紅外熱像儀在瀝青復合料施工中的應用研究

摘要 瀝青復合料溫度計測量和工程設備自帶測控溫系統測量存在技術短板，而紅外熱像儀瀝青復合料施工溫度測量技術對克服技術短板有所幫助。文章結合工程應用，介紹紅外熱像儀最佳拍攝測量距離，紅外熱像儀在瀝青復合料施工溫度檢測分析中的適用性及相關技術點，對瀝青復合料施工溫度測量、分析和控制，有技術參考性。

關鍵詞 瀝青復合料；施工溫度；紅外熱像儀；分析應用；技術研究

中圖分類號 TP274.52文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）23-0104-04

0 引言

瀝青復合料在施工過程中需要通過熱加工來達到預定的性能指標。溫度分布會直接影響瀝青復合料的流動性和黏附性，若施工溫度過低，會導致瀝青復合料凝固不充分，無法充分潤濕和黏附于基層或者填充料上，從而降低了復合料的結合強度，可能造成施工缺陷、施工質量下降；過高的溫度會導致瀝青復合料的膨脹變形，使得在冷卻后會產生微觀空隙，降低復合料的致密度，同時也會增加結構松散的可能性；溫度分布不均勻，復合料可能會由于熱脹冷縮產生應力和應變，從而導致裂縫和損壞。

溫度控制貫穿瀝青復合料的出場、運輸、鋪攤、碾壓等每一個操作環節，熱交換不可避免，在作業過程縱向存在溫度分布差異，在攤鋪機螺旋布料斷面縱向存在溫度分布差異，把握溫度分布狀態，確保復合料溫度符合工藝標準，是瀝青復合料施工必須重視的技術方面。瀝青復合料溫度檢測常見的方法是工程溫度計測量，一些工程機械本身也自帶測控溫系統，前者高溫操作有難度，人為誤差影響也較大，后者難免存在測量點固化，全面靈活機動檢測適應性不足的問題。紅外熱像儀可以幫助克服上述技術短板，某瀝青復合料路面施工工程中應用紅外熱像儀進行瀝青復合料溫度狀態分析把握，結合工程應用，這里介紹紅外熱像儀在瀝青復合料施工中的應用技術要點，希望為瀝青復合料施工溫度分析控制提供技術參考。

1 把握紅外熱像儀最佳拍攝測量距離

紅外熱像儀在適當的距離上，通過對熱源界面進行拍攝檢測獲得紅外熱像圖，通過模型計算獲得紅外熱像溫度數據分析圖，從而認識和把握分析對象的溫度及分布狀態，供工程技術控制應用，基于紅外熱像經系統自動模型計算形成的紅外熱像溫度分布柱圖，如圖1所示。

紅外熱像儀的測溫精度，跟物體自身發射率、光散射、光吸收以及儀器性能穩定性密切相關。受環境輻射的影響，隨著測量距離的加大，瀝青復合料的平均溫度相應降低，高、低溫區域采集結果發生變化。環境輻射影響下，隨著拍攝距離和觀測面積的加大，復合料高低溫度異常值發生情況增加，但平均溫度擬合線趨勢仍較為平滑。單點溫度差異性比較大，以溫度均值作為評定結果更有代表性。檢測并非攝像距離越近越好，而是要考慮檢測區域面積范圍，距離越近，檢測范圍越小，則不利于整體溫度狀態評測，反之亦然。所以，應用紅外熱像儀進行瀝青復合料施工溫度拍攝檢測，需要把握紅外熱像儀最佳拍攝測量距離^[1]。

為確定最佳拍攝距離，案例工程技術部門通過試驗檢測獲得了6種拍攝距離下紅外熱像采集的溫度值、形成的溫度值曲線、溫度修正系數，分別如表1～2，圖2～3所示。

復合料實際溫度157 ℃。結合拍攝距離的差異，所掌握的溫度修正系數可如表2所示^[2]。

回歸方程：

y=0.100 1x+0.947 4 （1）

式中，x——攝像距離（m）；y——修正系數。

綜上，紅外攝像儀拍攝距離處于0.25～1 m之間時，檢測溫度和具體的問題相差比較小，溫度修正系數為±0.05之間。但是在具體的應用環節，拍攝距離不足0.5 m時，熱像儀設備的溫度相對較高，造成拍攝速度、時間放慢，極易出現死機的情況。因此，在紅外熱像儀拍攝中，距離保持在0.5～1 m之間為宜。

