瀝青路面熱再生關鍵工序控制及智能化應用研究

陸亞紅

(華設檢測科技有限公司)

0 引言

瀝青路面翻鋪重修工程施工中，會產生大量的舊瀝青混合廢料，一方面對工程周邊環境產生了嚴重影響，增加了環境污染，另一方面廢料得不到循環利用，導致建設資源利用率較低，且無法提高路面性能[1]。環境污染損耗以及建設資源浪費問題，在某種程度上阻礙了公路工程建設發展。基于此，本文依據當前瀝青路面熱再生工序研究現狀及發展趨勢，開展了熱再生工序控制的多維度研究，并通過建立智能化平臺的方式，將熱再生工序控制應用到其中，使該工序呈智能化發展。

1 瀝青路面舊料摻配比例控制

瀝青路面舊料摻配比例控制對熱再生工序控制具有重要影響。本文首先對瀝青路面舊料變異性指標作出分析，評價瀝青舊料變異性。瀝青路面舊料級配變異性評價指標的計算表達式為：

其中，σr,j表示瀝青路面舊料級配通過質量百分率的標準差；φr,j表示瀝青路面舊料級配通過質量百分率的均值。通過計算，評價舊料級配變異性[2]。在此基礎上，依據瀝青路面熱再生施工技術規范中三種礦料級配范圍，設計瀝青路面舊料的級配變化范圍，表達式為：

其中，X表示瀝青路面舊料摻配比例；σq表示瀝青路面舊料級配質量通過率標準差；σ0表示熱再生施工技術規范規定的再生混合料級配質量通過率標準差。依據瀝青路面舊料級配變化范圍結果，不斷優化舊料摻配比例，最終得出效果最佳的瀝青舊料摻量[3]。

2 基于熱再生混溶狀態的工藝控制

在上述瀝青路面舊料摻配比例控制完畢后，接下來，對路面上的老化瀝青與熱再生劑混溶狀態對應的工藝進行全面控制。在瀝青路面熱再生中，再生瀝青混合料主要由三個部分組成，分別為舊瀝青路面的老化瀝青、熱再生施工所需的再生劑以及新加入的高性能瀝青[4]。通過再生劑的混溶作用，與老化瀝青發生反應，改變舊瀝青體的組分，補充缺失的部分，恢復其性能[5]。本文設計的基于熱再生混溶狀態的工藝控制中，首先，需要優化瀝青與再生劑的混溶狀態。將再生劑裹在粘度較高的舊瀝青集料外層，使其形成低粘度層。設置混溶時間，持續降低瀝青集料外層粘度，使瀝青與再生劑達到混溶平衡[6]。基于質量傳遞原理，建立再生瀝青混合料中三個組分混溶過程表達式：

其中，Ni表示再生瀝青混合料組分i混溶過程中的對流傳質質量通量；kd表示再生瀝青混合料組分混溶過程中的對流傳質系數；ΔCi表示傳質體之間存在的質量濃度差；X表示再生瀝青混合料流動方向上組分與集料平壁的距離；Mij表示再生瀝青混合料組分擴散系數；μ∞表示集料邊界層未收到平壁干擾組分的流速；v表示混合料組分運動黏度；B表示與再生混合料對流傳質類型相關的系數，取值不能大于0[7]。通過以上表達式，得出混合料組分混溶過程及狀態變化。在此基礎上，利用Hirsch 模型，以動態模量表征的方法，得出瀝青再生中舊料摻量對混溶狀態的影響，如圖1所示。

圖1 舊料摻量對瀝青混溶狀態影響

如圖1 所示，隨著舊料摻量的提高，瀝青混溶狀態呈現下降趨勢。根據舊料摻量對瀝青混溶狀態的影響，不斷調整舊料摻量，提升混溶狀態，優化瀝青再生程度。在此基礎上，基于瀝青混溶狀態的動態變化，設計熱再生工藝控制流程，如圖2所示。

