Pobierz pełny numer IZOLACJI

Pełny numer IZOLACJI 6/2018 [PDF]

możesz pobrać BEZPŁATNIE - po prostu ZAREJESTRUJ konto w portalu

Straty ciepła a stosowanie gorących mieszanek mineralno-asfaltowych

dr inż. Paweł Mieczkowski  |  IZOLACJE 2/2010  |  05.10.2011  |  1
www.sxc.hu

Zagęszczanie mieszanek mineralno-asfaltowych w technologii na gorąco jest końcowym etapem kształtowania ich struktury. Ma ono na celu zapewnienie im odpowiednich cech fizyczno-wytrzymałościowych, gwarantujących ich bezawaryjne funkcjonowanie w konstrukcji nawierzchni drogowej. Z tego względu istotna jest właściwa organizacja pracy, tzn. zakończenie wszelkich czynności związanych z aplikowaniem produktu w określonym czasie, warunkowanym lepkością lepiszcza asfaltowego. Zgodnie z literaturą [1–5] powinna się ona mieścić w przedziale 2–20 (30) Pa·s, a jej wartość zależeć bezpośrednio od temperatury. Dłuższy czas utrzymywania odpowiednich warunków termicznych w warstwie powinien zatem wpływać pozytywnie na przebieg procesu kształtowania gęstości objętościowej mieszanki oraz jakość prowadzonych robót.

Mieszanki mineralno-asfaltowe rozkładane są za pomocą rozściełaczy z wykorzystaniem gorących stołów profilujących (wibracyjnych). Pozwala to na utrzymanie temperatury na powierzchni warstwy i uzyskanie odpowiedniej tekstury powierzchni (szczególnie przy cienkich warstwach) przed właściwym zagęszczaniem. Na tym etapie wykorzystywane są przede wszystkim walce stalowe (statyczne i wibracyjne) oraz w coraz mniejszym stopniu walce na pneumatykach (ogumione). Wynika to zarówno ze specyfiki mieszanek mineralno-asfaltowych (SMA, MNU), których nie zagęszcza się tego rodzaju maszynami, jak i przesłanek techniczno-ekonomicznych. Jest to związane przede wszystkim z efektywnością prowadzonych prac z użyciem walców stalowych, szczególnie tych pracujących wibracyjnie. W specyficznych warunkach atmosferycznych istnieje jednak konieczność korzystania z walców na pneumatykach, przede wszystkim ze względu na parametry cieplne jego kł pracujących w bezpośrednim kontakcie z zagęszczaną warstwą MMA. Oczywiście, dotyczy to betonów asfaltowych, które w dalszym ciągu są w krajowym budownictwie drogowym stosowane najczęściej (szczególnie w dolnych warstwach konstrukcyjnych). Dodatkowym pozytywnym aspektem (poza kwestiami cieplnymi) pracy tego rodzaju walców jest ich zdolność do podciągania mastyksu w górne partie warstwy. Jest to szczególnie potrzebne podczas wbudowywania warstw dolnych konstrukcji, które pozostaną niezabezpieczone na okres zimowy szczelną warstwą ścieralną.

Poza czynnikami dotyczącymi maszyn zagęszczających na zdolność zagęszczania mają wpływ warunki klimatyczno-pogodowe oraz grubość wbudowywanej warstwy. Spośród czynników atmosferycznych opady (szczególnie ciągłe i krótkotrwałe, ale obfite) praktycznie eliminują możliwość prowadzenia takich robót. Z innych należy wymienić temperaturę, prędkość wiatru, wilgotność powietrza czy nasłonecznienie. Grubość warstwy ma bezpośredni związek z pojemnością cieplną, która wzrasta wraz ze zwiększeniem się objętości warstwy. Pozwala to zatem w dłuższym okresie utrzymać w przekroju warstwy odpowiednią temperaturę, powalającą na poprawny przebieg zagęszczania.

Przebieg procesu wymiany ciepła pomiędzy gorącą MMA a otoczeniem daje obraz zachodzących zmian temperatury w warstwie, a tym samym możliwości jej zagęszczania.