2 紅外熱像儀在瀝青復合料施工溫度檢測分析中的應用

2.1 分析瀝青復合料出站和進場溫度分布狀態

（1）分析出站時溫度分布。瀝青復合料在出廠溫度控制中，屬于動態化的過程，及時操控進行骨料溫度控制，但是極易受到環境因素干擾影響，送至調拌鍋的骨料干濕狀態不可能始終一致，因此每次拌和出來的復合料溫度并不相同。通常狀態下，運料車在裝滿復合料后前往測溫處插入水銀溫度計測量溫度，溫度計僅能檢測整車復合料表面的一點或多點，對于整車內部復合料的溫度狀態把握則極易發生偏差，出站運料車不同區域瀝青復合料表面溫度如表3所示。瀝青復合料生產結束后，出倉時溫度會快速降低，所以需要出倉瞬間就要立即采集溫度，才能準確地掌握實際溫度。為了保證人員操作的安全性，一般與卸料口保持1 m左右的距離應用紅外熱像儀檢測。卸料時快速確定復合料的溫度，利用熱成像圖譜數顯與區分溫度，能快速測量復合料的最低溫度、最高溫度、溫度離析狀態等，確定溫度是否將符合技術標準^[3]。

（2）分析進場溫度分布。運料車進入到現場之后，掀開苫布時，應立即進行復合料的拍攝，測定材料表面的溫度。紅外熱像分析發現，瀝青復合料運輸階段，和環境發生熱交換，造成溫度下降速度過快，并且呈現出不均勻變化的情況，這就是溫度離析，如表4所示。在中間部位上，瀝青復合料的溫度最高，沿著兩側逐步降低，這是因為運輸環節的溫度流失嚴重所造成的。

2.2 分析瀝青復合料溫度在攤鋪機上的分布狀態

（1）檢測攤鋪機料斗溫度分布狀態。在現場攤鋪施工中，瀝青復合料最容易發生溫度變化的就是攤鋪機料斗與螺旋布料器，利用紅外熱像儀檢測確定，掌握這兩個區域內的溫度情況。為了重點了解攤鋪機料斗部位瀝青復合料溫度分布規律，通過多次拍攝并檢測復合料的溫度參數，并取溫度均值作為檢測結果，如表5所示。

數據顯示，臨近攤鋪機料斗中央部位的溫度相對較高，兩側溫度比較低。因此，在料斗兩側的部位上極易發生局部低溫結塊的問題。對于該問題來說，要及時將結塊的復合料鏟除掉，并對內部進行檢測，以免影響施工的效果。只有當復合料溫度達到施工溫度標準時，才能開始下一步施工。為了避免這種情況的發生，可以適當減少鋪攤機收斗的次數或持續時間，以減少鋪攤機料斗中溫度比較低的復合料比例。同時應注意控制瀝青復合料的溫度，確保其符合施工標準，提高施工質量。

（2）螺旋布料器的工作區域內進行溫度檢測。在螺旋布料器停機待料的環節，設備內部的材料溫度流失速度加快，這是造成溫度難以控制的重要原因。對于該區域來說，應用紅外熱像儀展開溫度測試，多次拍攝之后獲得平均參數值，如表6所示。

數據顯示，布料器處的瀝青復合料溫度分布呈現出明顯的V字形規律，溫度兩側較低、中央較高。檢測結果顯示，瀝青復合料的溫度與施工規范中的要求存在一定差異，不利于有效壓實，因此需要采取將表面低溫瀝青復合料鏟除處理。

2.3 分析瀝青復合料攤鋪時的溫度分布狀態

2.3.1 時間縱向上的溫度分布規律分析

瀝青復合料經過拌和站的運輸之后，從出廠到使用遵循如下過程：首先，將粗細集料全部都投入到烘干筒內烘干，進行篩分、干拌等處理，加入適當比例的瀝青材料，開展濕拌處理，并投入到料倉內。在干拌、濕拌階段，骨料溫度加熱到規定范圍內。但是因為設備內存在溫度慣性，所以控制精度比較低，且粗細骨料加熱時間沒有明確規定，需要人員經驗開展判斷，也不能根據骨料含水率的變化做出調整，這就使得溫度控制難度升高。經過對熱像儀檢測發現，每臺車開展攤鋪前3 min，瀝青溫度會持續降低，并不是時刻保持在最佳鋪筑溫度范圍內。這就說明，瀝青復合料的溫度縱向分布不是固定不變的，一般在攤鋪結束前3～4 min是最大值^[4]，如圖4所示。

