基于面域化的瀝青路面施工過程溫度檢測

劉斌清，禤煒安，鄧家喜

(1.廣西道路結(jié)構(gòu)與材料重點實驗室，廣西　南寧　530007；2.廣西交通科學(xué)研究院，廣西　南寧　530007；3.長安大學(xué)，陜西　西安　710064)

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基于面域化的瀝青路面施工過程溫度檢測

劉斌清1，2，3，禤煒安1，2，鄧家喜1，2

(1.廣西道路結(jié)構(gòu)與材料重點實驗室，廣西南寧530007；2.廣西交通科學(xué)研究院，廣西南寧530007；3.長安大學(xué)，陜西西安710064)

文章采用紅外熱像儀對瀝青路面施工全過程溫度進(jìn)行面域化成像掃描，確定溫度分布狀況。根據(jù)面域溫度掃描結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn)瀝青路面施工溫度符合性檢驗、溫度離析狀況分析、施工過程保溫狀況評價、碾壓工藝可靠性評價，提高瀝青路面施工管理控制的科學(xué)性與準(zhǔn)確性。

瀝青路面；面域；溫度離析；紅外熱像儀；道路工程

0　引言

溫度控制是瀝青路面施工質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié)。施工溫度控制得當(dāng)，不僅可以有效保證路面壓實度，減少早期病害，也能夠提高路面實體一次性成功率，加快施工進(jìn)度，減少材料浪費及時間成本。但在實際工程項目中，由于施工溫度控制不合理而造成的路面缺陷問題相當(dāng)普遍。其原因除質(zhì)量意識差，對溫度檢測的管理力度不足以外，更主要的是瀝青路面施工現(xiàn)場溫度分布范圍較廣，施工監(jiān)控區(qū)域通常≥1 000 m2范圍，現(xiàn)有溫度檢測多依賴單點或多點檢測數(shù)據(jù)，無法及時、全面、快速、準(zhǔn)確地反映路面實際情況。如何采用一種能夠反映施工作業(yè)全面范圍的溫度測試評價方法對施工全過程、全工作面進(jìn)行快速覆蓋檢測，成為瀝青路面質(zhì)量控制檢測手段提高的關(guān)鍵。

本文借助機電工程領(lǐng)域普遍采用的紅外熱像儀，基于瀝青路面施工過程面域化溫度檢測控制的理念，進(jìn)行施工全范圍、大距離溫度掃描，實現(xiàn)瀝青路面施工過程溫度控制各個環(huán)節(jié)控制，提高瀝青路面質(zhì)量監(jiān)控的科學(xué)性。

1　面域化溫度檢測方法及理念

面域化溫度檢測評價借助于紅外熱像儀。紅外熱像儀是利用紅外探測器和光學(xué)成像物鏡接受被測目標(biāo)的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測器的光敏元件上，從而獲得紅外熱像圖，其與物體表面的熱分布場相對應(yīng)。通俗地講紅外熱像儀就是將物體發(fā)出的不可見紅外能量轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姷臒釄D像，熱圖像上面的不同顏色代表被測物體的不同溫度。紅外熱像儀與水銀溫度計檢測的溫度偏差在-2 ℃～+3 ℃之間，溫度偏差較小，檢測精度和效率高，在瀝青路面施工溫度控制上具有實用性。

采用面域化溫度檢測技術(shù)對瀝青路面施工過程進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控檢測，可以實現(xiàn)如下功能：(1)檢測面溫度值的符合性檢驗，即測試位置瀝青混合料溫度值是否滿足施工要求；(2)檢測面溫度離析狀況分析，即同一檢測面上溫度離析變異情況；(3)施工過程保溫狀況檢測評價，即通過面域檢測評判運輸?shù)仁┕きh(huán)節(jié)保溫措施是否到位，并判明薄弱環(huán)節(jié)；(4)碾壓工藝可靠性輔助評價，即通過溫度分布輔助評價碾壓環(huán)節(jié)的可靠性。

2　檢測面溫度值符合性檢驗

紅外成像儀基于面域上采集的成千上萬個點可以對固定位置進(jìn)行溫度掃描，確定一定面域范圍內(nèi)的溫度平均值，以評價瀝青混合料的溫度與施工技術(shù)要求的相符性。