Wymiana ciepła ochładzanej warstwy z MMA

Przepływ ciepła w gorącej warstwie MMA odbywa się na zasadzie przewodzenia w stanie nieustalonym. Oznacza to, że temperatura w każdym punkcie warstwy różni się od siebie i zmienia w czasie, tzn. przyjmuje coraz niższe wartości. Prędkość, z jaką zjawisko to zachodzi, zależy od właściwości cieplnych warstwy (wspłczynnika przewodzenia ciepła λ mieszanki mineralno-asfaltowej) oraz zdolności do poboru ciepła przez środowisko zewnętrzne, opisywanej przez współczynnik wnikania ciepła α. Przebieg procesu definiowany jest przez równanie rżniczkowe Fouriera. Jego rozwiązanie opiera się na metodzie rozdzielenia zmiennych w postaci iloczynu dwóch funkcji: czasu i przestrzeni, co przedstawiono za pomocą wzoru (1) [6]:

straty ciepła wzór

gdzie:
T(x) – temperatura warstwy MMA w chwili τ i w odległości x od płaszczyzny leżącej w osi tej warstwy [K],
Tp – temperatura początkowa warstwy MMA w czasie τ = 0 [K],
T – temperatura ośrodka, w którym znajduje się ciało [K],
δn – wartości odciętych z przecięcia funkcji y1 = ctgδi oraz y2 = δ1/Bi (rys. 1),
sm – odległość prostopadła powierzchni od płaszczyzny leżącej w osi ciała [m],
x – odległość rozpatrywanego punktu od płaszczyzny leżącej w osi [m],
λ – wspłczynnik przewodzenia ciepła warstwy MMA [W/(m·K)], 
τ – czas od chwili rozpoczęcia ruchu ciepła [s],
ρst – gęstość objętościowa (strukturalna) warstwy MMA [kg/m³],
c – ciepło właściwe warstwy MMA [J/(kg·K)];

straty ciepła wzór

gdzie:
α – wspłczynnik wnikania ciepła do środowiska [W/(m²·K)].

Za warstwę uznaje się układ ograniczony dwiema płaszczyznami równoległymi do siebie o stałej grubości i wymiarze znacznie mniejszym od dwóch pozostałych (szerokości i długości). Zagadnienie to można odnieść również do próbek o wymiarach skończonych i izolowanych powierzchniach bocznych, tak aby wymiana ciepła zachodziła jedynie przez powierzchnie poziome. Właściwości fizyczne ciała (np. gęstość objętościowa, gęstość, współczynnik przewodzenia ciepła, ciepło właściwe, zawartość wolnych przestrzeni itp.) w każdym punkcie warstwy w ujęciu makroskopowym są stałe i jednorodne.

Wnikanie ciepła do środowiska otaczającego MMA

Podczas aplikowania mieszanek mineralno-asfaltowych pobór ciepła przez ciała stałe (np. niższą warstwę konstrukcyjną nawierzchni czy elementy maszyn zagęszczających) odbywa się na zasadzie przewodzenia. Zgodnie z teorią kinetyczną polega ono na wymianie energii drobin przekazywanej przez cząsteczki o większej energii cząsteczkom o energii mniejszej (zjawisko cząsteczkowe) wewnątrz ośrodka lub z jednego ośrodka do drugiego przy ich bezpośrednim zetknięciu. Poszczególne cząsteczki układu nie mogą wykazywać większych zmian położenia [7]. Próby określenia skali oddziaływania tego zjawiska dokonano w artykułach „The heat balance In the process of compacting of hot asphalt mineral mixtures using steel rollers” [8] oraz „Wymiana ciepła w procesie zagęszczania mieszanek mineralno-asfaltowych walcami stalowymi” [9].

Wymiana ciepła pomiędzy gorącą MMA a otoczeniem w postaci płynu (gazu, cieczy) odbywa się przez promieniowanie oraz poprzez rżne formy konwekcji (w znaczeniu uogólnionym). Możliwości poboru ciepła przez środowisko opisywane są przez sumaryczny wspłczynnik wnikania ciepła α (4) [6, 10]:

straty ciepła wzór

gdzie:
αr – zastępczy wspłczynnik wnikania ciepła przez promieniowanie [W/(m²·K)], αk – wspłczynnik wnikania ciepła przez konwekcję [W/(m²·K)].

Wnikanie ciepła do środowiska na skutek promieniowania wynika z różnicy energii zaabsorbowanej z promieniowania słonecznego i wypromieniowanej z MMA. Wartość tego parametru można określić ze wzoru (5) [6]:

straty ciepła wzór

gdzie:
ε1 – zdolność emisji (pochłaniania) energii promieniowania,
IS – gęstość strumienia promieniowania słonecznego [W/m²],
εz – zastępcza zdolność emisji, opisana równaniem (6),
C0 – stała promieniowania ciała doskonale czarnego [W/(m²·K4)],
T1 – temperatura powierzchni warstwy MMA [K], T2 – temperatura otwartej przestrzeni [K],
Tpow – temperatura powietrza [K].

straty ciepła wzór

gdzie:
ε1 – zdolność emisji MMA, 

Potrzebujesz więcej TREŚCI?