圖4反映出瀝青復合料的溫度隨著攤鋪時間的縱向分布變化。這是因為上一臺車復合料攤鋪末期會殘留部分溫度較低的復合料，下一臺車進行卸料時，臨近尾部的溫度相對較低，隨著攤鋪不斷進行，會有明顯的溫度較低區。這一現象表明，隨著攤鋪過程的進行，瀝青復合料的溫度分布也在不斷變化，而這種變化會直接影響到路面的質量和性能。

檢測數據顯示，料車內的瀝青復合料溫度處于151～161℃之間。經過連續性攤鋪2～3 min后，檢測溫度參數，就能基本獲取攤鋪環節的復合料隨時間的溫度變化最小值；攤鋪結束前3～4 min進行檢測，能基本確定復合料隨著時間變化最大值。

經過以上分析，了解目前瀝青復合料攤鋪環節溫度變化規律。此外，對運料車的瀝青復合料進行溫度的測定，從而為后續碾壓工作開展提供支持，現場施工作業順利完成，提高施工效率。比如，攤鋪機卸載的最后3 min至后一輛車卸料前3 min，根據要求進行碾壓變化增加或者縮短碾壓距離，使得溫度下降前完成碾壓作業，保證鋪攤瀝青復合料間隙率均勻。

2.3.2 分析瀝青復合料橫向溫度分布

鋪攤機有效鋪攤寬度可達10.5 m或11 m。從瀝青復合料從卸料車輸送到鋪攤機兩端的時間差來看，溫度在傳輸過程中會呈現橫向分布規律，過程中溫度會有所降低。通過測量不同位置剛剛鋪攤出來的復合料即時溫度值，可以準確地分析評價瀝青復合料橫向溫度分布均勻性。瀝青復合料橫向溫度分布差異多發生在鋪攤機收斗，一般路肩側的溫度比較低，類似呈現“V”形溫度分布規律。

數據顯示，與中心位置較遠的區域內，溫度比較低，臨近攤鋪機中央部位的溫度是最高的。攤鋪機不斷開展運行，不斷地收斗、添加新料，溫度變化與“V”形比較相似，形式是兩側低、中間高。

2.3.3 豎向溫度分布規律

豎向溫度分布狀態如表7所示，瀝青復合料完成攤鋪后，其表面分別與下層和大氣接觸，因此上下層之間必然存在溫度差。通過分析溫度檢測數據，可以準確評估瀝青復合料溫度的垂向分布均勻性。下層表面溫度和鋪攤的瀝青復合料下表面溫度對復合料上下層連接處的溫度影響較大。如果瀝青復合料溫度過低，下層材料將無法有效地黏合。

3 結語

該文分析了紅外熱像儀在瀝青復合料施工溫度測量和相關技術研究。

（1）介紹了紅外熱像儀最佳拍攝測量距離分析成果，建議紅外熱像儀的拍攝距離以控制在0.5～1 m之間。

（2）介紹了案例工程應用紅外熱像儀進行瀝青復合料施工溫度檢測的做法及相關分析成果，包括應用紅外熱像儀分析瀝青復合料出站和進場溫度分布狀態、分析瀝青復合料溫度在攤鋪機上的分布狀態、分析瀝青復合料攤鋪時的溫度分布狀態。

（3）工程案例中分析發現，料車斗中間部位混合料溫度最高，以“V”形分布；碾壓環節開始之后，復合料的溫度變化在攤鋪后2～3 min處于最低，在臨近結束3～4 min處于最高；溫度橫向變化以“V”形存在，路幅中間相對較高，路肩部位溫度較低；豎向溫度測量中，表面與底面溫度最低，中間部位溫度最高。

（4）紅外熱像儀在瀝青路面施工中瀝青離析溫度控制測量上也適用，因篇幅原因未述及，有待另文介紹。

參考文獻

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[2]樂啟清. 紅外熱成像檢測技術在瀝青混合料制備過程中應用研究[D]. 西安：長安大學， 2015.

[3]李云紅. 基于紅外熱像儀的溫度測量技術及其應用研究[D]. 哈爾濱：哈爾濱工業大學，2010.

[4]張永健， 張川. 紅外熱成像法在路面檢測中的應用[J]. 建材世界， 2013（5）： 53-55.

收稿日期：2023-10-15

作者簡介：鄧名?。?986—），男，本科，工程師，從事公路橋梁建設管理工作。