàn)方案參照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行。
（1）透光性能
通過輻照度測試比較試件的透光效果，以透光率
描述不同條件下試件的透光能力。如圖1和圖2所示，該試驗(yàn)的試驗(yàn)儀器主要有自制測試箱、DT-1307CEM華盛昌太陽能測試儀、高強(qiáng)光源。整個測試箱除上部和右側(cè)開適當(dāng)口徑，裝置為封閉不透光結(jié)構(gòu)。
圖1 實(shí)驗(yàn)裝置三維示意圖 圖2 實(shí)驗(yàn)裝置剖面圖
以下是試驗(yàn)步驟：
①將太陽能測試儀放入測試箱中，測試儀正對測試箱上方開口，打開測試儀。
②將光源中心與開口中心盡可能置于同一豎直線上，固定光源位置，一旦固定，試驗(yàn)中不可改變光源高度。打開光源開關(guān)，待顯示器上讀數(shù)穩(wěn)定后記錄下初始光照強(qiáng)度數(shù)值
（單位：Btu/(ft2·h)）。
③關(guān)閉光源開關(guān)，將試件放于開口上方，同樣要求試件中心與開口中心盡可能在同一豎直線上，試件放好后若觀察側(cè)面無漏光則打開光源，待顯示器數(shù)值穩(wěn)定后記錄下光照強(qiáng)度值
（單位：Btu/(ft2·h)）。
④重復(fù)②、③步，將試件依次進(jìn)行測量，記錄下每一個試件的數(shù)值。
⑤按照下式計算透光率：
為了進(jìn)一步論證通過透明樹脂混凝土的光線可用于太陽能電板發(fā)電，試驗(yàn)測試作為路面材料的透明樹脂混凝土對太陽能電板功率的折損情況，以太陽能功率折損率
來描述不同條件下試件的透光能力，從而比較試件透過可用于發(fā)電的光波段的能力。如圖3所示，該試驗(yàn)的試驗(yàn)儀器主要有自制測試箱、太陽能電板、節(jié)能燈泡、萬用表、導(dǎo)線。整個測試箱同輻照度測試箱。
圖3 折損率試驗(yàn)裝置三維示意圖
以下是試驗(yàn)步驟：
①將太陽能電板放入測試箱中，使太陽能電板正對測試箱上方開口，將接入太陽能電板的導(dǎo)線引出測試箱外。
②將節(jié)能燈泡與量程設(shè)為毫安的萬用表串聯(lián)接入電路中，完成電路的連接組成電流測試電路。調(diào)整測試箱朝向和位置，使自然光盡可能垂直照射太陽能電板。待萬用表上讀數(shù)穩(wěn)定后記錄下初始電流值
（單位：mA）
③將節(jié)能燈泡與量程設(shè)為伏特的萬用表并聯(lián)接入電路中，完成電路的連接組成電壓測試電路。調(diào)整測試箱朝向和位置，使自然光盡可能垂直照射太陽能電板。待萬用表上讀數(shù)穩(wěn)定后記錄下初始電壓值
（單位：V）
④將試件放于開口上方，同樣使自然光盡可能垂直照射太陽能電板，根據(jù)測試項(xiàng)目調(diào)整萬用表量程和測試電路，待萬用表上讀數(shù)穩(wěn)定后記錄下相應(yīng)的電流值
（單位：mA）或電壓值
（單位：V）
⑤重復(fù)②、③、④步，將試件依次進(jìn)行測量，記錄下每一個試件的數(shù)值。
⑥按照下式計算折損率：
（2）力學(xué)性能
透明樹脂混凝土的力學(xué)性能測試參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程(JTG E20-2011)》和《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E30-2005)》進(jìn)行，主要進(jìn)行以下試驗(yàn)：
檢測項(xiàng)目
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檢測方法/依據(jù)
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抗壓強(qiáng)度
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水泥混凝土立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法/T0553-2005
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抗彎拉強(qiáng)度
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水泥混凝土抗彎拉強(qiáng)度試驗(yàn)方法/T0558-2005
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抗剪能力
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瀝青混合料抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)/T0718-2011
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抗水損能力
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瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)/T0709-2011
瀝青混合料凍融劈裂試驗(yàn)/T0729-2000
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抗車轍能力
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瀝青混合料車轍試驗(yàn)/T0719-2011
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（3）抗滑性能
固態(tài)樹脂表面較為光滑，因此在實(shí)際應(yīng)用中必須考慮透明樹脂混凝土表面的抗滑性能。采用的檢測方法為鋪砂法和擺式儀法。鋪砂法用于測量構(gòu)造深度，擺式儀法用于測量表面的摩擦系數(shù)，兩者均與抗滑指標(biāo)有關(guān)。
①鋪砂法：將已知體積的砂在路面上攤鋪成圓形，然后測量圓的直徑并計算出面積，將體積除以面積即可求出構(gòu)造深度。
