高温季节沥青路面温度场瞬态变化

路面结构 沥青混凝土面层 水泥稳定砂砾基层 二灰土底基层 土基
导热系数 K/ ( m h ) 1. 0 1. 2 1. 1 1. 2
密度 kg/ m 3 2 200 2 200 1 800 1 700
比热容 J/ ( kg ) 900 890 920 860
厚度 m 0. 18 0. 20 0. 30 1. 0
Control on foundation construction of graded broken stone
ZHANG Bing guo Abstract: Combining w ith concr ete pr oject, the author analy zes the road structur al for m of the project, provides the mix ing r at io design, in troduces the foundat ion co nstruct ion technology of t he g raded bro ken stone in detail, and provides concrete control points, so as to perform the foundation constr uction technology of g raded broken stone, and improve the w ide application of graded broken stone on project. Key words: g raded br oken stone, mixing ratio , foundation, co nstruct ion
1 传热学基Байду номын сангаас理论
传热过程是由 导热、 热 对流、 热辐 射三 种基本 传热 方式 组合 形成的。有 限元热分析是基于能量守恒 原理的热平 衡方程 , 用有 限元法计算各节点的温度 , 并导 出其他热物 理参数。热分 析主要 包括稳态传热和瞬态传热。如果系统的 净热流率为 零 , 即 流入系 统的热量加上系统自身产生的热量等于流 出系统的 热量 , 则系统 处于热稳态。在稳态热 分 析中 任 一 节点 的 温度 不 随时 间 变 化。 瞬态传热过程是指一 个系统 的加 热或冷 却过 程。在这 个过 程中 系统的温度、 热流率、 边界条件以及系统内能随时间有明显变化。 时 , 最后用胶轮压路机终压两遍。
2 建模 2. 1 路面结构模型和边界条件
路面结构的横向距离 要比深度大得多 , 并且温度场 沿深度方 向的变 化也要比沿横向的温度变化大得多 , 因此 沥青路面 温度场 沿横向外部介质传递的热量可以忽略 不计。在计算 模型中 , 将侧 面边界视为绝热边界 , 即路面不 会向旁边的 介质传递热 量。本文 模型中路面宽度取 2 m 。 沥青路面温 度仅在靠 近表 面层的 一定 深度范 围内 有明 显变 化 , 当达到深度 0. 4 m 以 下后 , 温度变 化不 再明显 [ 3] , 文献 [ 4] 路 面温度场实测数据表明 1 m 深处的温度日变化很小 , 因此 本文取 路基厚 度为 0. 5 m 。路面结构和材料参数 见表 1 。有限元 单元类 型 : 二维四节点四边形结构体单元。 路面表面的 风速对于 对流 换热表 面传 热系数 有着 较大 的影 响。根据文献 [ 5] [ 6] 以及 我国 暖通设 计手 册规定 外墙 的对 流换 热表面传热系数 规定 , 本文采 用 h r = 23 J/ ( m 2 s K ) 。 降温 速度 为 10 / h, 5 /h 和 0 / h 三种情况。
3. 6 施工后养护
施工后的级配 碎石 基层 应及时 喷洒 透层油、 粘 层油、 进 行交 通管制和及时铺筑沥青层。在未洒透层 油或粘层油 时 , 禁 止开放 交通 , 以避免表层在跑 车的 作用 下松散 , 同 时应 视实际 情况 要求 适宜洒水保湿 , 以防细料散失。
4 控制要点
1) 含水率控制要宁高勿低。在级配碎 石施工中 , 含水率 控制 尤其重要 , 贯穿 着混合 料生产、 运输、 摊 铺全过 程 , 在 混合料 拌和 过程中应由经验丰富的人员密切关注含水 率情况 , 在混合 料运输
中加盖篷布以防水 分损 失 , 摊铺机 摊铺 后压 路机要 紧跟 慢压 , 确 保摊铺后的工作面 表面 不被风 干 , 碾压 中 , 应根据 实际 情况 在必 要时应 使用喷雾式洒水车适当洒水 , 使级配碎石 在最佳含 水量下 进行碾压 , 使其达到要求的压实度。 2) 确定合理 的碾压工艺 , 防止 过压。良好的排 水性能是 级配 碎石基层的一个重 要功 能 , 过压将 会破 坏级 配碎石 基层 结构 , 严 重降低级配碎石基层的排水性能 , 同时也会加大工 程的造价。 3) 控制好透 层油 浇洒时 间。摊铺 后的 级配碎 石基 层应 在表 面稍微干燥 时浇 洒 透层 油养 护 , 过 早 , 透 层油 渗透 效 果不 好 ; 过 迟 , 级配碎石基层表面将会松散。 级配碎石基层作为公 路的一个结构层 , 在施工中应 该遵守公 路施工的共性问题 , 同 时由 于级配 碎石 基层 结构本 身的 特点 , 在 施工过程中也应该注意其个性问题。 参考文献 : [ 1] 郭鹏飞 . 浅谈 水泥 稳定碎 石基 层施工 质量 控制 [ J] . 山 西建 筑 , 2007, 33( 3) : 307 308.
