a/Khe dãn, b/Khe co giả hoặc khe thi công, c/Khe dọc kiểu ngàm, d/Khe dọc có thanh liên kết chống trôi tấm, không quét nhựa
1 - Thanh truyền lực d24-d32, 2 - Đường nứt do tiết diện giảm yếu 3 - Thanh thép liên kết bằng thép gờ d12
1.2. Quá trình truyền nhiệt và ảnh hưởng của nhiệt độ trong mặt đường BTXM1.2.1. Các thông số nhiệt lý của vật liệu làm mặt đường 1.2.1. Các thông số nhiệt lý của vật liệu làm mặt đường
Các thông số nhiệt lý của BTXM bao gồm [35]:
Đại lượng này là nhiệt lượng cần thiết để làm một đơn vị khối lượng hoặc 1 đơn vị thể tích của vật liệu tăng lên 10C.
Nhiệt dung riêng của vật liệu có 2 loại: cv là nhiệt dung riêng theo thể tích (calo/cm3.0C hoặc J/cm3.0C) và cg là nhiệt dung riêng theo khối lượng (calo/g.0C hoặc J/g.0C).
Giá trị của c phụ thuộc vào thành phần khoáng vật, độ rỗng và độ ẩm của vật liệu và chính trạng thái nhiệt của vật liệu đó; vật liệu có độ rỗng càng lớn thì nhiệt dung riêng càng nhỏ, có độ ẩm càng lớn thì nhiệt dung riêng càng lớn [20], nhiệt dung riêng của bê tông xi măng từ 0,75-1,1 (kJ/kg.0C).
b) Hệ số truyền nhiệt λ [32]
Hệ số truyền nhiệt là nhiệt lượng truyền qua 1 đơn vị diện tích (cm2) trong 1 đơn vị thời gian (s) khi có một gradien nhiệt độ là 10C/cm. Đại lượng này thông số cho khả năng truyền dẫn nhiệt mạnh yếu. Hệ số truyền nhiệt λ
kcal/m.h.0C hay W/m.0C, trong đó 1 kcal/m.h.0C = 1,163 W/m.0C.
có đơn vị là
Hệ số truyền nhiệt của các loại vật liệu xây dựng khác nhau có giá trị khác nhau và có thể tra trong các tài liệu chuyên ngành. Nó phụ thuộc vào thành phần khoáng, độ ẩm, độ chặt và phụ thuộc vào chính trạng thái nhiệt của bản thân kết cấu vật liệu truyền dẫn nhiệt.
Hệ số truyền nhiệt là một hàm và có thể biểu diễn như sau:
λ = f (ρ, w,t) (1.1)
Б. Н. Кауфман đã tiến hành thực nghiệm và tìm được công thức có dạng:
λbt = 0,0935
ρc .2,28 +
0,025
(1.2) Trong đó:
λbt là hệ số truyền nhiệt của BTXM ở trạng thái khô khi nhiệt độ không khí là 25 ± 5 0C (kcal/m.h.
0C); ρc là độ chặt (mật độ) của BTXM ở trạng thái khô (T/m3). Hệ số truyền nhiệt phụ thuộc vào độ ẩm của vật liệu. Trong các thí nghiệm chỉ ra rằng độ ẩm tăng thì độ đẫn nhiệt tăng:
Trong đó: λ0 là hệ số truyền nhiệt của BTXM ở trạng thái khô;
w
là độ ẩm của vật liệu làm mặt đường;
công thức thực nghiệm:
aw là hệ số tăng độ dẫn nhiệt do độ ẩm; được xác định bằng
a =Α .ρ2−Β .ρ+
C (1.4)
w 1 1 1
Với ρ trọng lượng riêng của BTXM; Α1 ,Β1 ,C1 là các hệ số thực nghiệm. Hệ số truyền nhiệt tính toán của một số loại vật liệu như: BTXM, cát, đá… thường sử dụng khi xây dựng mặt đường BTXM sân bay được trình bày như trong bảng 1.1.
Bảng 1.1. Hệ số truyền nhiệt của một số vật liệu thường sử dụngSTT Loại vật liệu STT Loại vật liệu Trọng lượng đơn vị ở trạng thái khô γk (kg/m3) Hệ số truyền nhiệt ở trạng thái khô λ0 (Kcal/m.h.0C) Hệ số truyền nhiệt tính toán λ (Kcal/m.h.0C)
1 Đá gra nit, đá Ba zan 2700 3,0 3,0
2 Đá cuội 2500 1,5 2,0
3 Đá vôi 2100 0,9 1,2
4 Cát khô 1700 0,3 0,5
5 Bê tông đá dăm, sỏi 2400 1,3 1,6
6 Bê tông cốt thép - 1,45 1,75
7 Bê tông atsphan 2100 0,9 0,9
8 Nước ở nhiệt độ 200C - 0,58 -
c) Hệ số truyền nhiệt độ a:
Hệ số truyền nhiệt độ a (cm2/s) được xác định theo biểu thức:
a = λ
= λ (1.5)
cv cg .ρ
Trong đó: ρ là khối lượng thể tích khô của vật liệu (g/cm3).
Vì a = f (λ, cv ) nên tất cả các yếu tố ảnh hưởng đến λ, cv đều ảnh hưởng đến a. Đây là thông số chủ yếu sử dụng khi phân tích bài toán tính toán nhiệt độ trong kết cấu nền mặt đường.
Hệ số truyền nhiệt độ phụ thuộc vào nhiệt dung riêng, khối lượng riêng và do đó cũng chịu ảnh hưởng của điều kiện thời tiết khí hậu. Do vậy, không thể lấy giá trị
cố định ở bảng 1.1 để áp dụng cho các trường hợp khác nhau về kết cấu mặt đường ở các địa bàn khác nhau. Từ đó, yêu cầu đặt ra là phải xem xét tính toán hệ số truyền nhiệt theo từng điều kiện cụ thể.
1.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới mặt đường BTXM
Nội dung này đề cập tới tác động của yếu tố biến đổi nhiệt độ tới mặt đường BTXM, bao gồm biến đổi nhiệt độ trung bình trong tấm và biến đối nhiệt độ ngày đêm tại các vị trí khác nhau từ mặt trên đến mặt đáy dưới theo bề dày mặt đường BTXM.
Trường hợp thứ nhất, theo [14][20][24], sự biến đổi nhiệt độ trung bình trong tấm làm nhiệt độ tấm BTXM tăng hoặc giảm, kéo theo việc tấm bị dãn dài hoặc bị co ngắn lại. Điều này ảnh hưởng trực tiếp tới sự làm việc của tấm BTXM ở khu vực khe nối (khe co, khe dãn).
Cụ thể, khi nhiệt độ trung bình trong tấm tăng, tấm bị dãn dài. Hai mặt bên của hai tấm BTXM liền kề có xu hướng tiếp xúc chặt chẽ với nhau hơn [53],[50].
Hiệu ứng chèn móc (aggregate interlock) được hình thành do ma sát giữa các mặt này tăng lên, giúp cho các tấm có thể đồng thời làm việc dưới tác dụng của tải trọng bánh xe (hình 1.4). Độ võng của tấm BTXM ở vị trí khe nối (khi có tải trọng tác dụng) tại khu vực này sẽ giảm đi [40],[80].