智能溫控技術(shù)在瀝青路面施工質(zhì)量控制中的應(yīng)用研究

中圖分類號(hào)：U416.217文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOl：10.13282/j.cnki.wccst.2025.01.008

文章編號(hào)：1673-4874（2025）01-0029-04

0 引言

隨著交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展，道路建設(shè)對(duì)瀝青路面施工質(zhì)量提出了更高要求。瀝青路面施工的質(zhì)量不僅直接影響道路的使用壽命，還關(guān)系到道路的平整度、耐久性和抗疲勞性能。在施工過(guò)程中，溫度是影響瀝青混合料工作性能的關(guān)鍵因素。過(guò)高或過(guò)低的溫度都會(huì)影響瀝青的可加工性和壓實(shí)效果，進(jìn)而導(dǎo)致路面早期損壞。因此，溫度控制在瀝青路面施工質(zhì)量管理中至關(guān)重要。然而，傳統(tǒng)的溫度控制依賴于人工監(jiān)測(cè)和經(jīng)驗(yàn)判斷，存在一定的滯后性和不精確性，難以實(shí)時(shí)反映施工過(guò)程中復(fù)雜的溫度變化[1]。

近年來(lái)，智能溫控技術(shù)隨著物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、傳感器技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析的發(fā)展而迅速興起。智能溫控技術(shù)通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)瀝青路面的溫度，并結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和處理，從而實(shí)現(xiàn)施工過(guò)程中的自動(dòng)化溫度調(diào)節(jié)。這不僅提高了施工溫度控制的精確性，還大大減少了人為因素帶來(lái)的誤差。智能溫控技術(shù)在瀝青路面施工中的應(yīng)用，能夠有效提高路面的壓實(shí)度、平整度，并延長(zhǎng)其使用壽命，具有廣闊的應(yīng)用前景。本文旨在研究智能溫控技術(shù)在瀝青路面施工中的應(yīng)用效果，評(píng)估其對(duì)施工質(zhì)量的實(shí)際影響，并探討進(jìn)一步優(yōu)化的可能性。

1智能溫控系統(tǒng)

1. 1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

某高速公路瀝青路面施工項(xiàng)目主要通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并調(diào)節(jié)瀝青混合料在攤鋪和壓實(shí)過(guò)程中的溫度，確保施工溫度處于最佳范圍，從而提升施工質(zhì)量。該項(xiàng)目中使用了一套智能溫控系統(tǒng)，主要由以下部分組成2：

（1）溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)：安裝在攤鋪機(jī)和壓路機(jī)上，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)瀝青表面的溫度。

（2）數(shù)據(jù)傳輸模塊：通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將溫度數(shù)據(jù)傳輸至控制中心。

（3）中央控制系統(tǒng)：根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)節(jié)施工設(shè)備的參數(shù)，如攤鋪速度、加熱器功率等，確保溫度控制在設(shè)定范圍內(nèi)。

（4）反饋機(jī)制：通過(guò)閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)整施工溫度，以確保瀝青的可加工性和壓實(shí)效果。圖1為智能溫控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

1.2系統(tǒng)功能與特點(diǎn)

智能溫控系統(tǒng)將瀝青的最佳壓實(shí)溫度設(shè)定為“ ，并通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控。施工過(guò)程中，監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)包括：瀝青攤鋪時(shí)的初始溫度 、瀝青壓實(shí)時(shí)的溫度 、路面最終壓實(shí)度 D （以百分比表示）和溫度控制精度 。

根據(jù)瀝青路面施工質(zhì)量的要求，溫度 T 直接影響壓實(shí)度 D ，兩者的關(guān)系可以通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式。假設(shè)壓實(shí)度 D 與溫度 T 之間的關(guān)系為：

式中： ——最大壓實(shí)度，假設(shè)為 98%；

T_min——最低有效溫度，假設(shè)為135；

α——與材料特性相關(guān)的常數(shù)，假設(shè)為 0.05

在施工過(guò)程中，智能溫控系統(tǒng)記錄了多組溫度與壓實(shí)度數(shù)據(jù)，見(jiàn)表1。

由表1可知，隨著施工時(shí)間的推移，瀝青的溫度逐漸降低，但由于智能溫控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，溫度的波動(dòng)范圍控制在 以內(nèi)，確保了施工過(guò)程中溫度始終在合理范圍內(nèi)。同時(shí)，從壓實(shí)度數(shù)據(jù)可以看出，隨著溫度的下降，壓實(shí)度也略有降低，但仍＞95% ，表明溫度控制系統(tǒng)對(duì)施工質(zhì)量的影響是正向的。

