瀝青路面熱再生關(guān)鍵工序控制及智能化應(yīng)用研究

陸亞紅

(華設(shè)檢測(cè)科技有限公司)

0 引言

瀝青路面翻鋪重修工程施工中，會(huì)產(chǎn)生大量的舊瀝青混合廢料，一方面對(duì)工程周邊環(huán)境產(chǎn)生了嚴(yán)重影響，增加了環(huán)境污染，另一方面廢料得不到循環(huán)利用，導(dǎo)致建設(shè)資源利用率較低，且無(wú)法提高路面性能[1]。環(huán)境污染損耗以及建設(shè)資源浪費(fèi)問(wèn)題，在某種程度上阻礙了公路工程建設(shè)發(fā)展?；诖耍疚囊罁?jù)當(dāng)前瀝青路面熱再生工序研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，開(kāi)展了熱再生工序控制的多維度研究，并通過(guò)建立智能化平臺(tái)的方式，將熱再生工序控制應(yīng)用到其中，使該工序呈智能化發(fā)展。

1 瀝青路面舊料摻配比例控制

瀝青路面舊料摻配比例控制對(duì)熱再生工序控制具有重要影響。本文首先對(duì)瀝青路面舊料變異性指標(biāo)作出分析，評(píng)價(jià)瀝青舊料變異性。瀝青路面舊料級(jí)配變異性評(píng)價(jià)指標(biāo)的計(jì)算表達(dá)式為：

其中，σr,j表示瀝青路面舊料級(jí)配通過(guò)質(zhì)量百分率的標(biāo)準(zhǔn)差；φr,j表示瀝青路面舊料級(jí)配通過(guò)質(zhì)量百分率的均值。通過(guò)計(jì)算，評(píng)價(jià)舊料級(jí)配變異性[2]。在此基礎(chǔ)上，依據(jù)瀝青路面熱再生施工技術(shù)規(guī)范中三種礦料級(jí)配范圍，設(shè)計(jì)瀝青路面舊料的級(jí)配變化范圍，表達(dá)式為：

其中，X表示瀝青路面舊料摻配比例；σq表示瀝青路面舊料級(jí)配質(zhì)量通過(guò)率標(biāo)準(zhǔn)差；σ0表示熱再生施工技術(shù)規(guī)范規(guī)定的再生混合料級(jí)配質(zhì)量通過(guò)率標(biāo)準(zhǔn)差。依據(jù)瀝青路面舊料級(jí)配變化范圍結(jié)果，不斷優(yōu)化舊料摻配比例，最終得出效果最佳的瀝青舊料摻量[3]。

2 基于熱再生混溶狀態(tài)的工藝控制

在上述瀝青路面舊料摻配比例控制完畢后，接下來(lái)，對(duì)路面上的老化瀝青與熱再生劑混溶狀態(tài)對(duì)應(yīng)的工藝進(jìn)行全面控制。在瀝青路面熱再生中，再生瀝青混合料主要由三個(gè)部分組成，分別為舊瀝青路面的老化瀝青、熱再生施工所需的再生劑以及新加入的高性能瀝青[4]。通過(guò)再生劑的混溶作用，與老化瀝青發(fā)生反應(yīng)，改變舊瀝青體的組分，補(bǔ)充缺失的部分，恢復(fù)其性能[5]。本文設(shè)計(jì)的基于熱再生混溶狀態(tài)的工藝控制中，首先，需要優(yōu)化瀝青與再生劑的混溶狀態(tài)。將再生劑裹在粘度較高的舊瀝青集料外層，使其形成低粘度層。設(shè)置混溶時(shí)間，持續(xù)降低瀝青集料外層粘度，使瀝青與再生劑達(dá)到混溶平衡[6]?；谫|(zhì)量傳遞原理，建立再生瀝青混合料中三個(gè)組分混溶過(guò)程表達(dá)式：

