5.2 Согласно ГОСТ 27751 возможные отклонения принятой расчетной модели от реальных условий работы элементов конструкций, соединений, зданий и сооружений и их оснований, а также изменения свойств материалов вследствие влияния температуры, влажности, длительности воздействия, его многократной повторяемости и других факторов, не отражаемых непосредственно в расчетах, учитываются коэффициентами условий работы . Коэффициенты условий работы и способ их введения в расчет устанавливаются на основе экспериментальных и теоретических данных о действительной работе материалов, конструкций и оснований в условиях эксплуатации и производства работ.

5.3 К теплофизическим свойствам и характеристикам дорожно-строительных материалов относят порядка 70 величин. Практическое определение (измерение) тепловых свойств материалов признается одной из труднейших задач метрологии. В настоящее время единство измерений в нашей стране осуществляется на основе международной температурной шкалы МТШ-90. Государственная поверочная схема для средств измерений теплопроводности твердых тел в диапазоне от 0,02 до 20 Вт/(м×к) при температуре от 01.01.01 К определяется ГОСТ 8.140.

5.4 В общем случае теплопроводность является функцией структуры, плотности, влажности, давления и температуры, при которой находится исследуемый материал. Теплопроводность материала точно предсказать теоретически невозможно. Единственным способом определения достоверного значения теплопроводности является непосредственный опыт. При разработке методов определения интерес представляют внутренние обратные задачи теории теплопроводности, связанные с тепловым воздействием, температурным полем и геометрией образца. Основу точных методов определения теплопроводности составляют аналитические закономерности одномерных плоских или цилиндрических тепловых и температурных стационарных полей в образцах, которые могут быть отнесены к классу плоского или цилиндрического полупространства.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

5.5 Оценка степени промерзания дорожных одежд и грунтов земляного полотна непосредственно связана с определением теплофизических свойств дорожно-строительных материалов и грунтов. Ее результаты учитываются при проектировании автомобильных дорог на всей территории Российской Федерации. Нормативные методы расчета глубин промерзания базируются на полуэмпирических подходах [1-11].

5.6 В настоящее время существуют вычислительные комплексы и отдельные программы, позволяющие решать задачи промерзания дорожных одежд и грунтов земляного полотна с точностью, удовлетворяющей требованиям автоматизированного проектирования строительства и ремонта автомобильных дорог. Для обеспечения высокой точности необходим соответствующий уровень исходных данных. Основное место в настоящих рекомендациях отводится теплофизическим характеристикам дорожно-строительных материалов и грунтов.

5.7 В современных подходах к решению теплотехнических задач по промерзанию дорожных конструкций рекомендуется использовать годовой цикл изменения температуры воздуха с учетом радиационного баланса на свободной поверхности. При решении теплотехнических задач собираются данные о теплофизических свойствах дорожно-строительных материалов и грунтов в реальном интервале изменения температур. Это относится в большей степени к водонасыщенным грунтам, свойства которых меняются в зависимости от процентного содержания в них замерзшей воды и их засоления.

5.8 К определению рекомендуются параметры, характеризующие теплотехнические свойства дорожно-строительных материалов и грунтов, которые могут быть использованы в теплотехнических расчетах при проектировании автомобильных дорог в особо сложных по мерзлотно-грунтовым условиям участкам. К теплофизическим характеристикам относят:

а) термические характеристики:

1)  коэффициент теплопроводности λ;

2)  коэффициент температуропроводности k;

3)  объемную теплоемкость С';

4)  теплоусвояемость β;

б) массообменные характеристики:

1)  коэффициент влагопроводности К;

2)  коэффициент термовлагопроводности δτ;

3)  коэффициент массы емкости δм.

5.9 В настоящих методических рекомендациях рассматривается комплекс термических характеристик, т. е величины λ, k, С' и β. Для оценки тепловых свойств дисперсных материалов и для основных термических процессов, протекающих в них при самых различных режимах и условиях, достаточно знания этих четырех параметров.

5.10 Рассматривается задача нахождения температурного поля в области теплообмена внутри твердых тел, которая состоит в определении температуры Т в любой точке тела М(х, у, z) в любой момент времени t :

. (1)

5.11 Стационарное температурное поле представляется в виде распределения температуры от одной точки поля к другой независимо от времени, нестационарное поле – в виде распределения температуры по координатам х, y, z и во времени t.

