沥青混合料压实时间与温度变化的影响分析

徐全亮

(北京交科公路勘察设计研究院有限公司，北京 100191)

在不同因素的影响下，沥青路面的质量有所不同。而在碾压过程中，温度是影响碾压效果的一个关键因素，将温度因素把控好，将会大大提高碾压效果，保证路面质量。一般情况下，碾压时的温度越高，沥青路面的越容易塑形，越容易将路面压实，路面的平整度相对也会更高。但并非温度越高越好，如果温度过高会使得沥青混合料出现裂纹或隆起[1-5]，可能还会出现前轮推料的状况；轧制时的温度越低，达到更高水平的路面所需的压力[6]越大，使得轧制工作非常困难。所以，在压实研究中，最重要的是合理把握碾压温度，使压实达到较好的效果。本文的研究方法采用现场试验的方法，选择青临高速公路为试验路，在试验路段展开测试，获得试验数据以研究在压实期间沥青混合料的温度场变化，以确定适当的压实时间[7]。试验所得到的结论将应用于实际施工过程中，对于施工质量的提高有非凡影响。

1 摊铺沥青混合料前的试验准备

本试验选择的是青临高速公路试验路，其路面结构分为三层：下面层是6 cm的AC-13，中间层是5 cm的AC-10，上面层是4 cm的SMA-13，如图1所示。在进行本次试验之前，该高速路段路面施工已经接近尾声，下面层和中间层已经摊铺完成，因此，仅测试上层，并且在铺路时记录上层中每点的温度。

图1 青林高速公路试验路路面结构图

(1)测试内容：在对上面层沥青混合料进行摊铺的同时，将各点温度详细记录下来并分析各点温度的变化情况；试验前分析可能会对沥青混合料温度变化产生影响的因素有：外界气温、阳光辐射、风力大小以及混合料摊铺厚度[8]。

(2)测试方案：在中面层摊铺结束后，将温度传感器用支架合理布置在路面上。在上面层的上、中、下部分分别设置传感器，同时保证传感器均匀分布；实验开始初期，因为在较短的时间里温度会产生较大的变化，所以缩短记录温度变化数据的时间间隔，对各层点的温度变化详实记录，记录包括外界气温，阳光辐射和风力大小；在摊铺碾压快结束时，温度的变化量和速度变小，可将记录数据的时间间隔加大，间隔时间呈逐渐上升趋势。

2 试验开展及结果分析

2.1 沥青混合料摊铺试验结果及分析

在大气温度和太阳辐射的两个变量相同的情况下，如果铺路时的风速大，则沥青混合物的温度迅速下降。实验分两次进行，分别选择风速不同的两天进行，仅测试上面层沥青混合料。在初压阶段，风速对温度变化的影响不明显，但随着铺设的进行，两者的温度开始有很大的差距。 在摊铺前46 min，两者之间的温差为13.5℃，当风速很大时，经过21 min之后温度降到了100℃，当风力变化减小时，经过28.5 min以后，沥青混合物的温度降至100℃。具体的实验数据变化如图2所示。所以，在保证其他变量不变的情况下，风速较小时可以延长大约7.5 min的时间。 由于风速对温度场有不可忽视的影响，在实际施工时，若遇到风速较大的状况时，应及时进行碾压，以免错过最佳碾压时间，影响工程质量。

图2 风力大小对沥青混合料温度变化折线图

在太阳辐射和风速稳定时，选择在上午7: 00进行温度测量，测量点选择同一位置的中面层和下面层两个点。实验结果表明，中面层温度下降的速度比下面层的速度更快，在碾压工作进行到7:20时，试验数据显示两个点的温度相差将近16.5℃；在碾压工作进行到8:00时，两个点的温度仍相差11.5℃，具体实验数据变化如图3所示。试验结果显示，当外部环境温度处于较低值时，与沥青混合料上面层温度相差较大。当空气产生对流和间接热传递加强时，沥青混合料中面层的温度要低于下面层。因此，外界环境温度较低时会加快上面层和中面层温度的散失，需加快压实速度；外界环境温度较高时会对温度的损失起到减缓作用，进而压实时间也会相应延长，有利于施工机械的工作时间得到支撑，从而保证压实的质量。