其中，Ni表示再生瀝青混合料組分i混溶過(guò)程中的對(duì)流傳質(zhì)質(zhì)量通量；kd表示再生瀝青混合料組分混溶過(guò)程中的對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)；ΔCi表示傳質(zhì)體之間存在的質(zhì)量濃度差；X表示再生瀝青混合料流動(dòng)方向上組分與集料平壁的距離；Mij表示再生瀝青混合料組分?jǐn)U散系數(shù)；μ∞表示集料邊界層未收到平壁干擾組分的流速；v表示混合料組分運(yùn)動(dòng)黏度；B表示與再生混合料對(duì)流傳質(zhì)類(lèi)型相關(guān)的系數(shù)，取值不能大于0[7]。通過(guò)以上表達(dá)式，得出混合料組分混溶過(guò)程及狀態(tài)變化。在此基礎(chǔ)上，利用Hirsch 模型，以動(dòng)態(tài)模量表征的方法，得出瀝青再生中舊料摻量對(duì)混溶狀態(tài)的影響，如圖1所示。

圖1 舊料摻量對(duì)瀝青混溶狀態(tài)影響

如圖1 所示，隨著舊料摻量的提高，瀝青混溶狀態(tài)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。根據(jù)舊料摻量對(duì)瀝青混溶狀態(tài)的影響，不斷調(diào)整舊料摻量，提升混溶狀態(tài)，優(yōu)化瀝青再生程度。在此基礎(chǔ)上，基于瀝青混溶狀態(tài)的動(dòng)態(tài)變化，設(shè)計(jì)熱再生工藝控制流程，如圖2所示。

圖2 基于混溶狀態(tài)的熱再生工藝控制流程

如圖2 所示，本文設(shè)計(jì)的熱再生工藝控制中，采用分層次工序控制方法，分兩個(gè)層次，有針對(duì)地進(jìn)行全面控制。

3 瀝青路面熱再生施工溫度控制

基于瀝青路面熱再生混溶狀態(tài)的工藝控制結(jié)束后，在此基礎(chǔ)上，對(duì)熱再生施工過(guò)程中的溫度變化作出控制，全面提升瀝青路面的結(jié)構(gòu)性能與壽命。基于有限元數(shù)值模擬分析方法原理，將瀝青路面底部邊界條件設(shè)置為恒定溫度，使熱交換與熱再生均發(fā)生在路面上表面與外界環(huán)境間，此時(shí)，計(jì)算瀝青路面的熱流密度，公式為：

q=qa+qc+qrs+qm⑸

式中，q表示瀝青路面對(duì)應(yīng)的熱流密度，可以作為路面表面溫度場(chǎng)；qa表示路面能夠充分吸收的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度；qc表示受環(huán)境風(fēng)速影響產(chǎn)生的對(duì)流換熱；qrs表示受環(huán)境溫度影響產(chǎn)生的輻射換熱；qm表示熱再生工序中加熱源的輻射換熱。綜合考慮瀝青路面熱再生工序數(shù)據(jù)提取的準(zhǔn)確性，選取瀝青路面同一橫斷面的橫向溫度平均值，作為熱再生施工溫度[8]。根據(jù)熱再生加熱溫度場(chǎng)的動(dòng)態(tài)變化，結(jié)合瀝青路面的實(shí)際情況及特征，多維度控制熱再生施工溫度變化。

4 建立熱再生工序控制智能化平臺(tái)

基于以上瀝青路面熱再生各項(xiàng)工序控制完畢后，接下來(lái)，引入智能化技術(shù)，建立瀝青路面熱再生工序控制智能化平臺(tái)，縮短工序控制周期，提高工序控制效率。建立的智能化平臺(tái)中，采用V 型架構(gòu)，使平臺(tái)從多個(gè)不同的階段，實(shí)現(xiàn)工序智能化控制。本文建立的智能化平臺(tái)V型架構(gòu)示意圖，如圖3所示。

