大比例廠拌熱再生瀝青混合料施工過程溫度分布檢測與分析

霍繼輝

(遼寧省高速公路運營管理有限責任公司 沈陽市 110003)

0 引言

大比例廠拌熱再生瀝青混合料在拌和過程中，由于舊料加熱溫度較低(一般在110～130℃)，遠低于原生料加熱溫度(一般在180～200℃)，在新料與舊料在拌缸中有限時間的拌和過程中要實現熱傳導、新舊瀝青融合，如果拌和不好，混合料易出現“黑石現象”、“外熱內冷”現象，將嚴重影響再生瀝青混合料的性能，尤其是對大比例廠拌熱再生瀝青混合料，對溫度均勻性控制更為重要，結合實體工程，采用紅外熱成像儀對施工全過程溫度分布進行檢測與分析，驗證大比例廠拌熱再生混合料施工的均勻性，為施工中控制溫度離析及碾壓工藝提供技術支持。

1 工程概況

阜新至錦州高速公路(簡稱阜錦高速)為雙向四車道高速公路，路線全長117.5km。總體設計方案為對主線行車道和超車道銑刨2.5cm，硬路肩銑刨0.5cm后處理路面病害，之后整體加鋪4cm瀝青瑪蹄脂碎石混合料SMA-13L。部分路面破損嚴重路段根據病害發生位置將上、中面層或整體瀝青層銑刨后，依次攤鋪中粒式改性瀝青混凝土LAC-20和中粒式改性瀝青混凝土LAC-16，之后進行表面層罩面。本次維修項目所用SMA-13L、LAC-16和LAC-20均采用廠拌熱再生改性瀝青混合料，其中SMA-13L舊料摻量為20%，LAC-16和LAC-20采用精細分離加工后的銑刨舊料，摻量比例為50%。總體工程分為兩年完成，計劃總工期2021年7月3日至2022年9月30日。

2 紅外熱像儀測溫原理

溫度是確定物質狀態最重要的參數之一，熱成像測溫技術與傳統測溫方式相比具有較高的測量準確度，測溫范圍寬，不需要與測溫對象達到熱平衡就能讀出被測物體的溫度[1-2]，所以測溫的響應速度非常快，可實時觀測和自動控制，測量距離也可近可遠，并且可以夜間作業[3-4]。一切溫度高于熱力學絕對零度(T=-273.15℃)的物體都以電磁波的形式向外輻射能量，由于輻射能包括各種波長，其中波長范圍在0.76～1000μm之間的稱為紅外光波。紅外光具有很強的溫度效應，其理論基礎是普朗克分布定律[5-6]，該定律揭示了黑體輻射能量在不同溫度下按波長的分布規律，其數學表達式為：

(1)

紅外熱像儀是利用紅外探測器、光學成像物鏡和光機掃描系統接收被測目標的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測器的光敏元上，在光學系統和紅外探測器之間，有一個光機掃描機構對被測物體的紅外熱像進行掃描，被測目標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，這種熱像圖與物體表面的熱分布場相對應。通俗地講紅外熱像儀就是將物體發出的不可見紅外能量轉變為可見的熱圖像。熱圖像上面的不同顏色代表被測物體的不同溫度。通過查看熱圖像，可以觀察到被測目標的整體溫度分布狀況，研究目標的發熱情況，從而進行科學分析和下一步工作判斷[7]。

3 施工過程溫度分布檢測

對LAC-16(50%RAP)再生瀝青混合料白天和夜間施工過程溫度離析進行檢測與分析。

3.1 LAC-16(50%RAP)再生瀝青混合料(白天施工)

采用紅外熱像儀對瀝青混合料出廠到碾壓完畢過程中的溫度變化進行跟蹤檢測，包括對裝料、卸料、攤鋪、碾壓等關鍵位置和步驟進行觀測取像研究[7]，通過對攤鋪機后不同距離路面進行跟蹤觀測，為施工碾壓提供技術支持。本研究采用的紅外成像攝像機由日本AVIONICS株式會社生產，可檢測溫度范圍-50～300℃，精度0.1℃，拍攝時間為2021年8月18日。

LAC-16(50%RAP)再生瀝青混合料攤鋪、碾壓施工過程熱成像溫度分布代表圖如圖1、圖2，從拌合站裝料，到現場卸料、攤鋪、碾壓全過程溫度分布檢測結果匯總如表1。

圖1 AC-16攤鋪時溫度分布(攤鋪機下)

圖2 AC-16攤鋪時溫度分布(攤鋪機后200m)

表1 LAC-16(50%RAP)施工過程溫度分布情況匯總表

分析施工全過程溫度分布情況，可見：

(1)瀝青混合料在拌合站裝車后，插入式溫度計顯示175℃，料車表面熱成像檢測溫度在132.6～140.7℃之間，清晨出料，由于表面層溫度降溫較快，表面層出現了溫度不均勻現象，溫度差約8℃左右，因此建議混合料裝車完畢后，盡快進行裹覆工作，防止表面溫度散失過快，尤其是早上、大風天出料。

