瀝青混合料壓實時間與溫度變化的影響分析

徐全亮

(北京交科公路勘察設計研究院有限公司，北京 100191)

在不同因素的影響下，瀝青路面的質量有所不同。而在碾壓過程中，溫度是影響碾壓效果的一個關鍵因素，將溫度因素把控好，將會大大提高碾壓效果，保證路面質量。一般情況下，碾壓時的溫度越高，瀝青路面的越容易塑形，越容易將路面壓實，路面的平整度相對也會更高。但并非溫度越高越好，如果溫度過高會使得瀝青混合料出現(xiàn)裂紋或隆起[1-5]，可能還會出現(xiàn)前輪推料的狀況；軋制時的溫度越低，達到更高水平的路面所需的壓力[6]越大，使得軋制工作非常困難。所以，在壓實研究中，最重要的是合理把握碾壓溫度，使壓實達到較好的效果。本文的研究方法采用現(xiàn)場試驗的方法，選擇青臨高速公路為試驗路，在試驗路段展開測試，獲得試驗數(shù)據以研究在壓實期間瀝青混合料的溫度場變化，以確定適當?shù)膲簩崟r間[7]。試驗所得到的結論將應用于實際施工過程中，對于施工質量的提高有非凡影響。

1 攤鋪瀝青混合料前的試驗準備

本試驗選擇的是青臨高速公路試驗路，其路面結構分為三層：下面層是6 cm的AC-13，中間層是5 cm的AC-10，上面層是4 cm的SMA-13，如圖1所示。在進行本次試驗之前，該高速路段路面施工已經接近尾聲，下面層和中間層已經攤鋪完成，因此，僅測試上層，并且在鋪路時記錄上層中每點的溫度。

圖1 青林高速公路試驗路路面結構圖

(1)測試內容：在對上面層瀝青混合料進行攤鋪的同時，將各點溫度詳細記錄下來并分析各點溫度的變化情況；試驗前分析可能會對瀝青混合料溫度變化產生影響的因素有：外界氣溫、陽光輻射、風力大小以及混合料攤鋪厚度[8]。

(2)測試方案：在中面層攤鋪結束后，將溫度傳感器用支架合理布置在路面上。在上面層的上、中、下部分分別設置傳感器，同時保證傳感器均勻分布；實驗開始初期，因為在較短的時間里溫度會產生較大的變化，所以縮短記錄溫度變化數(shù)據的時間間隔，對各層點的溫度變化詳實記錄，記錄包括外界氣溫，陽光輻射和風力大??；在攤鋪碾壓快結束時，溫度的變化量和速度變小，可將記錄數(shù)據的時間間隔加大，間隔時間呈逐漸上升趨勢。

2 試驗開展及結果分析

2.1 瀝青混合料攤鋪試驗結果及分析

在大氣溫度和太陽輻射的兩個變量相同的情況下，如果鋪路時的風速大，則瀝青混合物的溫度迅速下降。實驗分兩次進行，分別選擇風速不同的兩天進行，僅測試上面層瀝青混合料。在初壓階段，風速對溫度變化的影響不明顯，但隨著鋪設的進行，兩者的溫度開始有很大的差距。 在攤鋪前46 min，兩者之間的溫差為13.5℃，當風速很大時，經過21 min之后溫度降到了100℃，當風力變化減小時，經過28.5 min以后，瀝青混合物的溫度降至100℃。具體的實驗數(shù)據變化如圖2所示。所以，在保證其他變量不變的情況下，風速較小時可以延長大約7.5 min的時間。 由于風速對溫度場有不可忽視的影響，在實際施工時，若遇到風速較大的狀況時，應及時進行碾壓，以免錯過最佳碾壓時間，影響工程質量。

圖2 風力大小對瀝青混合料溫度變化折線圖

在太陽輻射和風速穩(wěn)定時，選擇在上午7: 00進行溫度測量，測量點選擇同一位置的中面層和下面層兩個點。實驗結果表明，中面層溫度下降的速度比下面層的速度更快，在碾壓工作進行到7:20時，試驗數(shù)據顯示兩個點的溫度相差將近16.5℃；在碾壓工作進行到8:00時，兩個點的溫度仍相差11.5℃，具體實驗數(shù)據變化如圖3所示。試驗結果顯示，當外部環(huán)境溫度處于較低值時，與瀝青混合料上面層溫度相差較大。當空氣產生對流和間接熱傳遞加強時，瀝青混合料中面層的溫度要低于下面層。因此，外界環(huán)境溫度較低時會加快上面層和中面層溫度的散失，需加快壓實速度；外界環(huán)境溫度較高時會對溫度的損失起到減緩作用，進而壓實時間也會相應延長，有利于施工機械的工作時間得到支撐，從而保證壓實的質量。

