Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
VI. Thiết kế hỗn hợp

VI. Thiết kế hỗn hợp

Tải bản đầy đủ - 0trang

Ảnh hưởng của nhiệt độ và công tác quản lý nhiệt độ trong suốt quá trình đầm nén mặt đường HMA



kích thước hạt 9.5 mm hoặc lớn hơn, ngoài ra cần sỏi sông có kích thước 4.75 mm

hoặc nhỏ hơn. Asphalt có độ xuyên đạt 120/150 được sư dụng cho cả hai hỗn hợp.

Asphalt và cốt liệu được trộn theo Mn/DOT bằng máy trộn tại một phòng thí

nghiệm lớn. Mỗi hỗn hợp được chuẩn bị đầy đủ để đầm nén ba tấm bản, hai mẫu

trụ, và hướng dẫn phân tích trọng lực riêng lớn nhất theo lý thuyết.

Quy trình đầm nén được mô hình hóa theo công trình nghiên cứu của Scholz.

Ưu điểm chính của việc đầm lăn liên hệ tới nghiên cứu này đó là khả năng đầm

nén một mẫu thanh bản xấp xỉ một tường vô hạn, trong điều kiện truyền nhiệt theo

một chiều. Kích thước mẫu bản tiêu chuẩn được sư dụng trong nghiên cứu của

Scholz là 710x710x102 mm. Bản thanh được đầm bằng một thiết bị máy đầm lăn

gắn động cơ.

Trong bản báo cáo này kích thước của bản thanh được dùng là 380x380x64

mm. Chiều dày được xác định xem như là của lớp asphalt điển hình, trong đó kích

thước ngang tính tốn theo tỉ sớ chiều dày trên chiều dài nhỏ hơn 0.2. Đó là giá trị

giới hạn cho tấm bản vuông nhằm đảm bảo rằng sự thay đổi nhiệt độ ở giữa bản

có thể được mô hình hóa sư dụng lý thuyết plane-wall một chiều. Một mô hình

nhỏ hơn của hệ thống khuôn tìm ra bởi Scholz sư dụng bằng vật liệu gỗ. Thay vì

sư dụng hệ thống động cơ đầm lăn bánh thép, một máy đầm được đổ đầy nước có

đường kính 457 mm và dài 560 mm được sư dụng để đầm mẫu. Khối lượng tổng

cộng của máy đầm và nước ở nhiệt độ 25 là 115 kg.

Quy trình cảm biến nhiệt theo ASTM D 5334 yêu cầu chiều dài vượt quá 100

mm để cảm biến nhiệt độ chính xác. Mẫu hình trụ asphalt có kích thước 100x200

mm được đầm nén theo quy trình dùng búa Marshall đã hiệu chỉnh được thực hiện

tại đại học Minesota. Những mẫu này thỏa mãn yêu cầu theo tiêu chuẩn ASTM

cho chiều sâu cảm biến lên tới 100 mm. Khuôn trong sư dụng bao gồm một ống

thép với bán kính trong là 100 mm và chiều cao đạt 254 mm. Trụ được đặt bên

trên của tấm bản.



 Phương pháp bản làm mát cho sự khuếch tán nhiệt của bêtông asphalt

Cho một mẫu có kích thước tương đối đồng nhất, và điều kiện gần đúng cho

dòng nhiệt một chiều đi qua, Chúng ta có thể xác định khả năng khuyếch tán nhiệt

từ mối quan hệ bậc nhất giữa nhiệt độ - thời gian và mối quan hệ bậc hai giữa nhiệt

độ- không gian. Phương pháp không yêu cầu dòng nhiệt và nhiệt độ biên ổn định.

Từ đó có thể đo được sự khuếch tán nhiệt độ thông qua một thí nghiệm rất đơn

giản. Cấu hình của một tấm Asphalt, được cách nhiệt ở các mặt bên và phía dưới,



trang 25



Ảnh hưởng của nhiệt độ và công tác quản lý nhiệt độ trong suốt quá trình đầm nén mặt đường HMA



còn lại bề mặt bên trên thì cho tiếp xúc với không khí ở một nhiệt độ khác ( Hình

2). Độ chênh giữa nhiệt độ về mặt không gian và thời gian được đo bằng các nhiệt

kế ở độ sâu đã biết của mẫu thư.



