文档介绍：第三章自然因素影响
一、引言
自然因素,也称环境因素,主要指温度、湿度和老化的影响。
1、温度的影响
材料性能的影响
沥青混凝土的模量(劲度)从 0℃-40℃时降低了 40 倍,低温更脆
高温蠕变导致车辙、拥抱;水泥路面拱起
低温导致路面冻涨、开裂
内应力
整体性材料、尤其是水泥路面中的翘曲应力
不同层次、不同类型的材料的温缩性能不同,造成变形的约束,导致内应
力
2、湿度(降雨)的影响
为了土基施工、确定土基强度和路表排水,需要了解降雨的状况。
造成材料性能的变化
模量降低
整体性变差
水的剥蚀作用
破坏沥青与集料之间的黏附性
细集料流失
干缩-湿涨循环,造成开裂;冻融循环造成强度降低
内应力,涨缩的不均匀造成
3、施工过程中的影响
含水量与压实度
土基的强度
选择合理的施工季节是工程师的责任
4、使用过程中的影响
路面力学参数随湿度而变化
二、路面温度场
1、温度变化特性
气温呈周期性变化,每天一个周期,每年一个周期
气温的突然变化
路表温度与气温基本同步变化,而且路表温度(高温)大大高于气温,图 3-1、
3-2。低温时,路面的温度与气温大体相等。
路面深处的温度也呈周期变化,像气温一样,但越深越滞后。图 3-1、3-2。
温度沿深度的变化,图 3-3。
温度梯度,路面层顶部-底部温差与厚度的比值,即单位厚度的温度变化值,
与气温变化同步,图 3-4。温度梯度的存在使路面内部存在内部应力。
雨、云、风和气温的变化,使路面温度梯度随之变化,路面的内应力将会非常
复杂。
面层内月平均温度变化,1 月份最低,7 月份最高。
2、温度状况预测
影响路面温度的因素
外因:气温,太阳辐射(日照和云量),风速,降雨量,蒸发等
内因:材料的热传导率、热容量和对辐射热的吸收能力
要预测路面温度的即时变化是困难的,通常仅预测路面的极端温度,即最高温
度和最低温度。
预估方法
统计分析法
统计分析法所建立的路面温度场的回归方程形式简单,输入参数少,预测
精度可以满足工程需要,易于推广并应用于实际;但其结论只能适用于相应的
地区,在其他地区使用时需要根据当地的情况修正方程系数。
建立路面温度与其影响因素之间的因果关系。一般应考虑:温度作用持续
时间及其滞后性;温度和太阳辐射的作用;表面温度及其沿深度的分布。
根据目前的研究,气温对路面温度的影响时间大约为 5 个小时。温度沿深
度的分布呈 3 次曲线的规律。
理论分析法:一维热传导方程
∂T(z,t) λ∂ 2T(z,t)
= ⋅ 2
∂t γsh ∂z
根据边界条件,假设一个满足微分方程的函数即为方程的解。
预估方程
讲义上给出了本市水泥路面的最大温度和最大温度梯度的预估式。
日本的近藤佳宏、秋山政敬、加拿大的 J. T. Christison 和 K. O. Anderson, 美国
SHRP,我国的统计大学、北京建筑工程学院的徐世法等进行过研究。