圖3 瀝青混合料溫度變化受大氣溫度影響折線圖

在瀝青混合料攤鋪和壓實的過程中，陽光輻射也會導致溫度產生變化。本文選擇了同一位置上面層和下面層兩個點進行測量。在壓實開始時，兩點之間的溫差約為1.5℃。15 min后再次測量，兩個點的溫度差有了明顯變化，太陽輻射值大的點溫度下降的相對較慢， 而對于另一點來說，溫度下降的較快。攤鋪開始后的30 min測量顯示，兩點的溫度相差5℃以上，伴隨著持續(xù)碾壓，溫差繼續(xù)變化，如圖4所示。通過分析，當太陽輻射值較大時，混合料的溫度下降到一定數(shù)值的時間會延長3～5 min。 所以，當在陰天施工時，太陽輻射值較小，溫度下降的速度較快，應加快碾壓的速度。

圖4 瀝青混合料溫度受陽光輻射影響折線圖

在攤鋪壓實的過程中，瀝青混合料的攤鋪厚度對溫度變化的影響很小。在碾壓初期，兩者差距很小，溫度下降的速率差異小，但是兩者溫度差的變化，在攤鋪后的5 min后明顯顯現(xiàn)。在鋪設期間具有較大厚度的測量點的溫度下降小于具有較小厚度的測量點的溫度下降。在攤鋪開始15 min之后，兩者的溫度差達到了6℃。伴隨著持續(xù)碾壓，溫度差值會較長時間，并且溫度差值的變化，呈現(xiàn)出不斷擴大的趨勢，具體實驗數(shù)據變化如圖5所示。因此，通過測驗數(shù)據分析，瀝青混合料攤鋪的厚度較大時，碾壓時間延長5～10 min；瀝青混合料攤鋪的厚度較小時，應加快壓實，縮短壓實時間，在瀝青混合料達到最低壓實溫度之前完成壓實。

圖5 瀝青混合料溫度受攤鋪厚度影響折線圖

總之，當瀝青混合物在開始鋪設或鋪設時，溫度下降得更快，并且隨著碾壓繼續(xù)，溫度下降速率降低。在碾壓過程中，外界環(huán)境各因素對溫度的影響程度不同，其中影響最大的是攤鋪厚度，其次是風速，然后是大氣溫度，接著是太陽輻射，最后是混合料類型。

2.2 有效壓實時間的回歸分析

建立模型之前，分析各影響因素與壓實時間之間的影響關系，確定參數(shù)，展開多元回歸分析[9]，從而得出預測壓實時間的模型：

在上述建立的模型中，t表示有效壓實時間的預測值，單位：分鐘；a,c,c,d,e,f為待定系數(shù)；x1表示大氣溫度，單位：℃；x2表示風速，單位：m/s；x3表示太陽輻射，單位W/m2；x4表示初壓溫度，單位：℃；x5表示厚度，單位：cm。利用數(shù)理統(tǒng)計多元回歸方法，優(yōu)化求解上式的待定系數(shù)。求得的回歸模型存在標準誤差，數(shù)值為1.432，相關系數(shù)R=0.986，說明回歸模型回歸性良好。

在現(xiàn)場測試時，青臨高速公路試驗段在攤鋪時的基本狀況如下：初壓溫度：160℃；攤鋪厚度：4 cm；大氣溫度：24～32℃；風速：1.5～3.0 m/s；太陽輻射：260～600 W/m2。

通過以上多元回歸方程，得出該路段；瀝青混合料的有效壓實時間為22～28min。因此，為確保瀝青混合料的碾壓質量，應注意碾壓時間，并組織機械與人力相配合，達到最佳碾壓效果。

3 結語

通過對試驗路段進行現(xiàn)場測試，研究瀝青混合料的溫度在碾壓過程中的變化狀況，經過以上試驗路段的測試，研究溫度隨瀝青混合料壓實過程的變化，以及溫度場受各環(huán)境的影響狀況，從而探究出瀝青混合料的有效壓實時間，結論如下：

(1)瀝青混合料在攤鋪開始階段溫度下降的速度最快，熱量散失較大，當攤鋪工作開展到5～6 min時，溫度開始產生較大幅度下降，大約在21～26℃；在溫度經歷較大幅度下降之后，溫度變化量逐漸變小。因此，在攤鋪過程中壓實機械應緊跟攤鋪機，合理確定壓實段的長度，碾壓時的溫度越高，能有效避免熱量散失，提高路面的壓實質量。

(2)對瀝青混合料溫度產生影響的因素包括外界氣溫、陽光輻射、風力大小以及混合料攤鋪厚度。外界環(huán)境各因素對碾壓過程中溫度的影響程度不同，其中影響最大的是攤鋪厚度，其次是風速，然后是大氣溫度，接著是太陽輻射，最后是混合料類型。

(3)對各影響因素展開回歸分析，確定氣溫、陽光輻射、風力大小與壓實時間之間存在的數(shù)量關系，建立了瀝青混合料壓實時間與影響因素的關系模型。