基于面域化的沥青路面施工过程温度检测

刘斌清，禤炜安，邓家喜

(1.广西道路结构与材料重点实验室，广西　南宁　530007；2.广西交通科学研究院，广西　南宁　530007；3.长安大学，陕西　西安　710064)



基于面域化的沥青路面施工过程温度检测

刘斌清1，2，3，禤炜安1，2，邓家喜1，2

(1.广西道路结构与材料重点实验室，广西南宁530007；2.广西交通科学研究院，广西南宁530007；3.长安大学，陕西西安710064)

文章采用红外热像仪对沥青路面施工全过程温度进行面域化成像扫描，确定温度分布状况。根据面域温度扫描结果，能够实现沥青路面施工温度符合性检验、温度离析状况分析、施工过程保温状况评价、碾压工艺可靠性评价，提高沥青路面施工管理控制的科学性与准确性。

沥青路面；面域；温度离析；红外热像仪；道路工程

0　引言

温度控制是沥青路面施工质量控制的重要环节。施工温度控制得当，不仅可以有效保证路面压实度，减少早期病害，也能够提高路面实体一次性成功率，加快施工进度，减少材料浪费及时间成本。但在实际工程项目中，由于施工温度控制不合理而造成的路面缺陷问题相当普遍。其原因除质量意识差，对温度检测的管理力度不足以外，更主要的是沥青路面施工现场温度分布范围较广，施工监控区域通常≥1 000 m2范围，现有温度检测多依赖单点或多点检测数据，无法及时、全面、快速、准确地反映路面实际情况。如何采用一种能够反映施工作业全面范围的温度测试评价方法对施工全过程、全工作面进行快速覆盖检测，成为沥青路面质量控制检测手段提高的关键。

本文借助机电工程领域普遍采用的红外热像仪，基于沥青路面施工过程面域化温度检测控制的理念，进行施工全范围、大距离温度扫描，实现沥青路面施工过程温度控制各个环节控制，提高沥青路面质量监控的科学性。

1　面域化温度检测方法及理念

面域化温度检测评价借助于红外热像仪。红外热像仪是利用红外探测器和光学成像物镜接受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，其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。红外热像仪与水银温度计检测的温度偏差在-2 ℃～+3 ℃之间，温度偏差较小，检测精度和效率高，在沥青路面施工温度控制上具有实用性。

采用面域化温度检测技术对沥青路面施工过程进行质量监控检测，可以实现如下功能：(1)检测面温度值的符合性检验，即测试位置沥青混合料温度值是否满足施工要求；(2)检测面温度离析状况分析，即同一检测面上温度离析变异情况；(3)施工过程保温状况检测评价，即通过面域检测评判运输等施工环节保温措施是否到位，并判明薄弱环节；(4)碾压工艺可靠性辅助评价，即通过温度分布辅助评价碾压环节的可靠性。

2　检测面温度值符合性检验

红外成像仪基于面域上采集的成千上万个点可以对固定位置进行温度扫描，确定一定面域范围内的温度平均值，以评价沥青混合料的温度与施工技术要求的相符性。

根据某沥青混合料摊铺后面域温度测试值情况(见表1)，所施工的70#普通沥青混合料摊铺后温度基本符合低温摊铺条件下≥150 ℃的要求，其中一次摊铺温度仅为142 ℃，明显低于摊铺要求，未符合技术要求。该检测值与水银温度计检测的结果基本相符。

表1　某沥青混合料摊铺后面域温度测试值表

3　温度离析及改善状况分析

在实际沥青路面施工过程中，混合料在运输、摊铺等阶段均会出现不同程度的温度离析，尤其以运输过程运输车不同位置混合料温度散失状况不一较为明显。混合料温度差异较大的问题采用温度离析标准进行划分。对于温度离析的定量标准，国家、地区之间各有差异，其中较为权威的是NCHRP441提出的温度离析判定标准，见表2。

表2　温度离析标准值表

温度离析将造成路面温度分布不均匀，局部位置压实度不足等问题，容易造成路面局部位置先天不良，影响路面耐久性。

评价混合料温度离析主要从初始布料及摊铺温度两方面进行温度离析评价。

(1)初始布料混合料温度离析

通过对刚进入摊铺机螺旋布料的沥青混合料进行温度面域扫描，可判断覆盖面内沥青混合料的温度离析状况，见图1。

图1　螺旋布料器红外热像图

由图1可以看出，该测试的进入螺旋布料器内的沥青混合料温度分布在146.2 ℃～166.2 ℃之间，温度差值为20 ℃，离析程度为中度。

(2)温度离析改善状况

混合料经摊铺机螺旋布料器二次搅拌，可以使混合料重新整合，温度离析得到缓解和减小。对上述搅拌螺旋内的沥青混合料摊铺后的温度离析状况测试如下(见图2～3)：

图2　摊铺红外热像图

图3　L1-L2断面温度变化曲线图

由图3可见，在同一时间摊铺的横向断面上，沥青混合料的最高温度为164.9 ℃，最低温度为148.6 ℃，温度离析相差16.3 ℃，存在中度离析。距边1～2 cm处沥青混合料存在明显温度偏低范围，可能与摊铺机熨平板设置不当有关。