2) 降温速度对路面温度场变化影响不大。气温不变时 , 1 h 路 面表面温度降低了 14. 37 , 比降温速度为 10 / h 的 18. 85 小 了 4. 48 。但 2 h 后 , 气温不变时路面表面温度降低了 16. 61 比降温速度为 10 / h 的 27. 19 小了 10. 58 ; ,
第 35 卷 第 18 期 2 0 0 9 年 6 月 文章编号 : 1009 6825( 2009) 18 0261 03
山
西
建
筑
SHA N XI
AR CH ITECTU R E
V ol. 35 N o. 18 Jun. 2009
261
高温季节沥青路面温度场瞬态变化
张翔宇
摘 要 : 基于传热学理论 , 建立路面结构温度场分析的二维有限元模型 , 分析了不同降温速度下沥青路面温度变化 , 分析 结果表明温度变化对 6 cm 深度范围内的温度影 响大 , 前 0. 5 h 内降温幅度大 。 关键词 : 沥青路面 , 温度场 , 瞬态分析 , 有限元 中图分类号 : U 416. 2 开裂是沥青路面的一大病害 , 受 到国内外学 者专家的 普遍关 注 , 开裂的主要外因是 交通 荷载 和温度 , 温 度开 裂包括 温度 疲劳 开裂和温缩开裂。目前 , 对沥青路面 骤然降温温 度场瞬态 变化的 研究尚不多。本文首先建立二维路面结 构模型 , 然后确定 路面边 界条件 , 最后根据文献 的研 究成 果来确 定路 面的初 始温 度场 , 分 析沥青路面在天气突 变过程 中的 路面温 度场 变化。为 分析 骤然 降温下沥青路面温度开裂提供理论依据。 文献标识码 : A
T p = - 0 . 425+ 1. 239 T a5 - 0 . 023 T a ! H + ( - 1. 357 H + 0 . 172 H 2- 0 . 006 H 3) + 0. 408 T m ( 1) 其中 , T p 为 沥 青路 面 某 一深 度 处的 温 度 , ; T a 为当 前 气 温 , ; T a5为此前 5 h 平均气 温 , ; H 为 路面深度 , cm; T m 为地 区修正系数 , 即历年月平均气温 , 。 地区修正系数 T m 取长沙 1971 年 ~ 2000 年 30 年间各月的历 年月 平均 气温 , 7 月 的历 年月 平均 气温 为 28. 6 T a= 35 。 。 T a5 = 36 。
103. 0 31. 12 108. 0 30. 75 113. 0 30. 37 118. 0 30. 00
3) 前 0. 5 h 内 , 路面 表面 温度 降低 幅度 大 , 受降 温速 度影 响 小 , 降温速度为 10 / h 时 , 路面 表面温度 降低了 13. 59 , 而降 温速度为 0 / h 时 , 表面温度降低了 11. 74 。在后 1. 5 h 内 , 路 面表面降温幅度受降温速 度的影响变大 , 降温速度 10 / h 时, 温 度降低值为 13. 61 ; 降温速度 5 / h 时 , 温度降低了 9. 24 ; 气 温不变时 , 温度降低最少 , 仅为 4. 87 ; 4) 面层中 温 度 变化 不 大 , 降温 速 度 的 影响 也 不 大 , 2 h 后 , 10 / h 降温速度的温度降低了 4. 31 低了 1. 46 。 , 比气温不变时的 2. 85 降
