夏季洒水降温减缓沥青混凝土路面车辙发展的研究

吴　虹，谭　乐，褚莉花

(湖州市公路管理局，浙江　湖州　313000)

浙江交通职业技术学院学报，第16卷第2期，2015年6月

Journal of Zhejiang Institute of Communications

Vol.16 No.2,Jun.2015

夏季洒水降温减缓沥青混凝土路面车辙发展的研究

吴虹，谭乐，褚莉花

(湖州市公路管理局，浙江湖州313000)

摘要：夏季高温是沥青路面产生车辙的主要因素。洒水养护因实施简易、可操作性强、养护费用低、性价比高的优势成为路面养护较常用的一种措施。分析了洒水降温的原理，通过埋设温度传感器，研究了沥青混凝土路面不同深度的温度变化规律，从而明确了洒水对路面的降温效果，并与微表处养护进行了经济效益对比分析，为洒水养护的应用提供了理论支撑。

关键词：沥青混凝土路面；车辙；洒水降温

0引言

近年来，随着公路建设迅速发展，沥青混凝土路面早期车辙损坏现象也日益严重。虽然道路工作者对抗辙路面的材料和结构进行了较为深入的研究，但在现有交通状况以及夏季持续高温下，沥青混凝土路面仍不可避免地发生车辙损坏，尤其在交通量大、重载车辆多的路段尤为突出，鉴于这种现象，有经验的养护部门通常在夏季高温时段，采取在沥青混凝土路面洒水降温的办法来缓解高温对沥青混凝土路面的不利影响，并取得良好的使用效果。但是洒水降温仅是凭借经验实施，并没有详细的试验数据或理论依据为支撑。本文在研究高温下不同气候条件(多云或晴天)对路面结构层温度影响的基础上，进行洒水养护并连续观测路面结构层温度的变化，总结洒水养护效果，研究最佳洒水时间和多次洒水时间间隔等参数，提高洒水养护效率，有针对性减缓沥青路面高温下车辙的发展，以较小的投入获得较大的经济效益和社会效益，并建议逐步将洒水作为公路沥青路面预防高温车辙的常规预养护措施。

1问题的提出

物理光学原理表明，深色物体尤其是黑色物体对太阳中的红外光和可见光有较强的吸收率，这样太阳辐射的能量被黑色物体所吸收，使得物体的温度得以升高。沥青混凝土中的集料颜色较深，沥青混凝土路面就成了吸热路面。韩子东研究得出,一般沥青混凝土路面的路表辐射吸收率在0.86～0.90之间[1]，尤其是在晴朗的夏季，太阳辐射较强，沥青混合料路面面层中蓄积了大量的热量，对车辙的加速形成和发展较为不利。

车辙在我国公路上出现的现象可谓是司空见惯，其不仅降低道路平整度，影响车辆行驶舒适性，而且易造成车辆在雨天飘滑，从而导致交通事故，影响行车安全。因此我们在夏季高温时段很有必要对沥青路面进行降温处理，以期减缓车辙的加速发展。

2洒水降温的原理

根据热力学定律，两个温度差的物体间容易发生热交换，使得两物体有向等温状态发展的趋势，当两个物体出现温差时，在一定条件下就会发生热交换。根据牛顿冷却定律，当两者温差越大时，这种趋势发生得就越快，高温一方的物体流失的热量也就越多。路面洒水降温也就是运用了这一原理，相对低温的水带走了高温路面的热量，使得路面降温。夏季给高温路面进行洒水降温的预防性养护措施在国内有一定的研究，如甬台温高速、运三高速部分路段采用了洒水降温的预防性养护对策后，取得了不错的经济、社会效益[2-3]。但如何选择恰当的时机来对高温路面进行洒水，以及洒水量、洒水频率等还需进一步研究。

图1　大气和路面热传递示意图

3洒水试验

3.1　沥青路面结构层温度测量

传感器布置图如图2，a～f各布设一个传感器，1-1断面和2-2断面各布设一组传感器，互为参考组。温度测量主要是观察沥青混合料层纵向深度4 cm、8 cm和14 cm处的温度，此三个深度可分别表征沥青混合料的上中下三个面层的温度。

图2　传感器布置图

温度测量所选测点在路面的路肩处，在500 m范围内采取了设置路障标志等规范的标志标线，既不影响交通，又保护试验观测人员的人身安全，从而保证了测量工作的顺利进行。

3.2　洒水养护

洒水工作主要借助于洒水车，水源采用就近的自来水，今后建议可采用清洁河水，进一步节约养护成本。洒水工作在11点～15点时间区间进行，洒水车单车载水量为8t，单天洒水总量为6车，每千米洒水量控制在2t左右。洒水车在经过温度观察点的时候，只对其中一个断面进行洒水，与另一断面结构层温度形成对比，以分析洒水降温的效果。