Odbierz TUTAJ
IZO-newslettera »


F1 – powierzchnia MMA [m²],
F2 – powierzchnia zewnętrzna odbierająca energię promieniowania (np. ściany pomieszczenia laboratoryjnego, przestrzeń) [m²],
ε2 – zdolność emisji (pochłaniania) przez środowisko (np. powietrze, elementy ścian itp.).

W przypadku wypromieniowywania energii do nieograniczonej przestrzeni zachodzi warunek εz = ε1. Wyznaczanie teoretycznych wartości gęstości strumienia promieniowania słonecznego (IS) omówiono w artykule „Model fizyczny obliczania temperatury górnej warstwy nawierzchni asfaltowej” [11].

Artykuł pochodzi z: miesięcznika IZOLACJE 2/2010

Komentarze

(1)
sw | 18.10.2014, 00:19
drogi i mosty
   1 / 1   

Wybrane dla Ciebie


Jak powstają konstrukcje nowoczesnych hal stalowych?


Jak powstają konstrukcje nowoczesnych hal stalowych? ZOBACZ »


Czy przysługuje Ci dofinansowanie na termomodernizację domu?


Dowiedz się, na czym polega rządowy program „Czyste Powietrze”, i sprawdź, czy przysługują Ci dotacje... ZOBACZ »


W 3 prostych krokach zaprojektuj elewację »

Jak uzyskać pełne uprawnienia architektoniczne?

Łatwo i szybko dobierz optymalny system elewacyjny dla budynku... czytaj dalej » Co zrobić, by samodzielnie wykonywać zawód architekta w Polsce i UE? czytaj dalej »


Zgarnij bony o wartości 100zł. Zobacz jak »

Tłumienie dźwięków uderzeniowych i drgań budynków. Zobacz »

3 kroki do Super CashBack
czytaj dalej »

Zapewnienie dobrej wibroakustyki dla budynku to coraz częściej wyzwanie dla świadomych i wymagających... czytaj dalej »

Jak zapewnić trwałość mocowania elewacji?


Wsporniki przejmują ciężar muru i za pomocą zabetonowanych szyn kotwiących lub kotew przekazują go na ścianę nośną... ZOBACZ »


Czego jeszcze nie wiesz o ognioodporności płyt PIR?

Jak usunąć wilgoć ze ścian?

W zależności od wymagań izolacyjności, czy odporności ogniowej możemy dobrać odpowiedni rodzaj płyt...
czytaj dalej »

Wilgoć pojawiająca się w budynku i związana z nią pleśń szkodzą naszemu zdrowiu, powodują wyższe rachunki za ogrzewanie i niszczą mury. czytaj dalej »

Jak wykonać trwałe posadzki?

Jakich technologii oraz materiałów użyć do wykonania podłóg przemysłowych, naprawy betonów lub przeprowadzenia renowacji posadzek?  czytaj dalej »


Dowiedz się więcej o hydroizolacji dachów »

Popularność tego materiału rośnie. Dlaczego?

Dostarczamy innowacyjne systemy hydroizolacji oraz pokryć dachowych, mające na celu zmianę sposobu życia i pracy naszych klientów... czytaj dalej » To nowoczesny materiał termoizolacyjny, który zdobył... czytaj dalej »

Profile okapowe - co warto o nich wiedzieć?


Wybierz technologię wykonania tarasu, balkonu czy schodów... ZOBACZ »


Fakty i mity na temat szarego styropianu »

Szukasz wpustu balkonowego dobrej jakości?

Od kilku lat rośnie popyt na styropiany szare. W Niemczech i Szwajcarii większość spr... czytaj dalej » Wpust balkonowy prosty, wpust balkonowy skośny, ogrzewany lub nieogrzewany? Co wybrać? czytaj dalej »

Jak zatrzymać ciepło i ochronić dom przed zimnem?


Komfortowy i energooszczędny dom zapewnia swoim mieszkańcom izolację od gorąca, zimna, hałasu oraz... wysokich rachunków za ogrzewanie i klimatyzację... ZOBACZ »


Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników portalu Izolacje.com.pl... dowiedz się więcej »
Synthos S.A. Synthos S.A.
Grupa Kapitałowa Synthos S.A. jest jednym z największych producentów surowców chemicznych w Polsce. Spółka jest pierwszym w Europie...
10/2019

Aktualny numer:

Izolacje 10/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Konserwacje i renowacje systemów ociepleń
  • - Odporność ogniowa elementów drewnianych
Zobacz szczegóły
Produkty z polistyrenu ekstrudowanego - ekologiczna i trwała izolacja

Produkty z polistyrenu ekstrudowanego - ekologiczna i trwała izolacja

Dynamiczny rozwój rynku budowlanego i coraz bardziej restrykcyjne przepisy ukierunkowane na dbałość o otaczające nas środowisko powodują, że inwestorzy, projektanci i...
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright @ 2004-2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl

.