大比例厂拌热再生沥青混合料施工过程温度分布检测与分析

霍继辉

(辽宁省高速公路运营管理有限责任公司 沈阳市 110003)

0 引言

大比例厂拌热再生沥青混合料在拌和过程中，由于旧料加热温度较低(一般在110～130℃)，远低于原生料加热温度(一般在180～200℃)，在新料与旧料在拌缸中有限时间的拌和过程中要实现热传导、新旧沥青融合，如果拌和不好，混合料易出现“黑石现象”、“外热内冷”现象，将严重影响再生沥青混合料的性能，尤其是对大比例厂拌热再生沥青混合料，对温度均匀性控制更为重要，结合实体工程，采用红外热成像仪对施工全过程温度分布进行检测与分析，验证大比例厂拌热再生混合料施工的均匀性，为施工中控制温度离析及碾压工艺提供技术支持。

1 工程概况

阜新至锦州高速公路(简称阜锦高速)为双向四车道高速公路，路线全长117.5km。总体设计方案为对主线行车道和超车道铣刨2.5cm，硬路肩铣刨0.5cm后处理路面病害，之后整体加铺4cm沥青玛蹄脂碎石混合料SMA-13L。部分路面破损严重路段根据病害发生位置将上、中面层或整体沥青层铣刨后，依次摊铺中粒式改性沥青混凝土LAC-20和中粒式改性沥青混凝土LAC-16，之后进行表面层罩面。本次维修项目所用SMA-13L、LAC-16和LAC-20均采用厂拌热再生改性沥青混合料，其中SMA-13L旧料掺量为20%，LAC-16和LAC-20采用精细分离加工后的铣刨旧料，掺量比例为50%。总体工程分为两年完成，计划总工期2021年7月3日至2022年9月30日。

2 红外热像仪测温原理

温度是确定物质状态最重要的参数之一，热成像测温技术与传统测温方式相比具有较高的测量准确度，测温范围宽，不需要与测温对象达到热平衡就能读出被测物体的温度[1-2]，所以测温的响应速度非常快，可实时观测和自动控制，测量距离也可近可远，并且可以夜间作业[3-4]。一切温度高于热力学绝对零度(T=-273.15℃)的物体都以电磁波的形式向外辐射能量，由于辐射能包括各种波长，其中波长范围在0.76～1000μm之间的称为红外光波。红外光具有很强的温度效应，其理论基础是普朗克分布定律[5-6]，该定律揭示了黑体辐射能量在不同温度下按波长的分布规律，其数学表达式为：

(1)

红外热像仪是利用红外探测器、光学成像物镜和光机扫描系统接收被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元上，在光学系统和红外探测器之间，有一个光机扫描机构对被测物体的红外热像进行扫描，被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元件上，从而获得红外热像图，这种热像图与物体表面的热分布场相对应。通俗地讲红外热像仪就是将物体发出的不可见红外能量转变为可见的热图像。热图像上面的不同颜色代表被测物体的不同温度。通过查看热图像，可以观察到被测目标的整体温度分布状况，研究目标的发热情况，从而进行科学分析和下一步工作判断[7]。

3 施工过程温度分布检测

对LAC-16(50%RAP)再生沥青混合料白天和夜间施工过程温度离析进行检测与分析。

3.1 LAC-16(50%RAP)再生沥青混合料(白天施工)

采用红外热像仪对沥青混合料出厂到碾压完毕过程中的温度变化进行跟踪检测，包括对装料、卸料、摊铺、碾压等关键位置和步骤进行观测取像研究[7]，通过对摊铺机后不同距离路面进行跟踪观测，为施工碾压提供技术支持。本研究采用的红外成像摄像机由日本AVIONICS株式会社生产，可检测温度范围-50～300℃，精度0.1℃，拍摄时间为2021年8月18日。

LAC-16(50%RAP)再生沥青混合料摊铺、碾压施工过程热成像温度分布代表图如图1、图2，从拌合站装料，到现场卸料、摊铺、碾压全过程温度分布检测结果汇总如表1。

图1 AC-16摊铺时温度分布(摊铺机下)

图2 AC-16摊铺时温度分布(摊铺机后200m)

表1 LAC-16(50%RAP)施工过程温度分布情况汇总表

分析施工全过程温度分布情况，可见：

(1)沥青混合料在拌合站装车后，插入式温度计显示175℃，料车表面热成像检测温度在132.6～140.7℃之间，清晨出料，由于表面层温度降温较快，表面层出现了温度不均匀现象，温度差约8℃左右，因此建议混合料装车完毕后，尽快进行裹覆工作，防止表面温度散失过快，尤其是早上、大风天出料。