使用上述擬合公式可以驗(yàn)證智能溫控系統(tǒng)的壓實(shí)度預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性。當(dāng) 時(shí)，D_max=98%、 135， α=0.05 ，代入式（1）可得：

此結(jié)果表明，當(dāng)溫度下降到某個(gè)臨界點(diǎn)以下時(shí)，壓實(shí)度會(huì)急劇下降，因此保持溫度在最佳范圍內(nèi)尤為重要。通過(guò)智能溫控系統(tǒng)的控制，溫度得以穩(wěn)定，避免了壓實(shí)度大幅下降的風(fēng)險(xiǎn)。

智能溫控系統(tǒng)具有以下功能與特點(diǎn)：

（1）實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)：智能溫控系統(tǒng)利用先進(jìn)的溫度傳感器和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)瀝青攤鋪和壓實(shí)過(guò)程中的溫度數(shù)據(jù)。傳感器通常安裝在施工機(jī)械（如攤鋪機(jī)和壓路機(jī)）上，確保能夠準(zhǔn)確捕捉溫度變化。監(jiān)測(cè)的溫度數(shù)據(jù)會(huì)被即時(shí)上傳到控制中心，便于施工人員或系統(tǒng)進(jìn)行溫度調(diào)控[3]。

（2）自動(dòng)溫度調(diào)節(jié)：根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的溫度數(shù)據(jù)，智能溫控系統(tǒng)可以自動(dòng)調(diào)節(jié)施工設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)。例如，系統(tǒng)能夠調(diào)節(jié)攤鋪速度、加熱功率或滾壓頻率，以確保瀝青材料始終處于最佳溫度范圍（通常為 165℃），從而保證路面施工的質(zhì)量。

（3）數(shù)據(jù)記錄與分析：智能溫控系統(tǒng)會(huì)記錄整個(gè)施工過(guò)程中的溫度數(shù)據(jù)，并進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)分析。這有助于施工后對(duì)溫度與路面質(zhì)量之間的關(guān)系進(jìn)行評(píng)估，還可以為未來(lái)的施工提供參考。施工完成后，這些數(shù)據(jù)也可以用于質(zhì)量驗(yàn)收和故障追蹤。

（4）反饋與報(bào)警系統(tǒng)：當(dāng)監(jiān)測(cè)到溫度超出設(shè)定范圍時(shí)，智能溫控系統(tǒng)會(huì)及時(shí)發(fā)出報(bào)警，提醒施工人員采取措施，或自動(dòng)調(diào)整相關(guān)設(shè)備以恢復(fù)到正常狀態(tài)。這種反饋機(jī)制確保施工溫度不會(huì)長(zhǎng)時(shí)間偏離最優(yōu)范圍，避免施工質(zhì)量下降。

2數(shù)據(jù)采集與處理

在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，溫度數(shù)據(jù)從傳感器采集后通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街醒肟刂葡到y(tǒng)，經(jīng)過(guò)一系列的數(shù)據(jù)處理算法分析，生成控制指令反饋給施工設(shè)備。這一過(guò)程可以通過(guò)以下公式和步驟進(jìn)行描述。

2.1數(shù)據(jù)采集

傳感器實(shí)時(shí)采集的溫度數(shù)據(jù) 在第 i 秒時(shí)刻采集到的溫度為：

式中： -環(huán)境溫度，由外部條件如空氣溫度決

定 ·

—瀝青混合料的熱升溫變化（℃）。

多個(gè)傳感器組成的網(wǎng)絡(luò)，每秒鐘可以采集多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn) ，這些數(shù)據(jù)點(diǎn)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)傳輸?shù)娇刂浦行摹?/p>

2.2數(shù)據(jù)預(yù)處理

由于傳感器可能會(huì)受到噪聲干擾，通常使用移動(dòng)平均或卡爾曼濾波器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理。例如，移動(dòng)平均處理后的溫度數(shù)據(jù) 表示為：

式中： N ——濾波窗口的大小；

一"i 時(shí)刻的溫度數(shù)據(jù) 。

這一處理可以減少偶然的誤差和異常波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響。

2.3溫度預(yù)測(cè)與控制模型

智能溫控系統(tǒng)通過(guò)對(duì)歷史溫度數(shù)據(jù)的分析，建立預(yù)測(cè)模型。假設(shè)溫度變化 與時(shí)間 之間的關(guān)系可以用以下模型近似表示：