Để tính được sự thay đổi của sự khuếch tán nhiệt với nhiệt độ, khoảng thời

gian nhỏ đã được lựa chọn để các mối quan hệ tuyến tính gần đúng. Ở mỗi bước

thời gian, nhiệt độ nâng trung bình được tính tốn. Mỡi khoảng thời gian, mối quan

hệ tuyến tính là phù hợp giữa nhiệt độ trung bình và thời gian:



T  b1t  b2 (4)

Trong đó: b1 , b2 là hằng số đường cong bậc nhất

Với mối quan hệ gần đúng của không gian, nhiệt độ đọc ở giữa khoảng thời gian

được vẽ ngược với độ sâu và một mối quan hệ bậc hai là phù hợp:

T  a1 z 2  a2 z  a3



(5)



Trong đó:

a1 , a2 , a3



là hằng số đường cong bậc hai



Phương trình (2) được sắp xếp lại để thu được mối quan hệ sau:



trang 26



Ảnh hưởng của nhiệt độ và công tác quản lý nhiệt độ trong suốt quá trình đầm nén mặt đường HMA



dT

  dt



d 2T

dz 2 (6)



Đạo hàm bậc một của phương trình (4) với thời gian t được xác định như sau:



dT

 b1

dt



(7)



Đạo hàm bậc hai của phương trình (5) với z :

d 2T

 2a1

dz 2

(8)

Phương trình (7) và (8) được thay vào (6) để được độ khuếch tán nhiệt  :



 



b1

2a1



(9)



Độ khuyếch tán nhiệt tỉ lệ nghịch với nhiệt độ được đo cho ba mẫu bê tông

asphalt cấp phối đặc và 2 mẫu SMA, chỉ ra rằng hầu hết các hỗn hợp ngoại trừ mẫu

SMA rời có độ khuyếch tán giảm khi nhiệt độ tăng lên (Hình 3). Xu hướng giảm

được dự kiến khi khả năng truyền dẫn nhiệt của bê tông asphalt giảm theo nhiệt độ,

và nhiệt dung riêng của cốt liệu khô tăng với nhiệt độ cũng như nhiệt dung riêng

của chất kết dính asphalt. Một sự thay đổi mật độ tối thiểu ở khoảng nhiệt độ này

đã được dự kiến, bởi vậy độ khuếch tán nhiệt độ của bê tông asphalt được tính

bằng phương trình (2) sẽ giảm với nhiệt độ. Sự khác biệt trong mẫu SMA rời có

thể là do tác động của các túi khí lớn trong hỗn hợp. Độ khuếch tán nhiệt của

không khí tăng lên khi nhiệt độ tăng cao [5], có thể bỏ qua các tác dụng nhiệt độ

của các thành phần rắn.



trang 27



Ảnh hưởng của nhiệt độ và công tác quản lý nhiệt độ trong suốt quá trình đầm nén mặt đường HMA



trang 28



Ảnh hưởng của nhiệt độ và công tác quản lý nhiệt độ trong suốt quá trình đầm nén mặt đường HMA



Độ khuếch tán của các mẫu cấp phối đặc đạt mức cao nhất là một điểm giữa

hai cực trị của khối lượng riêng (Hình 4). Nhiệt độ càng cao, càng dễ nhận biết

đỉnh giá trị khối lượng riêng. Khả năng dẫn nhiệt dự kiến sẽ tăng với khối lượng

riêng tăng do tiếp xúc giữa các hạt cốt liệu. Các tính chất này là kết quả thu được

trong phương trình (2). Ngồi ra, sự thay đởi nhiệt dung riêng theo khối lượng

riêng là không đáng kể. Điều này dẫn đến sự cần thiết thông tin chi tiết hơn, để

thực hiện cho cơng tác dự đốn về mới quan hệ khới lượng riêng - khả năng

khuyếch tán nhiệt.

Những sai số thí nghiệm là nguyên nhân của một vài kết quả không rõ ràng

của khả năng khuếch tán nhiệt hoặc là do sự can thiệp từ những phân tư cốt liệu

lớn hoặc là túi khí. Những lỗi khác bị gây ra từ asphalt thốt x́ng trong mẫu

SMA . Những vật liệu ởn định như là sợi xenlulo không được sư dụng trong những

mẫu này.

trang 29



Ảnh hưởng của nhiệt độ và công tác quản lý nhiệt độ trong suốt quá trình đầm nén mặt đường HMA



