大比例廠拌熱再生瀝青混合料施工過程溫度分布檢測(cè)與分析

霍繼輝

(遼寧省高速公路運(yùn)營(yíng)管理有限責(zé)任公司 沈陽(yáng)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(yuǎn)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(shí)間的拌和過程中要實(shí)現(xiàn)熱傳導(dǎo)、新舊瀝青融合，如果拌和不好，混合料易出現(xiàn)“黑石現(xiàn)象”、“外熱內(nèi)冷”現(xiàn)象，將嚴(yán)重影響再生瀝青混合料的性能，尤其是對(duì)大比例廠拌熱再生瀝青混合料，對(duì)溫度均勻性控制更為重要，結(jié)合實(shí)體工程，采用紅外熱成像儀對(duì)施工全過程溫度分布進(jìn)行檢測(cè)與分析，驗(yàn)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(shù)支持。

1 工程概況

阜新至錦州高速公路(簡(jiǎn)稱阜錦高速)為雙向四車道高速公路，路線全長(zhǎng)117.5km。總體設(shè)計(jì)方案為對(duì)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(yán)重路段根據(jù)病害發(fā)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(jìn)行表面層罩面。本次維修項(xiàng)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(xì)分離加工后的銑刨舊料，摻量比例為50%?？傮w工程分為兩年完成，計(jì)劃總工期2021年7月3日至2022年9月30日。

2 紅外熱像儀測(cè)溫原理

溫度是確定物質(zhì)狀態(tài)最重要的參數(shù)之一，熱成像測(cè)溫技術(shù)與傳統(tǒng)測(cè)溫方式相比具有較高的測(cè)量準(zhǔn)確度，測(cè)溫范圍寬，不需要與測(cè)溫對(duì)象達(dá)到熱平衡就能讀出被測(cè)物體的溫度[1-2]，所以測(cè)溫的響應(yīng)速度非?？?，可實(shí)時(shí)觀測(cè)和自動(dòng)控制，測(cè)量距離也可近可遠(yuǎn)，并且可以夜間作業(yè)[3-4]。一切溫度高于熱力學(xué)絕對(duì)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(zhǎng)，其中波長(zhǎng)范圍在0.76～1000μm之間的稱為紅外光波。紅外光具有很強(qiáng)的溫度效應(yīng)，其理論基礎(chǔ)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(zhǎng)的分布規(guī)律，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

(1)

紅外熱像儀是利用紅外探測(cè)器、光學(xué)成像物鏡和光機(jī)掃描系統(tǒng)接收被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測(cè)器的光敏元上，在光學(xué)系統(tǒng)和紅外探測(cè)器之間，有一個(gè)光機(jī)掃描機(jī)構(gòu)對(duì)被測(cè)物體的紅外熱像進(jìn)行掃描，被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測(cè)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(chǎng)相對(duì)應(yīng)。通俗地講紅外熱像儀就是將物體發(fā)出的不可見紅外能量轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姷臒釄D像。熱圖像上面的不同顏色代表被測(cè)物體的不同溫度。通過查看熱圖像，可以觀察到被測(cè)目標(biāo)的整體溫度分布狀況，研究目標(biāo)的發(fā)熱情況，從而進(jìn)行科學(xué)分析和下一步工作判斷[7]。

3 施工過程溫度分布檢測(cè)

對(duì)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(jìn)行檢測(cè)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(duì)瀝青混合料出廠到碾壓完畢過程中的溫度變化進(jìn)行跟蹤檢測(cè)，包括對(duì)裝料、卸料、攤鋪、碾壓等關(guān)鍵位置和步驟進(jìn)行觀測(cè)取像研究[7]，通過對(duì)攤鋪機(jī)后不同距離路面進(jìn)行跟蹤觀測(cè)，為施工碾壓提供技術(shù)支持。本研究采用的紅外成像攝像機(jī)由日本AVIONICS株式會(huì)社生產(chǎn)，可檢測(cè)溫度范圍-50～300℃，精度0.1℃，拍攝時(shí)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(xiàn)場(chǎng)卸料、攤鋪、碾壓全過程溫度分布檢測(cè)結(jié)果匯總?cè)绫?。

圖1 AC-16攤鋪時(shí)溫度分布(攤鋪機(jī)下)

圖2 AC-16攤鋪時(shí)溫度分布(攤鋪機(jī)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(jì)顯示175℃，料車表面熱成像檢測(cè)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(xiàn)了溫度不均勻現(xiàn)象，溫度差約8℃左右，因此建議混合料裝車完畢后，盡快進(jìn)行裹覆工作，防止表面溫度散失過快，尤其是早上、大風(fēng)天出料。