根據(jù)某瀝青混合料攤鋪后面域溫度測試值情況(見表1)，所施工的70#普通瀝青混合料攤鋪后溫度基本符合低溫攤鋪條件下≥150 ℃的要求，其中一次攤鋪溫度僅為142 ℃，明顯低于攤鋪要求，未符合技術(shù)要求。該檢測值與水銀溫度計檢測的結(jié)果基本相符。

表1　某瀝青混合料攤鋪后面域溫度測試值表

3　溫度離析及改善狀況分析

在實際瀝青路面施工過程中，混合料在運輸、攤鋪等階段均會出現(xiàn)不同程度的溫度離析，尤其以運輸過程運輸車不同位置混合料溫度散失狀況不一較為明顯。混合料溫度差異較大的問題采用溫度離析標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行劃分。對于溫度離析的定量標(biāo)準(zhǔn)，國家、地區(qū)之間各有差異，其中較為權(quán)威的是NCHRP441提出的溫度離析判定標(biāo)準(zhǔn)，見表2。

表2　溫度離析標(biāo)準(zhǔn)值表

溫度離析將造成路面溫度分布不均勻，局部位置壓實度不足等問題，容易造成路面局部位置先天不良，影響路面耐久性。

評價混合料溫度離析主要從初始布料及攤鋪溫度兩方面進(jìn)行溫度離析評價。

(1)初始布料混合料溫度離析

通過對剛進(jìn)入攤鋪機螺旋布料的瀝青混合料進(jìn)行溫度面域掃描，可判斷覆蓋面內(nèi)瀝青混合料的溫度離析狀況，見圖1。

圖1　螺旋布料器紅外熱像圖

由圖1可以看出，該測試的進(jìn)入螺旋布料器內(nèi)的瀝青混合料溫度分布在146.2 ℃～166.2 ℃之間，溫度差值為20 ℃，離析程度為中度。

(2)溫度離析改善狀況

混合料經(jīng)攤鋪機螺旋布料器二次攪拌，可以使混合料重新整合，溫度離析得到緩解和減小。對上述攪拌螺旋內(nèi)的瀝青混合料攤鋪后的溫度離析狀況測試如下(見圖2～3)：

圖2　攤鋪紅外熱像圖

圖3　L1-L2斷面溫度變化曲線圖

由圖3可見，在同一時間攤鋪的橫向斷面上，瀝青混合料的最高溫度為164.9 ℃，最低溫度為148.6 ℃，溫度離析相差16.3 ℃，存在中度離析。距邊1～2 cm處瀝青混合料存在明顯溫度偏低范圍，可能與攤鋪機熨平板設(shè)置不當(dāng)有關(guān)。

根據(jù)布料前及攤鋪后瀝青混合料對比分析，經(jīng)布料螺旋攪拌后攤鋪的瀝青混合料溫度離析得到一定程度的改善，改善幅度為3.7 ℃，改善幅度較小。

對于攤鋪后出現(xiàn)溫度離析的部位，可在現(xiàn)場借助紅外成像儀溫度面域識別的特點，針對溫度偏低的位置加強局部碾壓，以克服溫度離析造成的局部壓實質(zhì)量不良問題。

4　施工過程保溫狀況評價

施工初期，可借助面域溫度識別技術(shù)對施工各環(huán)節(jié)保溫薄弱點進(jìn)行評價。特別是瀝青混合料運輸車的保溫措施，如圖4所示。

圖4　運料車紅外熱像圖

通過對運輸車表面的混合料溫度掃描，運輸車尾部鋼板位置表面溫度達(dá)86 ℃，而加肋處溫度較低，僅為50 ℃，其溫差達(dá)36 ℃。根據(jù)熱交換理論，鋼板位置較肋板處熱料散失速度快2～3倍。如將不同溫度的混合料分別直接攤鋪到路面上，該部分混合料的壓實度必然受到影響。

經(jīng)分析，造成該問題的主要原因為車位鋼板較薄，其熱傳導(dǎo)能力強，對瀝青混合料散溫較快。因此，對該運輸車應(yīng)對鋼板位置采取專項保溫措施，如圖5所示。