②擺式儀法：通過將底面裝有一塊橡膠滑塊的擺錘從一定高度自由下擺，滑塊與路面進(jìn)行接觸，并擺回到一定高度。由于摩擦阻力的存在，回擺高度越小，路面的摩擦系數(shù)就越大。
（4）抗?jié)B性
在太陽能路面系統(tǒng)中，太陽能面板通常鋪設(shè)于路面下層，為了保障太陽能面板的正常運(yùn)行，必須嚴(yán)格要求透明樹脂混凝土的抗?jié)B性。為此，試驗(yàn)參考《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程(JTG E20-2011)》T0730-2011，通過進(jìn)行瀝青混凝土滲水試驗(yàn)確定透明樹脂混凝土的滲水系數(shù)，考察其抗?jié)B能力。
（5）抗氧化性
樹脂在自然條件下和瀝青一樣會被逐步氧化而失去一定的性能。為此，試驗(yàn)參考《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程(JTG E20-2011)》T0734-2000，通過采用熱拌瀝青混合料加速老化方法考察透明樹脂混凝土的抗氧化性，評價其長期工作下的耐久性。
（6）防眩光性能
在研究路面防眩光性能時，采用圖像灰度值進(jìn)行量化分析。光線經(jīng)路面反射后的反射光線在感光元件上形成的圖像，因不同路面反射光線的不同，形成圖像的灰度值大小也不相同，灰度值越高，路面反光能力越強(qiáng)，路面防眩光能力也就越差。
1.3需解決的主要問題
（1）總結(jié)影響透明樹脂混凝土透光性能的影響因素，進(jìn)行相關(guān)性分析；
（2）提出適宜的透明樹脂混凝土的配合比設(shè)計方案；
（3）總結(jié)影響透明樹脂混凝土的力學(xué)性能、抗滑性能、抗?jié)B性、抗氧化性和防眩光性能的影響因素，進(jìn)行相關(guān)性分析；
（4）探究透明樹脂混凝土的施工工藝，經(jīng)過經(jīng)濟(jì)效益評價，簡化施工工藝。
國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)
2.1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
2.1.1 透明混凝土制備方法與性能研究
目前，國內(nèi)的透明混凝土制備主要由兩種形式，其一是利用在預(yù)制樹脂塊外澆筑水泥砂漿制備透光混凝土；其二是在固定的光纖周圍澆筑水泥或?yàn)r青混凝土制備導(dǎo)光混凝土。它們主要存在制備工藝復(fù)雜、生產(chǎn)成本高、透明度低、強(qiáng)度不夠等問題。
（1）預(yù)制樹脂塊法
2008年，意大利水泥集團(tuán)采用特殊樹脂作導(dǎo)光材料制備出了一種導(dǎo)光混凝土i.light [1]，主要由不透光的水泥及具有良好光學(xué)性能的特殊樹脂組成，其透明度可達(dá)10%～20%之間。2010年的上海世博會上，18m高的意大利館大約40%的墻面采用了i.light 材料[2]。意大利水泥集團(tuán)主要對其透光性能、力學(xué)性能進(jìn)行測試，而對其路用性能及表征、微觀結(jié)構(gòu)及機(jī)理的研究還不夠深入。
葉栩娜根據(jù)樹脂單元植入水泥砂漿基體中的先后順序，把制備導(dǎo)光樹脂板單元分為“先植法”與“后植法”[3]。同時對樹脂導(dǎo)光混凝土的力學(xué)性能和透光性能做了測試和分析，得出結(jié)論：當(dāng)在樹脂和水泥砂漿基體之間的界面采用界面改性劑時，構(gòu)件的抗壓強(qiáng)度有較大幅度增加。
王信剛等人進(jìn)行樹脂導(dǎo)光水泥基材料的設(shè)計[4]，發(fā)現(xiàn)采用先預(yù)制透光樹脂單元再將其植入水泥基體的方法來制備樹脂導(dǎo)光水泥基材料，能很好的解決透光樹脂的植入問題，有利于提高樹脂導(dǎo)光水泥基材料的整體穩(wěn)定性。
（2）固定光纖法
李悅等人提出了一種應(yīng)用光纖平行排列法制備水泥基透光材料的方法[5]。水泥基材料包括水泥砂漿和水泥混凝土等，這些材料厚重密實(shí)不透光。該發(fā)明首先選用玻璃質(zhì)多模光纖，要求光纖表面上包覆涂層，并且選擇偶聯(lián)劑對光纖表面進(jìn)行預(yù)處理。大量的光纖束以平行排列的方式埋入水泥基體材料中，且方向與光線透射方向一致。
郭慧利用水泥基透光材料制備透光混凝土[6]。水泥基透光材料(LTCM)是一種全新的透光材料，大量的光纖以一定空間排列組合方式埋入水泥基體材料中，并作為傳輸光線的導(dǎo)體以實(shí)現(xiàn)水泥混凝土材料透光傳像等特殊效果。
周智等人[7]結(jié)合透明混凝土的透光性能實(shí)驗(yàn)，利用 ZEMAX對透明混凝土透光實(shí)驗(yàn)進(jìn)行仿真模擬，建立了用于預(yù)測光纖透光效能的評估預(yù)測模型，通過分析總結(jié)出透明混凝土的透光性能評價指標(biāo)和計算方法以及透光率與光纖類型和空間分布的關(guān)系，并得出結(jié)論，透明混凝土的透光性能與光纖排布密度、光纖的特性以及試塊端面的拋光程度有關(guān)，透光率與光纖間距是單調(diào)遞減的指數(shù)函數(shù)關(guān)系，與光纖半徑是單調(diào)遞增的指數(shù)函數(shù)關(guān)系。
2.1.2廢棄玻璃碎石作為混凝土骨料的研究
玻璃因?yàn)槠洫?dú)特的性能在國民經(jīng)濟(jì)中廣泛使用，使得廢棄玻璃大量增加。國內(nèi)外眾多學(xué)者對廢棄玻璃應(yīng)用于混凝土進(jìn)行了大量的研究。
朱惠英、Ewan A Byar試驗(yàn)驗(yàn)證了廢舊玻璃混凝土的可行性以及無危害性[8]；Perkins研究了廢棄玻璃砂代替天然砂混凝土的特性[9]，研究表明，廢棄玻璃砂減少了混凝土的工作性能，其新拌混凝土的流動性受到了一定的控制，但能滿足混凝土的使用要求，而且100%可以代替天然細(xì)骨料。在強(qiáng)度方面，玻璃砂作為細(xì)骨料使用，配制的混凝土具有與天然骨料一樣的很好的強(qiáng)度。M.Tuncan等研究顯示，廢棄玻璃添加15%到混凝土中，能增加混凝土的抗壓強(qiáng)度13%，其混凝土抗拉劈裂強(qiáng)度增加 6%，但混凝土抗折強(qiáng)度降低[10]。