图3 沥青混合料温度变化受大气温度影响折线图

在沥青混合料摊铺和压实的过程中，阳光辐射也会导致温度产生变化。本文选择了同一位置上面层和下面层两个点进行测量。在压实开始时，两点之间的温差约为1.5℃。15 min后再次测量，两个点的温度差有了明显变化，太阳辐射值大的点温度下降的相对较慢， 而对于另一点来说，温度下降的较快。摊铺开始后的30 min测量显示，两点的温度相差5℃以上，伴随着持续碾压，温差继续变化，如图4所示。通过分析，当太阳辐射值较大时，混合料的温度下降到一定数值的时间会延长3～5 min。 所以，当在阴天施工时，太阳辐射值较小，温度下降的速度较快，应加快碾压的速度。

图4 沥青混合料温度受阳光辐射影响折线图

在摊铺压实的过程中，沥青混合料的摊铺厚度对温度变化的影响很小。在碾压初期，两者差距很小，温度下降的速率差异小，但是两者温度差的变化，在摊铺后的5 min后明显显现。在铺设期间具有较大厚度的测量点的温度下降小于具有较小厚度的测量点的温度下降。在摊铺开始15 min之后，两者的温度差达到了6℃。伴随着持续碾压，温度差值会较长时间，并且温度差值的变化，呈现出不断扩大的趋势，具体实验数据变化如图5所示。因此，通过测验数据分析，沥青混合料摊铺的厚度较大时，碾压时间延长5～10 min；沥青混合料摊铺的厚度较小时，应加快压实，缩短压实时间，在沥青混合料达到最低压实温度之前完成压实。

图5 沥青混合料温度受摊铺厚度影响折线图

总之，当沥青混合物在开始铺设或铺设时，温度下降得更快，并且随着碾压继续，温度下降速率降低。在碾压过程中，外界环境各因素对温度的影响程度不同，其中影响最大的是摊铺厚度，其次是风速，然后是大气温度，接着是太阳辐射，最后是混合料类型。

2.2 有效压实时间的回归分析

建立模型之前，分析各影响因素与压实时间之间的影响关系，确定参数，展开多元回归分析[9]，从而得出预测压实时间的模型：

在上述建立的模型中，t表示有效压实时间的预测值，单位：分钟；a,c,c,d,e,f为待定系数；x1表示大气温度，单位：℃；x2表示风速，单位：m/s；x3表示太阳辐射，单位W/m2；x4表示初压温度，单位：℃；x5表示厚度，单位：cm。利用数理统计多元回归方法，优化求解上式的待定系数。求得的回归模型存在标准误差，数值为1.432，相关系数R=0.986，说明回归模型回归性良好。

在现场测试时，青临高速公路试验段在摊铺时的基本状况如下：初压温度：160℃；摊铺厚度：4 cm；大气温度：24～32℃；风速：1.5～3.0 m/s；太阳辐射：260～600 W/m2。

通过以上多元回归方程，得出该路段；沥青混合料的有效压实时间为22～28min。因此，为确保沥青混合料的碾压质量，应注意碾压时间，并组织机械与人力相配合，达到最佳碾压效果。

3 结语

通过对试验路段进行现场测试，研究沥青混合料的温度在碾压过程中的变化状况，经过以上试验路段的测试，研究温度随沥青混合料压实过程的变化，以及温度场受各环境的影响状况，从而探究出沥青混合料的有效压实时间，结论如下：

(1)沥青混合料在摊铺开始阶段温度下降的速度最快，热量散失较大，当摊铺工作开展到5～6 min时，温度开始产生较大幅度下降，大约在21～26℃；在温度经历较大幅度下降之后，温度变化量逐渐变小。因此，在摊铺过程中压实机械应紧跟摊铺机，合理确定压实段的长度，碾压时的温度越高，能有效避免热量散失，提高路面的压实质量。

(2)对沥青混合料温度产生影响的因素包括外界气温、阳光辐射、风力大小以及混合料摊铺厚度。外界环境各因素对碾压过程中温度的影响程度不同，其中影响最大的是摊铺厚度，其次是风速，然后是大气温度，接着是太阳辐射，最后是混合料类型。

(3)对各影响因素展开回归分析，确定气温、阳光辐射、风力大小与压实时间之间存在的数量关系，建立了沥青混合料压实时间与影响因素的关系模型。