圖5　側(cè)板專項保溫措施示例圖

5　碾壓工藝可靠性輔助評價

瀝青路面碾壓過程中的溫度離析主要表現(xiàn)在由于路面不同位置碾壓遍數(shù)的不一致，瀝青混合料的溫度降幅也不相同。主要原因是壓路機在碾壓過程中，瀝青混合料不斷壓實，空隙減小，混合料表面散出的熱量也將減小。此外，由于鋼輪壓路機在碾壓過程中為防止瀝青粘輪需要灑水，導(dǎo)致混合料表面溫度降低。因此碾壓遍數(shù)越多的位置，瀝青混合料溫度下降得越快，其紅外熱像圖的顏色也會較暗。而碾壓后顏色仍較亮的位置，往往存在碾壓遍數(shù)不足的現(xiàn)象。檢測也發(fā)現(xiàn)，邊部及交接位置在碾壓后其溫度仍然處于較高水平，即少壓漏壓的部位，壓實效果不好。

采用紅外熱像儀對碾壓后的路面溫度進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)同一樁號附近橫向或縱向的溫度分布存在較大差異。研究中選取標(biāo)記點為A1和A2，如圖6所示。鉆芯取樣測試其壓實度，檢測結(jié)果如表3所示。

圖6　碾壓后溫度分布差異圖

取芯樁號標(biāo)志點碾壓后溫度(℃)距中樁距離(m)毛體積相對密度空隙率(%)壓實度(%)ZK3+150A157.032.5083.696.4ZK3+150A266.90.52.4515.894.2

注：壓實度以理論最大密度計算，理論最大相對密度為2.601

根據(jù)表3和圖6可看出，碾壓后路面溫度較低的位置，其壓實度均較小，并且大多屬于邊部或者交接位置，容易出現(xiàn)漏壓少壓現(xiàn)象。對同一樁號處，溫度離析越嚴(yán)重，壓實度變異越大。因此，根據(jù)紅外熱像儀的溫度圖像，可以大致檢查瀝青路面是否存在少壓漏壓或者壓實度不足的現(xiàn)象。應(yīng)盡量減少局部溫度離析，以提高路面整體壓實效果。

6　結(jié)語

通過對采用紅外熱像儀進(jìn)行瀝青路面施工過程中面域化溫度檢測的研究，可以得出以下結(jié)論：

(1)紅外熱像儀能夠全面快速地檢測瀝青路面施工過程的溫度，具有傳統(tǒng)溫度檢測工具不可比擬的優(yōu)點，較好地實現(xiàn)了瀝青路面施工過程中溫度檢測的及時、全面、快速性，提高了瀝青路面質(zhì)量管理手段的先進(jìn)性。

(2)根據(jù)紅外熱像圖明暗程度可以反映瀝青路面施工各階段、各部位的溫度離析狀況，可及時發(fā)現(xiàn)施工各環(huán)節(jié)溫度波動及問題，適時進(jìn)行技術(shù)工藝改進(jìn)或加強保溫措施。

(3)根據(jù)紅外熱像儀的溫度圖像，可以大致檢查瀝青路面是否存在少壓漏壓或者壓實度不足的現(xiàn)象，對碾壓工藝可靠性進(jìn)行輔助評價。

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Temperature Detection of Asphalt Pavement Construction Process Based on Surface Domain

LIU Bin-qing1，2，3，XUAN Wei-an1，2，DENG Jia-xi1，2

(1.Guangxi Key Laboratory of Road Structure and Materials，Nanning，Guangxi，530007；2.Guangxi Transportation Research Institute，Nanning，Guangxi，530007；3.Chang’an University，Xi’an，Shaanxi，710064)

This article applied the thermal infrared imager to conduct the surface domain imaging scan for the temperature of whole asphalt pavement construction process，and determined the temperature distribution situation.According to the scanning results of surface domain temperature，it can achieve the temperature compliance test of asphalt pavement construction，temperature segregation situation analysis，construction process insulation condition evaluation，and rolling process reliability evaluation，and can improve the scientific and accurate control of asphalt pavement construction management.

Asphalt pavement；Surface domain；Temperature segregation；Thermal infrared imager；Road engineering

2016-04-06

U416.217

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.06.006

1673-4874(2016)06-0020-04

劉斌清(1985—)，工程師，博士，研究方向：路面結(jié)構(gòu)與材料;

禤煒安(1988—)，碩士，從事公路路面材料及結(jié)構(gòu)研究工作；

鄧家喜(1973—)，碩士，高級工程師，從事公路工程科研、試驗檢測、技術(shù)咨詢工作。