從上述可以看出，我國對于廢棄玻璃混凝土的研究還處于簡單的起步階段，缺乏系統(tǒng)的研究。國外雖然研究比較多，但基本上也是基本性能的研究，而且眾多研究學(xué)者所獲得的結(jié)論有所不同。對廢棄玻璃骨料混凝土的微觀結(jié)構(gòu)、應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系、耐久性等基本上沒有涉及。
2.2發(fā)展動態(tài)
從現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)研究與實(shí)際應(yīng)用可以看出，目前應(yīng)用的透明混凝土都存在著制備工藝復(fù)雜、生產(chǎn)成本高、透明度低、強(qiáng)度不夠等問題，而另一方面，隨著社會不斷發(fā)展，我國大型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模空前，天然集料將日益短缺。與此同時，廢舊玻璃數(shù)量日益增加，用廢棄玻璃替代天然集料來配制混凝土既能滿足基礎(chǔ)工程的實(shí)際需要，也符合可持續(xù)發(fā)展的宏觀經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略。未來對廢棄玻璃的研究將從一些關(guān)鍵問題出發(fā)，如廢棄玻璃骨料的界面特性、摻入量對應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的影響，本構(gòu)關(guān)系、微觀結(jié)構(gòu)以及耐久性等，解決這些關(guān)鍵技術(shù)問題，對廢棄玻璃用于混凝土中具有理論意義和實(shí)際價值。
本項(xiàng)目研究的透明樹脂混凝土可作為太陽能光伏發(fā)電路面透明面層，在滿足路面光伏發(fā)電的光照要求的同時做到節(jié)能環(huán)保、綠色經(jīng)濟(jì)。隨著對透明樹脂、廢棄玻璃骨料等研究的進(jìn)一步深入，研發(fā)一種以合成樹脂作為膠凝材料，以廢棄玻璃、石料作為骨料而組成的透明樹脂混凝土將成為光伏發(fā)電的新方向。
參考文獻(xiàn)
[1]左永強(qiáng)．硫鋁酸鹽水泥超早強(qiáng)外加劑的制備及其應(yīng)用研究[D]．湖南大學(xué)，2010．
[2]佚名．意大利推出透明水泥筑成墻體可透光[J]．廣西城鎮(zhèn)建設(shè)，2011，1(1)：110-110．
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本項(xiàng)目學(xué)生有關(guān)的研究積累和已取得的成績
3.1樹脂固化時間
為了提出透明樹脂混凝土的施工工藝，利用Barcol硬度計對不飽和聚酯樹脂的固化時間進(jìn)行了研究。所謂Bacrol硬度的數(shù)值，它是以硬度計上金屬針插入固化樹脂表面的深度為標(biāo)志的，以金屬針相同的金屬材料作基準(zhǔn)。
表1 不飽和聚酯樹脂的Barcol硬度隨固化時間的變化（室溫下）
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養(yǎng)生時間
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2小時
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10小時
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1天
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Barcol硬度
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1
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12
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42
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養(yǎng)生時間
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2天
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7天
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14天
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Barcol硬度
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47
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49
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49
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從上述結(jié)果可以看出，樹脂室溫下固化2天后其硬度已經(jīng)基本形成，室溫固化7天后硬度已趨于穩(wěn)定，可以認(rèn)為樹脂已經(jīng)完全固化，對特定應(yīng)用能提供合適物理性能和化學(xué)性能。因此，透明樹脂混凝土合適的施工周期為2天。
3.2透光性能
通過輻照度測試比較試件的透光效果，以透光率
描述不同條件下試件的透光能力。并進(jìn)一步論證透過透明樹脂混凝土的光線可用于太陽能電板發(fā)電，以太陽能功率折損率來描述不同條件下試件的透光能力，從而比較試件透過可用于發(fā)電的光波段的能力。
表2 不同級配的透明樹脂混凝土的太陽能功率折損率
試件
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AC-13
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SMA-13
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OGFC-13