 Phương pháp cảm biến nhiệt đo khả năng truyền dẫn nhiệt nhiệt của bê tông

asphalt

ASTM D 5334 đã yêu cầu việc xây dựng một thiết bị cảm biến nhiệt, thiết bị

này bao gồm một cặp dây nhiệt và một bộ nhiệt điện được đặt trong một ống thép

hình trụ nhỏ chống ăn mòn (hình5). Cảm biến được xây dựng trên mỗi bản chỉ dẫn

trong phương pháp thí nghiệm. Khó khăn lớn nhất trong việc tìm ra một loại chất

kết dính(xi măng) có khả năng truyền dẫn nhiệt cao để đánh dấu theo suốt chiều

dài 50mm của ống thép chống ăn mòn dày 1,59mm. Sau một số thư nghiệm ban

đầu không thành công, một thiết bị cảm biến với ống thép dày 2mm đang được sư

dụng. Thiết bị được nhồi bên trong một mẫu asphalt hình trụ và một dòng điện ổn

định được đặt vào dây nhiệt.

Nhiệt độ được minh họa trên trục tiêu chuẩn và thời gian cũng được minh

họa trên trục log của đồ thị semi-log. Khi phần tuyến tính của đường cong được

trang 30



Ảnh hưởng của nhiệt độ và công tác quản lý nhiệt độ trong suốt quá trình đầm nén mặt đường HMA



xác định, giá trị của nhiệt độ và thời gian tại các điểm đầu của phần tuyến tính trên

đường cong(, ) cũng được xác định. Phương trình sau được sư dụng để tính toán

tính truyền dẫn nhiệt :

(10)



Trong đó :

E = Điện áp (vôn )

I = Giá trị cường độ dòng điện (Ampe)

L= Chiều dài cảm biến nhiệt ( 0,051m)



Thí nghiệm được tiến hành trên mẫu cấp phối đặc, thu được đường cong với

những đoạn tuyến tính dễ thấy trên trục semi-log. Mẫu SMA sẽ khó thực hiện hơn

khi mà độ chênh lệch nhiệt độ giữa cảm biến và mẫu thực tế khá lớn. Khoảng cách

lớn giữa các phân tư hầu như cản trở sự tiêu tán nhiệt khỏi cảm biến dẫn đến sự

trang 31



Ảnh hưởng của nhiệt độ và công tác quản lý nhiệt độ trong suốt quá trình đầm nén mặt đường HMA



tăng nhiệt độ nhanh trong khoảng thời gian đầu. Điều này tạo ra những khoảng

tuyến tính nhỏ hoặc không tồn tại. Kích thước cảm biến lớn hơn có thể cải thiện rõ

rệt kết quả thí nghiệm với mẫu SMA.

Những loại hỗn hợp khác nhau sẽ có sự chênh lệch đáng kể về khả năng truyền dẫn

nhiệt, mặc dù những ứng xư của các hỗn hợp với sự thay đổi nhiệt độ của chúng là

tương tự nhau. Hỗn hợp cấp phối đặc và hỗn hợp SMA có sự khác nhau về khả

năng dẫn nhiệt cũng như khối lượng riêng. Cả hai hỗn hợp này thể hiện mối tương

quan tỉ lệ thuận giữa khả năng truyền dẫn nhiệt và khối lượng riêng tuy nhiên hỗn

hợp SMA có độ chênh lệch lớn hơn, do khả năng tiếp xúc giữa các phân tư tốt hơn

ở mẫu SMA khi được đầm nén.



Mặc dù cảm biến chưa được xác định kích cỡ cho việc sư dụng một tiêu

chuẩn thí nghiệm nhiệt, nhưng có thể quan sát thấy rằng giá trị truyền dẫn nhiệt

giảm trong giới hạn giá trị và được báo cáo chi tiết như ở bảng 1.



 Ảnh hưởng trong tốc độ làm nguội mặt đường Asphalt

Sự mô phỏng trên máy tính của việc làm nguội mặt đường giúp xác định giá

trị khuyếch tán và truyền dẫn nhiệt . Nhiệt dung riêng được giữ ổn định ở 920

J/kgK (0.22 Btu/lb), giá trị được đề xuất bởi Corlew và Dickson, và giá trị khuyếch

tán nhiệt được tính toán từ giá trị truyền dẫn nhiệt được mô hình hóa trong phân

tích độ nhạy và khối lượng riêng của mẫu. Miền giá trị của cả giá trị khuyếch tán

trang 32



Ảnh hưởng của nhiệt độ và công tác quản lý nhiệt độ trong suốt quá trình đầm nén mặt đường HMA



và truyền dẫn nhiệt được tính toán trong thí nghiệm này tăng gấp 3 lần trong tốc độ

làm nguội khi nâng lên 40mm (1.6 in), và tăng 4 lần khi nâng lên 100 mm (3.9 in).