根据布料前及摊铺后沥青混合料对比分析，经布料螺旋搅拌后摊铺的沥青混合料温度离析得到一定程度的改善，改善幅度为3.7 ℃，改善幅度较小。

对于摊铺后出现温度离析的部位，可在现场借助红外成像仪温度面域识别的特点，针对温度偏低的位置加强局部碾压，以克服温度离析造成的局部压实质量不良问题。

4　施工过程保温状况评价

施工初期，可借助面域温度识别技术对施工各环节保温薄弱点进行评价。特别是沥青混合料运输车的保温措施，如图4所示。

图4　运料车红外热像图

通过对运输车表面的混合料温度扫描，运输车尾部钢板位置表面温度达86 ℃，而加肋处温度较低，仅为50 ℃，其温差达36 ℃。根据热交换理论，钢板位置较肋板处热料散失速度快2～3倍。如将不同温度的混合料分别直接摊铺到路面上，该部分混合料的压实度必然受到影响。

经分析，造成该问题的主要原因为车位钢板较薄，其热传导能力强，对沥青混合料散温较快。因此，对该运输车应对钢板位置采取专项保温措施，如图5所示。

图5　侧板专项保温措施示例图

5　碾压工艺可靠性辅助评价

沥青路面碾压过程中的温度离析主要表现在由于路面不同位置碾压遍数的不一致，沥青混合料的温度降幅也不相同。主要原因是压路机在碾压过程中，沥青混合料不断压实，空隙减小，混合料表面散出的热量也将减小。此外，由于钢轮压路机在碾压过程中为防止沥青粘轮需要洒水，导致混合料表面温度降低。因此碾压遍数越多的位置，沥青混合料温度下降得越快，其红外热像图的颜色也会较暗。而碾压后颜色仍较亮的位置，往往存在碾压遍数不足的现象。检测也发现，边部及交接位置在碾压后其温度仍然处于较高水平，即少压漏压的部位，压实效果不好。

采用红外热像仪对碾压后的路面温度进行检测，发现同一桩号附近横向或纵向的温度分布存在较大差异。研究中选取标记点为A1和A2，如图6所示。钻芯取样测试其压实度，检测结果如表3所示。

图6　碾压后温度分布差异图

取芯桩号标志点碾压后温度(℃)距中桩距离(m)毛体积相对密度空隙率(%)压实度(%)ZK3+150A157.032.5083.696.4ZK3+150A266.90.52.4515.894.2

注：压实度以理论最大密度计算，理论最大相对密度为2.601

根据表3和图6可看出，碾压后路面温度较低的位置，其压实度均较小，并且大多属于边部或者交接位置，容易出现漏压少压现象。对同一桩号处，温度离析越严重，压实度变异越大。因此，根据红外热像仪的温度图像，可以大致检查沥青路面是否存在少压漏压或者压实度不足的现象。应尽量减少局部温度离析，以提高路面整体压实效果。

6　结语

通过对采用红外热像仪进行沥青路面施工过程中面域化温度检测的研究，可以得出以下结论：

(1)红外热像仪能够全面快速地检测沥青路面施工过程的温度，具有传统温度检测工具不可比拟的优点，较好地实现了沥青路面施工过程中温度检测的及时、全面、快速性，提高了沥青路面质量管理手段的先进性。

(2)根据红外热像图明暗程度可以反映沥青路面施工各阶段、各部位的温度离析状况，可及时发现施工各环节温度波动及问题，适时进行技术工艺改进或加强保温措施。

(3)根据红外热像仪的温度图像，可以大致检查沥青路面是否存在少压漏压或者压实度不足的现象，对碾压工艺可靠性进行辅助评价。

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Temperature Detection of Asphalt Pavement Construction Process Based on Surface Domain

LIU Bin-qing1，2，3，XUAN Wei-an1，2，DENG Jia-xi1，2

(1.Guangxi Key Laboratory of Road Structure and Materials，Nanning，Guangxi，530007；2.Guangxi Transportation Research Institute，Nanning，Guangxi，530007；3.Chang’an University，Xi’an，Shaanxi，710064)

This article applied the thermal infrared imager to conduct the surface domain imaging scan for the temperature of whole asphalt pavement construction process，and determined the temperature distribution situation.According to the scanning results of surface domain temperature，it can achieve the temperature compliance test of asphalt pavement construction，temperature segregation situation analysis，construction process insulation condition evaluation，and rolling process reliability evaluation，and can improve the scientific and accurate control of asphalt pavement construction management.

Asphalt pavement；Surface domain；Temperature segregation；Thermal infrared imager；Road engineering

2016-04-06

U416.217

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.06.006

1673-4874(2016)06-0020-04

刘斌清(1985—)，工程师，博士，研究方向：路面结构与材料;

禤炜安(1988—)，硕士，从事公路路面材料及结构研究工作；

邓家喜(1973—)，硕士，高级工程师，从事公路工程科研、试验检测、技术咨询工作。