其次 , 定义模型 的 边界 条件 , 即降 温速 度 和路 表的 对 流系 数 ; 然 后 , 设置瞬态分析命令 ; 最后 , 在输入窗口中输入 solve。这 就是路 面温度瞬态分析过程。 由图 1 和图 2 计算结果可以看出 : 1) 温度变 化对 6 cm 深度范 围内的温 度影响 大 , 对下面 层的 温度影响小。 1. 2 cm 处 的降低温 度值最 大 , 降温速 度为 10 / h 时 , 1 h 降低了 20. 03 ; 降温速度为 5 / h 和气 温不变时 , 1 h 分 别降 低 了 18. 46 和 16. 89 。路 面 表面 处 降温 幅 度 仅次 于 1. 2 cm 深处 , 降温速度为 10 / h 时 , 1 h 降低 了 18. 85 ; 降温 速度为 5 / h 时 , 1 h 降 低了 16. 61 ; 气 温不变 时 , 1 h 降 低了 14. 37 。在 6 cm 深 度处 降温已 经很 小 , 降温速 度为 10 1 h 降低了 2. 38 , 气温不变时 , 1 h 降 低了 1. 75 ; / h,
3. 5 横、 纵向接缝处理
1) 横向 接缝处理。 每天施 工完 毕后 , 摊铺 机不 抬起 熨平 板 , 待第二天施 工时 , 对熨 平板 下的 混合料 进行 洒水 , 摊铺 机继 续向 前摊铺 , 避免了横向接缝。 2) 纵向 接缝处理。采 用两台摊铺 机前 后相距 5 m~ 10 m 同时向前摊铺 , 避免了纵向接缝。
收稿日期 : 2009 02 23 作者简介 : 张翔宇 ( 1981 ) , 男 , 硕士 , 助理工程师 , 广东省公路勘察规划设计院有限公司 , 广东 广州 510630
262
第 35 卷 第 18 期 2 0 0 9 年 6 月 表 1 路面结构和材料参数
山
西
建
筑
首先 , 把 2. 2 节计 算出 来的 路面初 始温 度输入 到路 面模型 ;
表 2 路面初始温度
深度 cm 0 1. 2 2. 4 3. 6 4. 8 6 7. 2 8. 4 9. 6 10. 8 温度 55. 85 60. 00 54. 00 50. 01 48. 77 47. 77 46. 96 46. 27 45. 64 45. 00 深度 cm 12. 0 13. 2 14. 4 15. 6 16. 8 18. 0 20. 0 22. 0 24. 0 26. 0 温度 44. 30 43. 48 42. 47 41. 20 39. 62 37. 67 37. 52 37. 37 37. 22 37. 07 深度 cm 28. 0 30. 0 32. 0 34. 0 36. 0 38. 0 41. 0 44. 0 47. 0 50. 0 温度 36. 92 36. 77 36. 63 36. 48 36. 33 36. 18 35. 93 35. 69 35. 44 35. 20 深度 cm 53. 0 56. 0 59. 0 62. 0 65. 0 68. 0 73. 0 78. 0 83. 0 88. 0 温度 34. 96 34. 71 34. 47 34. 22 33. 98 33. 73 33. 36 32. 99 32. 61 32. 24 深度 cm 93. 0 98. 0 温度 31. 87 31. 49
2. 2 路面结构初始温度场 2. 2. 1 面层初始温度场
文献 [ 3] ~ [ 7] 表 明路面 最高 温度约 60 , 同时也 发现 沥青 路面 12 mm 深度处的温度最高。利用文献 [ 8] 中沥青路面温度场 随深度变化的回归式 ( 1) 来计 算沥 青层初 始温 度 , 并 且将 12 mm 深度处的温度换为 60 。面层初始温度见表 2 。