5.12 При исследовании вопросов переноса тепла через тело, о теплоотводе в окружающую среду, о тепловых потерях и теплоаккумуляции ищут решения уравнения (1) для случаев, являющихся частными решениями основного дифференциального уравнения теплопроводности:

. (2)

5.13 В уравнение (2) входят коэффициент теплопроводности λ и объемная теплоемкость С'. Коэффициент температуропроводности k определяется из λ и С':

. (3)

5.14 Теплоусвояемость β представляет собой результат преобразования величин λ и С':

. (4)

5.15 Коэффициент теплопроводности λ равен количеству тепла, проходящему в стационарном состоянии в единицу времени через две противоположные грани единицы объема материала, на которых поддерживается разность температур в 1оС. Эта величина характеризует степень проводимости тепла материалом или грунтом. Размерность λ - ккал/м*час*град.

5.16 Объемная теплоемкость С' численно равна количеству тепла, необходимому на нагревание или охлаждение единицы объема на 1∘С. Эта величина характеризует интенсивность изменения температуры тела при его нагревании или охлаждении. Размерность С' – ккал/м3.

5.17 Для оценки быстроты выравнивания температуры и степени теплоаккумуляции также используют коэффициент температуропроводности k и теплоусвояемость β. Размерности k – м2/час, β - ккал/м2*час1/2*град1/2.

5.18 Рассматривают изменяющееся во времени температурное поле внутри образца материала, вырезанного по изотермической поверхности. Повышение температуры в образце в данный момент времени связано с накоплением проводимого к нему тепла и будет больше, чем меньше теплоемкость единицы объема образца. Скорость прогрева материала, мерой которой является его коэффициент температуропроводности k, обратно пропорциональна С'. Она обусловлена интенсивностью передачи тепла при данной разности температур от соседнего слоя к рассматриваемому. Коэффициент температуропроводности k пропорционален коэффициенту теплопроводности λ:

(5)

где D0 – коэффициент, численная величина которого зависит от выбора единиц для λ, k, и С'.

При D0 = 1, имеем (6)

С' определяют как произведение плотности материала ρ на его удельную теплоемкость с:

, (7)

Уравнения (1-7) связывают теплофизические характеристики материала. Характеристики λ, k, и С' порознь, в совокупности и в различных комбинациях входят в расчетные формулы температурного поля, тепловых потоков, теплоаккумуляции и тепловых потерь.

5.19 Для практического использования при определении теплофизических свойств дорожно-строительных материалов и грунтов в настоящих рекомендациях в качестве информативных параметров рекомендуются к определению средствами измерения коэффициент теплопроводности λ и теплоемкость (удельная c или объемная С'). Коэффициент температуропроводности k и теплоусвояемость β получают расчетным путем.

5.20 Неметаллические материалы группируются в несколько типов, каждый из которых объединяет материалы, сходные по природе, геометрическим особенностям, способу их исследования:

1)  К твердым капиллярно-пористым материалам (связанным) относится большое количество изоляционно-строительных материалов по признаку твердости. К этому типу материалов относят мрамор, известняк, бетоны, гранит и другие материалы.

2)  К насыпным материалам (зернистым) относятся изоляционные засыпки, щебень, песок, шлак, минеральный порошок, глины, зола.

3)  К волокнистым материалам относятся волокнистый асбест, хлопок, дерево вдоль и поперек волокон и т. п. Методика исследования этих материалов отличается от методики исследования теплофизических свойств зернистых материалов. Для волокнистой, чешуйчатой, пластинчатой структуре материала учитывают различные тепловые свойства вдоль и поперек волокон.

4)  К материалам в виде тонких слоев относятся резиновые листы, пленки, слои мастики, лаки, краски, термопластики и т. д. Эти материалы можно объединить между собой, так как геометрическое сходство (малая толщина) требует специфических методов исследования теплофизических характеристик.

5)  К замороженным грунтам (состояниям сред) относятся лед, снег, мерзлые грунты и т. п. При исследовании их тепловых свойств возникают специальные задачи, связанные с недопустимостью подтаивания грунта, а также с недопустимостью миграции влаги и водяных паров.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11