圖2 基于混溶狀態的熱再生工藝控制流程

如圖2 所示，本文設計的熱再生工藝控制中，采用分層次工序控制方法，分兩個層次，有針對地進行全面控制。

3 瀝青路面熱再生施工溫度控制

基于瀝青路面熱再生混溶狀態的工藝控制結束后，在此基礎上，對熱再生施工過程中的溫度變化作出控制，全面提升瀝青路面的結構性能與壽命。基于有限元數值模擬分析方法原理，將瀝青路面底部邊界條件設置為恒定溫度，使熱交換與熱再生均發生在路面上表面與外界環境間，此時，計算瀝青路面的熱流密度，公式為：

q=qa+qc+qrs+qm⑸

式中，q表示瀝青路面對應的熱流密度，可以作為路面表面溫度場；qa表示路面能夠充分吸收的太陽輻射強度；qc表示受環境風速影響產生的對流換熱；qrs表示受環境溫度影響產生的輻射換熱；qm表示熱再生工序中加熱源的輻射換熱。綜合考慮瀝青路面熱再生工序數據提取的準確性，選取瀝青路面同一橫斷面的橫向溫度平均值，作為熱再生施工溫度[8]。根據熱再生加熱溫度場的動態變化，結合瀝青路面的實際情況及特征，多維度控制熱再生施工溫度變化。

4 建立熱再生工序控制智能化平臺

基于以上瀝青路面熱再生各項工序控制完畢后，接下來，引入智能化技術，建立瀝青路面熱再生工序控制智能化平臺，縮短工序控制周期，提高工序控制效率。建立的智能化平臺中，采用V 型架構，使平臺從多個不同的階段，實現工序智能化控制。本文建立的智能化平臺V型架構示意圖，如圖3所示。

圖3 智能化平臺V型架構示意圖

如圖3 所示，明確平臺建立的目標功能，分階段步驟，進行熱再生工序智能化控制，提高功能形象表達的質量。在智能化平臺中，通過邏輯層與視圖層的動態交互功能，獲取各個工序控制階段的瀝青路面熱再生數據。利用JavaScript 軟件，智能化分析判斷各個階段熱再生工序流程控制語句及其相應的邏輯。其次，采用if 循環，結合原瀝青路面狀況，精細化控制瀝青路面熱再生分類堆放。在此基礎上，建立平臺的云數據庫，基于云開發控制臺，可視化管理熱再生工序，存儲關鍵工序的相關數據信息，全方位實現熱再生關鍵工序控制智能化、高效化的目標。

5 對比分析

綜上，便是本文針對瀝青路面熱再生工序，提出的控制及智能化應用方法的全部流程。為了進一步驗證本文提出研究的可行性，進行了如下文所示的對比分析。以S 公路翻修工程為研究依托。將上述提出的熱再生技術工序，應用到該工程中。

選取瀝青路面抗滑性能指數SRI 作為此次對比分析的評價指標，通過橫向力系數的換算獲取，能夠有效地表征熱再生技術施工后，瀝青路面的抗滑性能。瀝青路面的構造深度能夠更加精細地描述其抗滑性能。在R瀝青路面上，隨機布設6組檢測點，標號為JCD01～06。保證檢測點布設的隨機性與客觀性，通過檢測點構造深度檢測結果，描述該點所在瀝青路面位置的抗滑性能。將本文提出的控制及智能化應用方法設置為實驗組，將傳統方法設置為對照組。依據路面檢測規程要求，利用MATLAB 模擬分析軟件，分別檢測兩種方法應用后，各組檢測點的構造深度，并對檢測數據作出整合處理，如表1所示。

表1 檢測點構造深度檢測結果

如表1所示，為兩種方法應用后，6組檢測點所在位置對應路面的構造深度檢測結果。在此基礎上，根據路面構造深度檢測結果，計算瀝青路面抗滑性能指數SRI，計算公式為：

其中，a1表示瀝青路面熱再生工序控制模型參數，取值0.105；SFC表示瀝青路面橫向力系數；SRImin表示瀝青路面熱再生標定參數，取值35.0；a0表示瀝青路面熱再生工序控制模型參數，取值28.6。通過計算，得出此次對比實驗的評價指標。在此基礎上，繪制兩種方法評價指標對比圖，如圖4所示。

圖4 實驗評價指標對比結果

根據圖4 的評價指標對比結果可知，使用本文提出的熱再生工序控制方法后，各組檢測點所在位置對應的瀝青路面的抗滑性能指數明顯高于傳統方法，均達到了92%以上，與傳統方法應用后瀝青路面抗滑性能指數存在較大差異。依據瀝青路面檢測規范可知，本文提出的研究具有較高的可行性，其路面抗滑性能較高，路面結構較好，能夠保證行車的安全。

6 結束語

通過上述提出的論述內容可知，科學的熱再生技術