式中：

——溫度隨時(shí)間的變化率

k ——與材料和環(huán)境相關(guān)的傳熱系數(shù)；

T（t） ——當(dāng)前時(shí)刻的溫度（℃）；

T_target ——設(shè)定的目標(biāo)溫度范圍（如145℃～165 ℃）。

控制系統(tǒng)利用反饋機(jī)制，當(dāng) 超出設(shè)定范圍時(shí)，自動(dòng)調(diào)整攤鋪速度 、加熱功率 P 等施工參數(shù)，以控制溫度回到目標(biāo)范圍。控制方程為：

式中：λ和 γ ——系統(tǒng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)調(diào)整的比例系數(shù)；

——當(dāng)前攤鋪速度/ ；

P（t） ——加熱功率/kW。

在實(shí)際施工中，溫度數(shù)據(jù)與施工設(shè)備的調(diào)整參數(shù)如表2所示。

由表2可知，智能溫控系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和反饋控制，不斷調(diào)整攤鋪速度和加熱功率，以保持瀝青路面的溫度在目標(biāo)范圍內(nèi)。在第0s時(shí)，溫度保持在目標(biāo)值（ ），系統(tǒng)維持初始攤鋪速度和加熱功率；當(dāng)溫度逐漸下降至154℃時(shí)（第40s），系統(tǒng)增加了加熱功率并降低攤鋪速度，以使溫度回升；到第60s時(shí)，溫度回升至156℃，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整加熱功率和攤鋪速度，保持穩(wěn)定狀態(tài)。

3智能溫控在瀝青路面施工質(zhì)量控制中的應(yīng)用

在瀝青路面施工過(guò)程中，溫度是影響施工質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。施工中的溫度波動(dòng)會(huì)影響壓實(shí)度、平整度以及材料的抗疲勞性能，因此采用智能溫控技術(shù)對(duì)施工溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)整，是確保瀝青路面施工質(zhì)量的核心手段。質(zhì)量控制的核心在于確保施工溫度保持在設(shè)定的最佳范圍內(nèi)，并通過(guò)溫度的控制來(lái)影響路面的物理性能指標(biāo)，如壓實(shí)度、平整度等。施工質(zhì)量控制主要集中在溫度與壓實(shí)度 D 、平整度 s 之間的關(guān)系。基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論分析，瀝青路面施工質(zhì)量控制可以用以下公式描述[4]。

壓實(shí)度 D 取決于瀝青混合料的溫度 T ，可用以下經(jīng)驗(yàn)公式表示：

通過(guò)以上兩個(gè)公式，可以推導(dǎo)溫度變化對(duì)施工質(zhì)量的直接影響。在實(shí)際施工中，智能溫控系統(tǒng)會(huì)持續(xù)采集溫度數(shù)據(jù)，并根據(jù)溫度調(diào)節(jié)施工參數(shù)（如攤鋪速度、加熱功率）。通過(guò)監(jiān)控溫度變化，可以分析其對(duì)壓實(shí)度和平整度的影響。溫度與施工質(zhì)量的關(guān)系如表3所示。

由表3可知，隨著施工溫度的下降，壓實(shí)度和平整度逐漸降低，智能溫控系統(tǒng)通過(guò)調(diào)整攤鋪速度和加熱功率，盡可能將溫度控制在理想范圍內(nèi)，減緩質(zhì)量下降的速度。

根據(jù)壓實(shí)度公式，以第30S的溫度 為例， α=0.05 ，代入式（7）得：

此推導(dǎo)結(jié)果表明，在溫度較低時(shí)，壓實(shí)度迅速下降，智能溫控系統(tǒng)需要通過(guò)提高加熱功率、降低攤鋪速度、維持瀝青的施工溫度，以提高壓實(shí)效果。

平整度 s 受溫度偏差的影響，以第40s的溫度 T= 148為例， ，代入式（8）得：

由此可見(jiàn)，溫度偏差較大會(huì)導(dǎo)致平整度降低，因此控制溫度穩(wěn)定在目標(biāo)范圍內(nèi)至關(guān)重要。通過(guò)智能溫控系統(tǒng)對(duì)溫度的精確控制，可以顯著提升瀝青路面的施工質(zhì)量。數(shù)據(jù)和推導(dǎo)表明，施工溫度與壓實(shí)度和平整度密切相關(guān)。通過(guò)對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和反饋調(diào)整，施工質(zhì)量得以優(yōu)化。未來(lái)，隨著傳感器技術(shù)和智能控制算法的進(jìn)一步發(fā)展，智能溫控系統(tǒng)在瀝青路面施工中的應(yīng)用將更加廣泛，并能夠更好適應(yīng)復(fù)雜施工環(huán)境中的質(zhì)量控制需求。