圖3 智能化平臺(tái)V型架構(gòu)示意圖

如圖3 所示，明確平臺(tái)建立的目標(biāo)功能，分階段步驟，進(jìn)行熱再生工序智能化控制，提高功能形象表達(dá)的質(zhì)量。在智能化平臺(tái)中，通過(guò)邏輯層與視圖層的動(dòng)態(tài)交互功能，獲取各個(gè)工序控制階段的瀝青路面熱再生數(shù)據(jù)。利用JavaScript 軟件，智能化分析判斷各個(gè)階段熱再生工序流程控制語(yǔ)句及其相應(yīng)的邏輯。其次，采用if 循環(huán)，結(jié)合原瀝青路面狀況，精細(xì)化控制瀝青路面熱再生分類(lèi)堆放。在此基礎(chǔ)上，建立平臺(tái)的云數(shù)據(jù)庫(kù)，基于云開(kāi)發(fā)控制臺(tái)，可視化管理熱再生工序，存儲(chǔ)關(guān)鍵工序的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，全方位實(shí)現(xiàn)熱再生關(guān)鍵工序控制智能化、高效化的目標(biāo)。

5 對(duì)比分析

綜上，便是本文針對(duì)瀝青路面熱再生工序，提出的控制及智能化應(yīng)用方法的全部流程。為了進(jìn)一步驗(yàn)證本文提出研究的可行性，進(jìn)行了如下文所示的對(duì)比分析。以S 公路翻修工程為研究依托。將上述提出的熱再生技術(shù)工序，應(yīng)用到該工程中。

選取瀝青路面抗滑性能指數(shù)SRI 作為此次對(duì)比分析的評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過(guò)橫向力系數(shù)的換算獲取，能夠有效地表征熱再生技術(shù)施工后，瀝青路面的抗滑性能。瀝青路面的構(gòu)造深度能夠更加精細(xì)地描述其抗滑性能。在R瀝青路面上，隨機(jī)布設(shè)6組檢測(cè)點(diǎn)，標(biāo)號(hào)為JCD01～06。保證檢測(cè)點(diǎn)布設(shè)的隨機(jī)性與客觀性，通過(guò)檢測(cè)點(diǎn)構(gòu)造深度檢測(cè)結(jié)果，描述該點(diǎn)所在瀝青路面位置的抗滑性能。將本文提出的控制及智能化應(yīng)用方法設(shè)置為實(shí)驗(yàn)組，將傳統(tǒng)方法設(shè)置為對(duì)照組。依據(jù)路面檢測(cè)規(guī)程要求，利用MATLAB 模擬分析軟件，分別檢測(cè)兩種方法應(yīng)用后，各組檢測(cè)點(diǎn)的構(gòu)造深度，并對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)作出整合處理，如表1所示。

表1 檢測(cè)點(diǎn)構(gòu)造深度檢測(cè)結(jié)果

如表1所示，為兩種方法應(yīng)用后，6組檢測(cè)點(diǎn)所在位置對(duì)應(yīng)路面的構(gòu)造深度檢測(cè)結(jié)果。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)路面構(gòu)造深度檢測(cè)結(jié)果，計(jì)算瀝青路面抗滑性能指數(shù)SRI，計(jì)算公式為：

其中，a1表示瀝青路面熱再生工序控制模型參數(shù)，取值0.105；SFC表示瀝青路面橫向力系數(shù)；SRImin表示瀝青路面熱再生標(biāo)定參數(shù)，取值35.0；a0表示瀝青路面熱再生工序控制模型參數(shù)，取值28.6。通過(guò)計(jì)算，得出此次對(duì)比實(shí)驗(yàn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)。在此基礎(chǔ)上，繪制兩種方法評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)比圖，如圖4所示。

圖4 實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)比結(jié)果

根據(jù)圖4 的評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)比結(jié)果可知，使用本文提出的熱再生工序控制方法后，各組檢測(cè)點(diǎn)所在位置對(duì)應(yīng)的瀝青路面的抗滑性能指數(shù)明顯高于傳統(tǒng)方法，均達(dá)到了92%以上，與傳統(tǒng)方法應(yīng)用后瀝青路面抗滑性能指數(shù)存在較大差異。依據(jù)瀝青路面檢測(cè)規(guī)范可知，本文提出的研究具有較高的可行性，其路面抗滑性能較高，路面結(jié)構(gòu)較好，能夠保證行車(chē)的安全。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述提出的論述內(nèi)容可知，科學(xué)的熱再生技術(shù)