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透光率（%）
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15.62
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28.24
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20.00
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折損率（%）
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74.52
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41.71
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39.77
|
試件
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純樹脂
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9.5-13.2均勻粒徑
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透光率（%）
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86.26
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21.18
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折損率（%）
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22.10
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40.02
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從上述結(jié)果可以看出，在自然光照條件下，純樹脂的透光率最高，可以達(dá)到86.26%，其所對應(yīng)的折損率為22.1%。SMA-13試件雖然相較OGFC-13試件具有更高的透光率，然而SMA-13試件比OGFC-13有更高的折損率，說明透光率仍然不能直接作為評價太陽能路面光伏發(fā)電效率的參數(shù)。當(dāng)考慮房間墻體采光能力時可考慮透光率作為評價指標(biāo)，當(dāng)考慮光伏發(fā)電效率時必須考慮太陽能電板的功率折損率。
3.3力學(xué)性能
根據(jù)樹脂的固化特點(diǎn)，項(xiàng)目制定了透明樹脂混凝土的制備方法，其具體制備方法如下：
（1）在樹脂中先加入適量的促進(jìn)劑攪拌1~2分鐘至促進(jìn)劑與樹脂充分拌勻，再加入適量固化劑攪拌1~2分鐘充分拌勻；
（2）將玻璃顆粒加入上述混合罐中，混合攪拌2~3分鐘；
（3）在模具中涂上樹脂脫模劑，將混合罐中的混合料出料澆筑，在固化過程中用鋼尺刮平或整平試件表面，在20℃環(huán)境溫度下養(yǎng)生待強(qiáng)7天，待樹脂固化成型后用樹脂脫膜劑再次沖洗試件表面。
按照上述方法參照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)(GB/T50081-2002)》制作試件，在20℃環(huán)境溫度下養(yǎng)生待強(qiáng)7天，進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，抗壓強(qiáng)度試件為100mm×100mm×100mm立方體。
表3 不同級配的透明樹脂混凝土的抗壓強(qiáng)度
試件
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AC-13
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SMA-13
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OGFC-13
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抗壓強(qiáng)度（MPa）
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9.48
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12.32
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12.32
|
試件
|
純樹脂
|
9.5-13.2均勻粒徑
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抗壓強(qiáng)度（MPa）
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89.99
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20.50
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從上述結(jié)果可以看出，樹脂是一種高強(qiáng)的半剛性材料，其性質(zhì)介于水泥與瀝青之間，其抗壓強(qiáng)度可達(dá)89.99MPa。另外，類比AC-13、SMA-13、OGFC-13三種級配所制作的試件的抗壓強(qiáng)度相差不大，即該三種形式的級配組合對試件的抗壓強(qiáng)度影響較小。均勻粒徑可以有效提升試件的抗壓強(qiáng)度，在條件允許的情況下，應(yīng)考慮采用均勻粒徑作為透明樹脂混凝土級配設(shè)計。
3.4集料設(shè)計
為了進(jìn)一步考慮集料對透明樹脂混凝土透光率、折損率和抗壓強(qiáng)度的影響。試驗(yàn)考慮利用部分石料替代玻璃的形式比較石料和玻璃顆粒對混凝土性能的影響。