4 應(yīng)用效果評(píng)估

智能溫控系統(tǒng)在瀝青路面施工中，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控和動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)施工溫度，對(duì)質(zhì)量控制產(chǎn)生了顯著的效果。本文從壓實(shí)度、平整度、施工效率、成本效益等方面，評(píng)估智能溫控技術(shù)在施工質(zhì)量控制中的應(yīng)用效果[5。

4.1壓實(shí)度提升效果

壓實(shí)度是衡量瀝青路面施工質(zhì)量的核心指標(biāo)之一。良好的壓實(shí)度能夠提高路面的承載力、抗疲勞性和耐久性，減少早期開(kāi)裂和路面變形的發(fā)生。傳統(tǒng)施工中，溫度波動(dòng)較大，容易導(dǎo)致局部壓實(shí)度不足，而智能溫控技術(shù)通過(guò)精準(zhǔn)控制溫度，顯著提升了壓實(shí)效果。通過(guò)智能溫控系統(tǒng)的溫度控制，施工溫度能夠精確維持在瀝青的最佳壓實(shí)溫度范圍內(nèi) 。智能溫控系統(tǒng)施工和傳統(tǒng)施工后壓實(shí)度的對(duì)比數(shù)據(jù)如表4和圖2所示。

由表4與圖2可知，智能溫控施工相比傳統(tǒng)施工，壓實(shí)度普遍提升 2% 左右，尤其是在溫度逐漸下降的過(guò)程中，智能溫控系統(tǒng)顯著減緩了壓實(shí)度的下降趨勢(shì)。

4.3施工效率與成本效益提升

通過(guò)智能溫控系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，施工過(guò)程中的溫度控制更加精準(zhǔn)，減少了施工中的調(diào)整時(shí)間與返工風(fēng)險(xiǎn)。傳統(tǒng)施工中，溫度波動(dòng)較大時(shí)，施工隊(duì)伍需要頻繁檢查溫度并手動(dòng)調(diào)整設(shè)備，而智能溫控系統(tǒng)的自動(dòng)化控制降低了這種干預(yù)需求，提升了整體施工效率。通過(guò)智能溫控系統(tǒng)施工，整體施工時(shí)間減少約 10% ，加熱功率使用更合理，節(jié)省了能耗。

智能溫控系統(tǒng)通過(guò)提升施工質(zhì)量和效率，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看降低了維護(hù)成本。盡管智能溫控設(shè)備的初期投資較高，但長(zhǎng)期來(lái)看，減少了路面的返修、養(yǎng)護(hù)需求，延長(zhǎng)了路面的使用壽命，從而實(shí)現(xiàn)了整體成本的節(jié)約。通過(guò)智能溫控技術(shù)，路面早期損壞減少，維護(hù)成本降低。

4.2平整度改善效果

平整度是另一個(gè)衡量路面施工質(zhì)量的重要指標(biāo)。高平整度能夠減少行駛阻力，提升車輛舒適性并降低噪聲。溫度波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致路面局部不均勻，影響平整度，而智能溫控技術(shù)通過(guò)維持穩(wěn)定溫度，確保施工過(guò)程中的均勻壓實(shí)，進(jìn)而改善路面平整度。通過(guò)使用智能溫控系統(tǒng)施工，溫度控制的精確性使得路面的平整度指標(biāo)顯著提升。智能溫控施工與傳統(tǒng)施工后的平整度對(duì)比數(shù)據(jù)如表5和圖3所示。

5結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本研究，可以清晰地看到智能溫控技術(shù)在瀝青路面施工質(zhì)量控制中的顯著效果。與傳統(tǒng)施工方法相比，智能溫控系統(tǒng)能夠更精確地控制施工溫度，顯著提升路面的壓實(shí)度和平整度，進(jìn)而提高路面的耐久性和使用壽命。數(shù)據(jù)表明，智能溫控技術(shù)不僅在施工階段能夠減少人為干預(yù)，提升施工效率，還能在長(zhǎng)遠(yuǎn)的維護(hù)和成本控制中產(chǎn)生積極影響。隨著傳感技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展，智能溫控技術(shù)將在未來(lái)的道路建設(shè)中扮演更加重要的角色，有望成為提升施工質(zhì)量和效率的核心技術(shù)之一。W

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