Mô hình được sư dụng trong phân tích độ nhạy chỉ ra rằng khi giảm nhiệt độ từ

140 xuống 70 (284 xuống 158), dẫn tới kết quả là tăng tốc độ làm lạnh của hỗn hợp

cấp phối đặc lên 20% và 50%80% đối với hỗn hợp SMA.

Mặc dù phân tích này dựa trên mô hình làm lạnh mặt đường tương đối cơ bản,

tuy nhiên phương pháp này đã được kiểm chứng như là một thiết bị dự báo đầy

đủ về tốc độ làm nguội mặt đường của Corlew và Dickson. Nhiều tính chất mặt

đường được coi như là hằng số nhưng mục đích của những phân tích này nhằm đạt

được thông tin cơ bản của tính chất nhiệt tác động tới tốc độ nguội của mặt đường.

Miền của tốc độ nguội được dự đoán bởi phân tích này cho thấy yêu cầu cần thiết

về những nghiên cứu sâu hơn về những tính chất này và chúng tác động như thế

nào tới mặt đường HMA.



trang 33



Ảnh hưởng của nhiệt độ và công tác quản lý nhiệt độ trong suốt quá trình đầm nén mặt đường HMA



trang 34



Ảnh hưởng của nhiệt độ và công tác quản lý nhiệt độ trong suốt quá trình đầm nén mặt đường HMA



TỔNG KẾT

 Kết luận

Qua các thí nghiệm và phương pháp xác định mối liên hệ giữa các tính chất

chúng ta có thể rút ra nhận xét như sau:

 Các miền giá trị độ dẫn nhiệt và sự khuếch tán nhiệt được xác định bởi

phương pháp làm nguội tấm bản phù hợp với vùng giá trị được báo cáo.

 Giá trị độ dẫn nhiệt và khuếch tán nhiệt tác động đáng kể tới tốc độ

nguội của hỗn hợp mặt đường

 Giá trị độ dẫn nhiệt được tính toán từ khuếch tán nhiệt, giá trị giả thiết

của khối lượng riêng(2000 kg/) và giá trị nhiệt dung riêng (900J/kgK)

phù hợp với kết quả độ dẫn nhiệt được đo đạc.

 Giá trị độ khếch tán nhiệt được xác định bởi phương pháp làm nguội tấm

bản nên phù hợp cho sư dụng công cụ rải mặt đường dưới điều kiện thời

tiết bất lợi.

 Kiến nghị

Những bước sau đây nên được thực hiện để kiểm định những ảnh hưởng của

tính chất nhiệt tới tốc độ nguội mặt đường HMA và giúp ích cho việc phát

triển công cụ máy rải mặt đường trong thời tiết bất lợi:

 Thúc đẩy phương pháp và cải tiến dụng cụ cho công tác đo đạc, xác

định nhiệt độ tại một số độ sâu khác nhau ngay sau khi rải các lớp

HMA.

 Điều chỉnh phương pháp cảm biến nhiệt cũng như làm nguội bản bê

tông thông qua việc sư dụng các tiêu chuẩn tham khảo tính chất nhiệt

liên quan như: giá trị khuếch tán nhiệt và độ dẫn nhiệt để báo cáo cho bê

tông Asphalt đang sư dụng.

 Kiểm sốt chương trình thí nghiệm hồn thiện nhằm xác định những

thay đổi về độ dẫn nhiệt, khuếch tán nhiệt, giá trị nhiệt dung riêng từ sự

thay đổi nhiệt độ cũng như khối lượng riêng xảy ra trong suốt quá trình

đầm nén.

 Kết hợp chặt chẽ những giá trị độ khuếch tán nhiệt được đo đạc với

công cụ rải mặt đường dưới điều kiện thời tiết bất lợi.

 Định vị những nguồn phù hợp của thông tin chuyên gia phục vụ cho

phát triển của hệ thống chuyên gia.

 Kiểm tra những phiên bản có sẵn của những công cụ rải dưới điều kiện

thời tiết bất lợi cho việc kiểm định hiện trường và phát triển phần mềm.

 Phát triển một chương trình cho công tác thực thi của phiên bản cuối

cùng của công cụ rải mặt đường dưới điều kiện thời tiết bất lợi.



trang 35



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

VI. Thiết kế hỗn hợp

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×