表4 不同級配情況下石料部分替代玻璃顆粒的混凝土性能
試件
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透光率（%）
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折損率（%）
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抗壓強(qiáng)度（MPa）
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AC-2b1s
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10.08
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75.21
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11.22
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AC-2s1b
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5.6
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91.07
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11.44
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SMA-2b1s
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18.02
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45.82
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13.09
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SMA-2s1b
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7.66
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67.81
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14.73
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注：2s1b指16mm-9.5mm粒徑的石料與9.5mm-4.75mm玻璃顆粒組成而成的級配；2b1s指16mm-13.2mm粒徑的石料與13.2mm-4.75mm玻璃顆粒組成的級配。
從上述結(jié)果可以看出，透明樹脂混凝土集料中加入少量石料仍然可以滿足太陽能電板所需的光照要求，并且當(dāng)石料所占比重越大時，透光率越小，太陽能電板功率折損率越大，抗壓強(qiáng)度也越大，因此施工應(yīng)用時可以根據(jù)相應(yīng)性能的需求，允許石料部分替換玻璃顆粒。
3.5滲水與構(gòu)造深度
為了研究透明樹脂混凝土對水的滲透情況以及路面粗糙度，參考《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》T0730-2011進(jìn)行了透明樹脂混凝土滲水試驗(yàn)，參考《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》T0731—2000進(jìn)行了透明樹脂混凝土表面構(gòu)造深度試驗(yàn)。
第一個直徑讀數(shù)
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100mm
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垂直方向直徑讀數(shù)
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95mm
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平均直徑
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97.5mm
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計算結(jié)果為
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構(gòu)造深度 TD=3.35mm
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注：本次試驗(yàn)所制試件為30cm*30cm*5cm的車轍板試件，所用廢棄玻璃為4.75～9.5mm的單一粒徑，使用廢棄玻璃6408g，使用樹脂2090g，膠玻比為：0.326。
圖4 滲水試驗(yàn)（1） 圖5 滲水實(shí)驗(yàn)（2）
試驗(yàn)現(xiàn)象顯示為水面下降了一點(diǎn)便保持不動。因此可以得到結(jié)論：該試件基本或根本不透水。透明樹脂混凝土的隔水性優(yōu)良，表面的宏觀粗糙度、排水性能及抗滑性基本符合路面性能。
項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)和特色
4.1選用樹脂作為膠凝材料
樹脂是一種透明的膠凝材料，同時與瀝青相比，樹脂熔點(diǎn)遠(yuǎn)高于瀝青，用于路面可防止高溫天氣路面泛油，以及可解決瀝青軟化帶來的車轍等其他路面病害。與此同時，使用樹脂作為膠凝材料，可在不改變原有混凝土優(yōu)良路用性能的情況下，賦予混凝土較好的透光性能。
4.2選用廢棄玻璃作為透明骨料
玻璃是由二氧化硅和其他化學(xué)物質(zhì)熔融在一起形成的硅酸鹽類非金屬材料，其具有良好的透光性能（3mm、5mm厚的鏡片玻璃的可見光透射比分別為87%和84%），同時能耐酸堿腐蝕。在提高混凝土透光率的同時能夠很好地提高道路的耐腐蝕性，延長道路的使用壽命。另一方面，利用廢棄玻璃作為混凝土的骨料是一種廢棄物再利用的環(huán)保工藝，在不影響混凝土本身性能的同時解決了資料利用率不高的問題。