時光在工作的繁忙中，不經意間，倏忽地流淌。當我完成了一個科研項目，撰寫完研究報告之后，抬頭看了看墻上的掛歷，已經十二月底了啊！

(2)運輸車到達現場準備卸料，室外溫度28.6℃，揭開覆蓋后，其表面溫度在125.6～139.5℃之間，內部溫度在155.6～165.7℃之間，這說明在運輸和等待過程當中，混合料外殼溫度有所損失。

(3)攤鋪時，混合料車上溫度較低的外殼在攪籠里進行了攪拌，溫度得到一定的均衡分布，主要集中在145～155℃之間，但是很難在短時間內與車廂內部的混合料達到相同的溫度，溫差在20℃左右，存在輕微的溫度離析。

(4)攤鋪后50～100m在外界因素風和溫度的影響下，混合料的溫度下降較快，大約降溫40℃左右，在100～200m間溫度下降較慢。因此建議初壓緊跟攤鋪機(采用雙鋼輪壓路機，靜去振回)，復壓采用雙鋼輪+膠輪復合碾壓工藝盡快完成，同時建議派專人對膠輪表面及時進行涂抹植物油等防粘輪處理工作。

3.2 LAC-16(50%RAP)再生瀝青混合料(夜間施工)

考慮到養護施工項目夜間施工較多，為研究夜間施工中瀝青混合料溫度變化情況，采用紅外熱像儀對其在夜間(2021年8月18日21:00)攤鋪碾壓過程中的溫度變化進行檢測(表2)，分析大比例廠拌熱再生瀝青混合料在夜間施工全過程溫度分布及損失情況，指導施工[7]。LAC-16(50%RAP)再生瀝青混合料攤鋪、碾壓施工過程熱成像溫度分布代表圖如圖3、圖4，現場卸料、攤鋪、碾壓全過程溫度分布檢測結果匯總如表2。

表2 LAC-16(50%RAP)施工過程溫度分布情況匯總表

圖3 攤鋪溫度分布

圖4 膠輪碾壓(復壓)溫度分布

分析施工全過程溫度分布情況，可見：

(1)現場料車等待時間1～1.5h。運輸車到達現場準備卸料，室外溫度27.3℃，揭開覆蓋后，其表面溫度在100.4～119.9℃之間，內部溫度在170℃以上，這說明雖然混合料外殼溫度有所損失，但內部溫度可以滿足施工需要。

(2)攪籠內、攤鋪機下，混合料車上溫度較低的外殼在攪籠里進行了攪拌，溫度得到一定的均衡分布，主要集中在146.1～167.7℃之間，但是存在短時間內無法與車廂內部的混合料達到相同的溫度，溫差在20℃左右，存在輕微的溫度離析。但經過攪拌后攤鋪機下的溫度主要集中在155.5～171.1℃，溫差進一步減小(圖3)。

(3)碾壓過程，由于外界因素風和溫度的影響混合料的溫度下降較快，在攤鋪后應立即進行初壓，并且每次碾壓后路面溫度會下降10℃左右，因此建議初壓緊跟攤鋪機(采用雙鋼輪壓路機，靜去振回)；在復壓時應該采用雙鋼輪+膠輪復合碾壓工藝盡快完成，膠輪碾壓時路面溫度應大于100℃，才能保證良好的壓實效果(圖4)，同時建議派專人對膠輪表面及時進行涂抹植物油等清理工作。

4 提高大比例廠拌熱再生混合料溫度穩定性的技術建議

通過對大比例廠拌熱再生瀝青混合料施工過程中溫度分布情況的檢測與分析，提出如下施工控制建議：

(1)通過對料車瀝青混合料溫度離析分布情況監測，及時發現拌和不均勻、溫度離析情況，尤其是雨后施工、夜間施工，指導拌合站及時調整拌和時間、加熱溫度、拌和溫度。

(2)混合料裝車完畢后，要盡快進行覆蓋工作，防止表面溫度散失過快，尤其是早上、大風天出料。

(3)料車等待期間，混合料表面溫度損失較快，即使在攪籠里進行短暫攪拌，仍存在溫度離析現象，溫差在15～20℃左右，建議合理科學進行施工組織安排，盡量減少運料車現場等待時間。

(4)混合料攤鋪后距離攤鋪機50～100m，混合料的溫度下降較快，大約降溫40℃左右。建議及時進行初壓和復壓，要控制在100m范圍內完成，同時要在溫度較高時進行膠輪碾壓，保證壓實效果。

(5)在夜間或環境溫度較低情況下，混合料的溫度下降較快，每次碾壓后路面溫度會下降10℃左右，建議初壓和復壓要緊跟攤鋪機進行，且要盡快完成路面壓實。

5 結語

通過紅外熱像技術可以較準確地檢測出瀝青混合料施工過程中的溫度分布情況，也驗證了大比例廠拌熱再生瀝青混合料在阜錦高速公路應用過程中，其溫度離析與全新料瀝青混合料相當，滿足施工要求，同時通過對施工全過程溫度分布檢測，為瀝青混合料拌和、運輸、攤鋪、碾壓等施工環節提供技術支持，為大比例廠拌熱再生工程應用提供了可借鑒經驗。