時(shí)光在工作的繁忙中，不經(jīng)意間，倏忽地流淌。當(dāng)我完成了一個(gè)科研項(xiàng)目，撰寫完研究報(bào)告之后，抬頭看了看墻上的掛歷，已經(jīng)十二月底了?。?/p>

(2)運(yùn)輸車到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)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(nèi)部溫度在155.6～165.7℃之間，這說(shuō)明在運(yùn)輸和等待過程當(dāng)中，混合料外殼溫度有所損失。

(3)攤鋪時(shí)，混合料車上溫度較低的外殼在攪籠里進(jìn)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(shí)間內(nèi)與車廂內(nèi)部的混合料達(dá)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(fēng)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(jī)(采用雙鋼輪壓路機(jī)，靜去振回)，復(fù)壓采用雙鋼輪+膠輪復(fù)合碾壓工藝盡快完成，同時(shí)建議派專人對(duì)膠輪表面及時(shí)進(jìn)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(yǎng)護(hù)施工項(xiàng)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(duì)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(jìn)行檢測(cè)(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(dǎo)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(xiàn)場(chǎng)卸料、攤鋪、碾壓全過程溫度分布檢測(cè)結(jié)果匯總?cè)绫?。

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(fù)壓)溫度分布

分析施工全過程溫度分布情況，可見：

(1)現(xiàn)場(chǎng)料車等待時(shí)間1～1.5h。運(yùn)輸車到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)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(nèi)部溫度在170℃以上，這說(shuō)明雖然混合料外殼溫度有所損失，但內(nèi)部溫度可以滿足施工需要。

(2)攪籠內(nèi)、攤鋪機(jī)下，混合料車上溫度較低的外殼在攪籠里進(jìn)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(shí)間內(nèi)無(wú)法與車廂內(nèi)部的混合料達(dá)到相同的溫度，溫差在20℃左右，存在輕微的溫度離析。但經(jīng)過攪拌后攤鋪機(jī)下的溫度主要集中在155.5～171.1℃，溫差進(jìn)一步減小(圖3)。

(3)碾壓過程，由于外界因素風(fēng)和溫度的影響混合料的溫度下降較快，在攤鋪后應(yīng)立即進(jìn)行初壓，并且每次碾壓后路面溫度會(huì)下降10℃左右，因此建議初壓緊跟攤鋪機(jī)(采用雙鋼輪壓路機(jī)，靜去振回)；在復(fù)壓時(shí)應(yīng)該采用雙鋼輪+膠輪復(fù)合碾壓工藝盡快完成，膠輪碾壓時(shí)路面溫度應(yīng)大于100℃，才能保證良好的壓實(shí)效果(圖4)，同時(shí)建議派專人對(duì)膠輪表面及時(shí)進(jìn)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(wěn)定性的技術(shù)建議

通過對(duì)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(cè)與分析，提出如下施工控制建議：

(1)通過對(duì)料車瀝青混合料溫度離析分布情況監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)拌和不均勻、溫度離析情況，尤其是雨后施工、夜間施工，指導(dǎo)拌合站及時(shí)調(diào)整拌和時(shí)間、加熱溫度、拌和溫度。

(2)混合料裝車完畢后，要盡快進(jìn)行覆蓋工作，防止表面溫度散失過快，尤其是早上、大風(fēng)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(jìn)行短暫攪拌，仍存在溫度離析現(xiàn)象，溫差在15～20℃左右，建議合理科學(xué)進(jìn)行施工組織安排，盡量減少運(yùn)料車現(xiàn)場(chǎng)等待時(shí)間。

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

(5)在夜間或環(huán)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(huì)下降10℃左右，建議初壓和復(fù)壓要緊跟攤鋪機(jī)進(jìn)行，且要盡快完成路面壓實(shí)。

5 結(jié)語(yǔ)

通過紅外熱像技術(shù)可以較準(zhǔn)確地檢測(cè)出瀝青混合料施工過程中的溫度分布情況，也驗(yàn)證了大比例廠拌熱再生瀝青混合料在阜錦高速公路應(yīng)用過程中，其溫度離析與全新料瀝青混合料相當(dāng)，滿足施工要求，同時(shí)通過對(duì)施工全過程溫度分布檢測(cè)，為瀝青混合料拌和、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓等施工環(huán)節(jié)提供技術(shù)支持，為大比例廠拌熱再生工程應(yīng)用提供了可借鑒經(jīng)驗(yàn)。