时光在工作的繁忙中，不经意间，倏忽地流淌。当我完成了一个科研项目，撰写完研究报告之后，抬头看了看墙上的挂历，已经十二月底了啊！

(2)运输车到达现场准备卸料，室外温度28.6℃，揭开覆盖后，其表面温度在125.6～139.5℃之间，内部温度在155.6～165.7℃之间，这说明在运输和等待过程当中，混合料外壳温度有所损失。

(3)摊铺时，混合料车上温度较低的外壳在搅笼里进行了搅拌，温度得到一定的均衡分布，主要集中在145～155℃之间，但是很难在短时间内与车厢内部的混合料达到相同的温度，温差在20℃左右，存在轻微的温度离析。

(4)摊铺后50～100m在外界因素风和温度的影响下，混合料的温度下降较快，大约降温40℃左右，在100～200m间温度下降较慢。因此建议初压紧跟摊铺机(采用双钢轮压路机，静去振回)，复压采用双钢轮+胶轮复合碾压工艺尽快完成，同时建议派专人对胶轮表面及时进行涂抹植物油等防粘轮处理工作。

3.2 LAC-16(50%RAP)再生沥青混合料(夜间施工)

考虑到养护施工项目夜间施工较多，为研究夜间施工中沥青混合料温度变化情况，采用红外热像仪对其在夜间(2021年8月18日21:00)摊铺碾压过程中的温度变化进行检测(表2)，分析大比例厂拌热再生沥青混合料在夜间施工全过程温度分布及损失情况，指导施工[7]。LAC-16(50%RAP)再生沥青混合料摊铺、碾压施工过程热成像温度分布代表图如图3、图4，现场卸料、摊铺、碾压全过程温度分布检测结果汇总如表2。

表2 LAC-16(50%RAP)施工过程温度分布情况汇总表

图3 摊铺温度分布

图4 胶轮碾压(复压)温度分布

分析施工全过程温度分布情况，可见：

(1)现场料车等待时间1～1.5h。运输车到达现场准备卸料，室外温度27.3℃，揭开覆盖后，其表面温度在100.4～119.9℃之间，内部温度在170℃以上，这说明虽然混合料外壳温度有所损失，但内部温度可以满足施工需要。

(2)搅笼内、摊铺机下，混合料车上温度较低的外壳在搅笼里进行了搅拌，温度得到一定的均衡分布，主要集中在146.1～167.7℃之间，但是存在短时间内无法与车厢内部的混合料达到相同的温度，温差在20℃左右，存在轻微的温度离析。但经过搅拌后摊铺机下的温度主要集中在155.5～171.1℃，温差进一步减小(图3)。

(3)碾压过程，由于外界因素风和温度的影响混合料的温度下降较快，在摊铺后应立即进行初压，并且每次碾压后路面温度会下降10℃左右，因此建议初压紧跟摊铺机(采用双钢轮压路机，静去振回)；在复压时应该采用双钢轮+胶轮复合碾压工艺尽快完成，胶轮碾压时路面温度应大于100℃，才能保证良好的压实效果(图4)，同时建议派专人对胶轮表面及时进行涂抹植物油等清理工作。

4 提高大比例厂拌热再生混合料温度稳定性的技术建议

通过对大比例厂拌热再生沥青混合料施工过程中温度分布情况的检测与分析，提出如下施工控制建议：

(1)通过对料车沥青混合料温度离析分布情况监测，及时发现拌和不均匀、温度离析情况，尤其是雨后施工、夜间施工，指导拌合站及时调整拌和时间、加热温度、拌和温度。

(2)混合料装车完毕后，要尽快进行覆盖工作，防止表面温度散失过快，尤其是早上、大风天出料。

(3)料车等待期间，混合料表面温度损失较快，即使在搅笼里进行短暂搅拌，仍存在温度离析现象，温差在15～20℃左右，建议合理科学进行施工组织安排，尽量减少运料车现场等待时间。

(4)混合料摊铺后距离摊铺机50～100m，混合料的温度下降较快，大约降温40℃左右。建议及时进行初压和复压，要控制在100m范围内完成，同时要在温度较高时进行胶轮碾压，保证压实效果。

(5)在夜间或环境温度较低情况下，混合料的温度下降较快，每次碾压后路面温度会下降10℃左右，建议初压和复压要紧跟摊铺机进行，且要尽快完成路面压实。

5 结语

通过红外热像技术可以较准确地检测出沥青混合料施工过程中的温度分布情况，也验证了大比例厂拌热再生沥青混合料在阜锦高速公路应用过程中，其温度离析与全新料沥青混合料相当，满足施工要求，同时通过对施工全过程温度分布检测，为沥青混合料拌和、运输、摊铺、碾压等施工环节提供技术支持，为大比例厂拌热再生工程应用提供了可借鉴经验。