3.3　效果分析

温度观测选择在35 ℃及以上高温天气情况下进行，7～8月共观测7次35 ℃及以上高温。择取2013年8月15日和8月16日为例，图5和图9是两天的大气不同时刻温度图，图3～图6与图7～图10为路面结构不同深度处两天的温度-时间曲线。其中8月15日，洒水两次，洒水时间点分别在12∶15和13∶30，8月16日，洒水一次，洒水时间点在13∶00。

图3　15日大气温度曲线图

图4　15日路面结构4cm处温度-时间曲线

图5　15日路面结构8 cm处温度-时间曲线

图6　15日路面结构14 cm处温度-时间曲线

图7　16日大气温度变化图

图8　16日路面结构4cm处温度-时间曲线

图9　16日路面结构8cm处温度-时间曲线

图10　16日路面结构14cm处温度-时间曲线

由上述曲线图可知：(1)路面结构层温度与大气温度走势基本趋于一致，随着深度方向温度变化幅度逐渐减小；(2)高温天气下的洒水养护行之有效地起到削峰降温作用，不同结构层洒水后降温幅度不一，上面层降温幅度最大，在4 ℃左右，中面层降幅在2 ℃左右，降温持续时间在1h左右，下面层温度波动最小，洒水基本不影响起温度变化。由于沥青路面车辙主要在上中面层形成，这也在一定程度上说明温度对车辙形成和发展的影响很大，不容忽视；(3)8月16日各结构层降温趋势与8月15日大致相同，但降温幅度略小于前一天，原因是两天的气温不同对降温幅度有一定影响。

综合所有的观测数据可以发现，高温天气下的洒水养护行之有效地起到削峰降温作用，不同结构层洒水后降温幅度不一，上面层4 cm处降温幅度最大，在4 ℃左右，中面层8 cm处降幅在2 ℃左右，降温持续时间在1h左右，下面层温度波动最小，由于高等级公路路面车辙主要在上中面层形成，这也在一定程度上间接说明了温度对车辙形成和发展的影响很大，不容忽视。

4洒水养护的效益分析

我们可择取普通处置车辙最为经济的方式微表处作对比[4]。公路洒水养护的主要费用组成是洒水车的台班费和水费，试验路段总长按13 km计，往返26 km，洒水车每车载水量为8t，高温天气每天洒水6车，足以完成全程洒水，洒水总量共计48t，路幅宽度为11 m，每平方洒水量为48×1000/11×26×1000=0.168 L/m2，按35℃及以上温度洒水总计30次(部分高温天气一天两次)，以1200元/次计，总费用达36000元，年平均每平方米费用投入为36000元/11×26000 m2=0.126元/ m2。

微表处的较低价位为20元/m2，按有效年限2～3年计，费用在6.67～10元/(m2·年)，不难发现，相对于微表处养护费用，洒水的年平均投入费用是微乎其微的，相当于微表处年平均投入费用的1/70左右，倘若洒水对车辙的养护推迟半年至一年，即可节约很可观的养护成本，又由于洒水养护技术难度很低，所以值得尝试和推广。

5结语

车辙养护对延缓车辙的形成和发展针对性强。洒水直接给路面和路面一定结构深度处降温，缓解沥青性能的衰减，有针对性的减少目前沥青路面车辙这一突出病害。

洒水养护实施简易，可操作性强。养护的主要费用为洒水车台班费的支出，人员占用率低，一定程度上可以缓解因高温引起的车辙。建议逐步将洒水作为公路沥青路面预防高温车辙的常规预养护措施。

参考文献：

[1]韩子东．道路结构温度场研究[D]．西安:长安大学,2001.

[2]陈继松．高速公路沥青路面洒水降温养护方法研究[J]．公路交通科技,2008,(5):37-39.

[3]王尚武．洒水降温在路面车辙预防性养护中的应用[J]．科技情报开发与经济,2008,18(26): 217-218.

[4]黄俊．西安绕城高速公路沥青路面夏季降温技术研究[D]．西安:长安大学,2011.

Study on Retarding Rutting Development of Asphalt Concrete Pavement with Water Cooling during Summer Season

WU Hong, TAN Le, CHU Li-hua

(Huzhou Highway Management Bureau, Huzhou 313000, China)

Abstract：During summer season, high temperature is the main factor to the rutting in asphalt concrete pavement. Sprinkler maintenance is a relatively more frequently-used measure to pavement maintenance, due to its simplicity, operability and low cost. This paper analyzed the principle of water cooling. Through the embedment of temperature sensor, this paper studied the temperature variation regularity in different depths of asphalt concrete pavement, then cleared out the cooling effect of watering to pavement. Also, this paper compared the economic benefit of water cooling with micro-surfacing to support the application of water cooling in pavement maintenance project.

key words:rutting,water cooling,pavement maintenace

文章编号：1671-234X(2015)02-0011-04

中图分类号:U416.217-

文献标识码：A-doi：10.3969/j.issn.1671-234X.2015.01.003

作者简介：吴虹(1965-)，女，浙江湖州人,工程师,E-mail:582470200@qq.com。

收稿日期：2015-03-17