4.3施工簡單
傳統(tǒng)已有的透光混凝土多為預(yù)制的，本項(xiàng)目使用直接拌和的方法制備透明樹脂混凝土，使得其制備設(shè)備與傳統(tǒng)的水泥混凝土相同，節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本，施工簡單。同時本項(xiàng)目研制的透明樹脂混凝土可運(yùn)用于道路施工，為未來道路性能、功能的發(fā)展打下基礎(chǔ)。
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項(xiàng)目的技術(shù)路線及預(yù)期成果
5.1技術(shù)路線
采用理論分析與室內(nèi)試驗(yàn)相結(jié)合、數(shù)值模擬與效能評價并行的研究方法，提出一種透明樹脂混凝土的配合比設(shè)計及試驗(yàn)研究方案。系統(tǒng)開展透明樹脂混凝土最優(yōu)級配設(shè)計、集料選擇，著重研究廢舊玻璃作為透明骨料對透明樹脂混凝土透光性能、力學(xué)性能和路用性能的影響。技術(shù)路線見下圖：
5.2預(yù)期成果
（1）提出一種新型透明樹脂混凝土的配合比設(shè)計方案，實(shí)現(xiàn)同比鋼化玻璃路面降低80%的工程造價；
（2）提出相配套的施工工藝，大幅簡化光伏發(fā)電道路鋪筑的施工流程；
（3）發(fā)表學(xué)術(shù)論文1～2篇，申請國家專利2～3項(xiàng)；
（4）得到課題調(diào)研與試驗(yàn)分析報告、課題總體工作報告和研究報告。
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年度目標(biāo)和工作內(nèi)容（分年度寫）
項(xiàng)目研究（2016年11月1日－2018年4月31日）
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研究進(jìn)度
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主要研究工作內(nèi)容
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2016.11.1-2016.12.1
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調(diào)查國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，了解透明混凝土的研究現(xiàn)狀，分析現(xiàn)有透明混凝土設(shè)計的優(yōu)缺點(diǎn)，歸納小組已取得的研究成果，提出一種透明樹脂混凝土的設(shè)計思路。
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2016.12.1-2017.4.1
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對比研究在單一粒徑、AC-13、SMA-13和OGFC-13三種不同級配情況下透明樹脂混凝土的透光性能，在滿足力學(xué)性能的基礎(chǔ)上，確定合適的級配設(shè)計方案。撰寫總結(jié)分析報告1~2篇。
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2017.4.1-2017.7.1
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比較集料為玻璃顆?；蚴喜糠痔娲?/span>玻璃顆粒對透明樹脂混凝土力學(xué)性能的影響。撰寫總結(jié)分析報告1篇。
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2017.7.1-2017.12.1
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測試透明樹脂混凝土抗滑性能、抗?jié)B性、抗氧化性和防眩光性能，評價其路用性能。撰寫總結(jié)分析報告1~2篇。
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2017.12.1-2018.3.1
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提出透明樹脂混凝土的施工工藝流程，對其進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益評價。撰寫學(xué)術(shù)論文1~2篇。
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2018.3.1-2018.4.31
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研究總結(jié)，撰寫總結(jié)報告，進(jìn)行項(xiàng)目結(jié)題與鑒定。
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指導(dǎo)教師意見
本項(xiàng)目以廢舊玻璃、石料為集料，以透明樹脂為膠凝材料，開發(fā)新型拌和式透明樹脂混凝土，并以此作為路面材料及太陽能電池板的透光基體研發(fā)新型太陽能路面，可以有效解決目前太陽能路面造價高昂、施工工藝復(fù)雜等問題，研究工作具有顯著的經(jīng)濟(jì)社會效益。項(xiàng)目制定的實(shí)施方案翔實(shí)，技術(shù)路線合理，創(chuàng)新點(diǎn)突出，預(yù)期成果豐碩，應(yīng)用前景廣闊。同意并支持該項(xiàng)目的立項(xiàng)申請。項(xiàng)目立項(xiàng)后，將提供一切便利條件保證項(xiàng)目的順利實(shí)施。
簽字： 日期：
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注：本表欄空不夠可另附紙張
