Материал: Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура

Выпуск № 4 (44), 2016 ISSN 2072-0041

Начальное условие имеет вид:

где Θ — безразмерная температура асфальтобетона на глубине h при постоянном тепловом потоке, зависящая от числа критерия Фурье; Fоh — критерий гомохронности Фурье:

λ — коэффициент теплопроводности, ккал/м∙ч∙град; γ — удельный вес, кг/м3. Численное значение коэффициента теплопроводности определяется зависимостью [6]

c — удельная теплоемкость, ккал/ кг∙ град; величину теплоемкости для асфальтобетонной смеси в зависимости от ее типа можно определить из выражения [6]

Из данной формулы видно, что время нагрева слоя асфальтобетона зависит от толщины нагреваемого слоя и продолжительности процесса нагрева, пропорционально квадрату толщины слоя. На рис. 2 представлена зависимость безразмерной температуры асфальтобетона на глубине h слоя покрытия от критерия гомохронности Фурье, рассчитанная по формуле (3) с учетом экспериментальных данных.

Критерий гомохронности

Рис. 2. Зависимость безразмерной температуры асфальтобетона на глубине h от критерия гомохронности Фурье

81

Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура

Численное значение безразмерной температуры асфальтобетона на глубине h слоя асфальтобетона определяется из формулы

где F0h — критерий гомохронности Фурье. Коэффициент корреляции равен 0,96. Продолжительность разогрева слоя асфальтобетона до температуры нагрева 110 °С

можно определить на основании данных, представленных в работе [6] (табл. 1).

2. Обоснование технологических режимов асфальторазогревателей в зависимости от погодных условий. Результаты обработки данных табл. 1 при начальной температуре нагрева асфальтобетона, равной температуре окружающего воздуха 10 С, в зависимости от толщины нагреваемого слоя представлены на рис. 3. Численное значение продолжительности нагрева определяется из уравнения, приведенного ниже:

0,5h2 , (9)

где h — толщина слоя асфальтобетона, см. Коэффициент корреляции равен 1,0.

Рис. 3. Зависимость времени нагрева при разных начальных температурах слоя асфальтобетона

Продолжительность нагрева пропорциональна квадрату толщины слоя асфальтобетона, что подтверждается формулой (7). Из данных табл. видно, что время нагрева зависит от начальной температуры асфальтобетона. С целью уточнения влияния начальной температуры асфальтобетона на время нагрева представим данные табл. 1 в относительных величинах, принимая за единицу (как эталон) время нагрева при температуре воздуха 20 С и обозначив его через коэффициент влияния начальной температуры покрытия до нагрева (табл. 2).

82

Анализ данных в относительных величинах времени нагрева асфальтобетона при разной толщине слоя в зависимости от начальной температуры слоя покрытия показал, что имеется общая закономерность продолжительности нагрева асфальтобетона независимо от толщины слоя полосы (рис. 4).

Рис. 4. Влияние температуры асфальтобетона на крае полосы до нагрева на коэффициент влияния температуры асфальтобетона

Время нагрева края полосы асфальтобетона при начальных значениях температуры поверхности от 10 до 50 С в соответствии с методикой рационального планирования экспериментальных данных можно определить по формуле [15]

где h — толщина нагреваемого слоя асфальтобетона, см; tсм — температура асфальтобетона до нагрева, °С. Коэффициент корреляции равен 0,99.

Нагрев асфальтобетонного покрытия происходит при перемещении разогревателя с заданной скоростью в зависимости от температуры края полосы асфальтобетона и толщины слоя полосы и определяется по формуле

или

v l / 0, 66h2е 0,015tсл , м/мин,

где l — длина блока разогревателя.

С учетом теплофизических свойств асфальтобетонной смеси скорость перемещения разогревателя определяется по формуле

Мощность излучения на поверхности покрытия, определяемая из условия постоянного теплового потока, определяется выражением [13]

Эффективность работы разогревателя зависит от интенсивности нагрева слоя края полосы асфальтобетона, которая определяется высотой расположения разогревателя над поверхностью полосы покрытия. При постоянном тепловом потоке в соответствии с экспериментальными данными для горелок с керамическими насадками высота R установки горелок над покрытием определяется по формуле [13]

83

Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура

На основании уточненной методики по расчету параметров инфракрасного разогревателя в табл. 3 и 4 представлены результаты расчета технологических режимов при разогреве слоя асфальтобетона толщиной 0,02 и 0,03 м при температуре от 10 до 110 С при разной температуре асфальтобетона, равной температуре окружающего воздуха.

Зависимость времени разогрева асфальтобетона при толщине слоя 0,02 и 0,03 м при разных температурах воздуха представлена на рис. 5.

Рис. 5. Зависимость времени нагрева асфальтобетона

от температуры воздуха:

1 — толщина слоя нагрева 0,02 м;

2 — толщина слоя нагрева 0,03 м

Численное значение времени нагрева при разной температуре воздуха и толщине слоя асфальтобетона определяется зависимостями:

где tв — температура воздуха, С. Коэффициент корреляции равен 0,99.

Результаты расчетов скорости перемещения разогревателя при разных температурах воздуха и толщине слоя покрытия представлены на рис. 6.

84

Рис. 6. Зависимость скорости перемещения разогревателя от температуры воздуха и толщины слоя прогрева: 1 — глубина прогрева 2 см при длине разогревателя 1,25 м; 2 — глубина прогрева 2 см при длине разогревателя 2,0 м; 3 — глубина прогрева 3 см при длине разогревателя1,25 м;

4 — глубина прогрева 3 см при длине разогревателя 2,0 м

Численные значения скорости перемещения разогревателя от температуры воздуха могут быть рассчитаны по уравнениям, представленным в табл. 5.

На основании представленных результатов можно сделать вывод, что при устройстве полос покрытия с раздельными полосами и необходимостью осуществлять разогрев края полосы покрытия при укладке смежной полосы применение разогревателя будет снижать производительность механизированного звена машин, т. к. скорость нагрева края полосы покрытия незначительна. С целью обеспечения заданного темпа устройства покрытия необходимо увеличивать длину блока или количество блоков разогревателей.

Увеличение длины блока разогревателя при постоянной мощности излучателя теплового потока приводит к повышению температуры на поверхности асфальтобетона. На рис. 7 представлена динамика распределения температуры на глубине до 0,03 м в слое покрытия при нагреве инфракрасным асфальторазогревателем РА-20 [7, 14].

Рис. 7. Распределение температуры в слое асфальтобетона при нагреве: 1 — на поверхности; 2 — на глубине 0,01 м; 3 — 0,02 м; 4 — 0,03 м

85