红外热像仪在沥青复合料施工中的应用研究

摘要 沥青复合料温度计测量和工程设备自带测控温系统测量存在技术短板，而红外热像仪沥青复合料施工温度测量技术对克服技术短板有所帮助。文章结合工程应用，介绍红外热像仪最佳拍摄测量距离，红外热像仪在沥青复合料施工温度检测分析中的适用性及相关技术点，对沥青复合料施工温度测量、分析和控制，有技术参考性。

关键词 沥青复合料；施工温度；红外热像仪；分析应用；技术研究

中图分类号 TP274.52文献标识码 A文章编号 2096-8949（2023）23-0104-04

0 引言

沥青复合料在施工过程中需要通过热加工来达到预定的性能指标。温度分布会直接影响沥青复合料的流动性和黏附性，若施工温度过低，会导致沥青复合料凝固不充分，无法充分润湿和黏附于基层或者填充料上，从而降低了复合料的结合强度，可能造成施工缺陷、施工质量下降；过高的温度会导致沥青复合料的膨胀变形，使得在冷却后会产生微观空隙，降低复合料的致密度，同时也会增加结构松散的可能性；温度分布不均匀，复合料可能会由于热胀冷缩产生应力和应变，从而导致裂缝和损坏。

温度控制贯穿沥青复合料的出场、运输、铺摊、碾压等每一个操作环节，热交换不可避免，在作业过程纵向存在温度分布差异，在摊铺机螺旋布料断面纵向存在温度分布差异，把握温度分布状态，确保复合料温度符合工艺标准，是沥青复合料施工必须重视的技术方面。沥青复合料温度检测常见的方法是工程温度计测量，一些工程机械本身也自带测控温系统，前者高温操作有难度，人为误差影响也较大，后者难免存在测量点固化，全面灵活机动检测适应性不足的问题。红外热像仪可以帮助克服上述技术短板，某沥青复合料路面施工工程中应用红外热像仪进行沥青复合料温度状态分析把握，结合工程应用，这里介绍红外热像仪在沥青复合料施工中的应用技术要点，希望为沥青复合料施工温度分析控制提供技术参考。

1 把握红外热像仪最佳拍摄测量距离

红外热像仪在适当的距离上，通过对热源界面进行拍摄检测获得红外热像图，通过模型计算获得红外热像温度数据分析图，从而认识和把握分析对象的温度及分布状态，供工程技术控制应用，基于红外热像经系统自动模型计算形成的红外热像温度分布柱图，如图1所示。

红外热像仪的测温精度，跟物体自身发射率、光散射、光吸收以及仪器性能稳定性密切相关。受环境辐射的影响，随着测量距离的加大，沥青复合料的平均温度相应降低，高、低温区域采集结果发生变化。环境辐射影响下，随着拍摄距离和观测面积的加大，复合料高低温度异常值发生情况增加，但平均温度拟合线趋势仍较为平滑。单点温度差异性比较大，以温度均值作为评定结果更有代表性。检测并非摄像距离越近越好，而是要考虑检测区域面积范围，距离越近，检测范围越小，则不利于整体温度状态评测，反之亦然。所以，应用红外热像仪进行沥青复合料施工温度拍摄检测，需要把握红外热像仪最佳拍摄测量距离^[1]。

为确定最佳拍摄距离，案例工程技术部门通过试验检测获得了6种拍摄距离下红外热像采集的温度值、形成的温度值曲线、温度修正系数，分别如表1～2，图2～3所示。

复合料实际温度157 ℃。结合拍摄距离的差异，所掌握的温度修正系数可如表2所示^[2]。

回归方程：

y=0.100 1x+0.947 4 （1）

式中，x——摄像距离（m）；y——修正系数。

综上，红外摄像仪拍摄距离处于0.25～1 m之间时，检测温度和具体的问题相差比较小，温度修正系数为±0.05之间。但是在具体的应用环节，拍摄距离不足0.5 m时，热像仪设备的温度相对较高，造成拍摄速度、时间放慢，极易出现死机的情况。因此，在红外热像仪拍摄中，距离保持在0.5～1 m之间为宜。

2 红外热像仪在沥青复合料施工温度检测分析中的应用

2.1 分析瀝青复合料出站和进场温度分布状态

（1）分析出站时温度分布。沥青复合料在出厂温度控制中，属于动态化的过程，及时操控进行骨料温度控制，但是极易受到环境因素干扰影响，送至调拌锅的骨料干湿状态不可能始终一致，因此每次拌和出来的复合料温度并不相同。通常状态下，运料车在装满复合料后前往测温处插入水银温度计测量温度，温度计仅能检测整车复合料表面的一点或多点，对于整车内部复合料的温度状态把握则极易发生偏差，出站运料车不同区域沥青复合料表面温度如表3所示。沥青复合料生产结束后，出仓时温度会快速降低，所以需要出仓瞬间就要立即采集温度，才能准确地掌握实际温度。为了保证人员操作的安全性，一般与卸料口保持1 m左右的距离应用红外热像仪检测。卸料时快速确定复合料的温度，利用热成像图谱数显与区分温度，能快速测量复合料的最低温度、最高温度、温度离析状态等，确定温度是否将符合技术标准^[3]。

（2）分析进场温度分布。运料车进入到现场之后，掀开苫布时，应立即进行复合料的拍摄，测定材料表面的温度。红外热像分析发现，沥青复合料运输阶段，和环境发生热交换，造成温度下降速度过快，并且呈现出不均匀变化的情况，这就是温度离析，如表4所示。在中间部位上，沥青复合料的温度最高，沿着两侧逐步降低，这是因为运输环节的温度流失严重所造成的。

2.2 分析沥青复合料温度在摊铺机上的分布状态

（1）检测摊铺机料斗温度分布状态。在现场摊铺施工中，沥青复合料最容易发生温度变化的就是摊铺机料斗与螺旋布料器，利用红外热像仪检测确定，掌握这两个区域内的温度情况。为了重点了解摊铺机料斗部位沥青复合料温度分布规律，通过多次拍摄并检测复合料的温度参数，并取温度均值作为检测结果，如表5所示。

数据显示，临近摊铺机料斗中央部位的温度相对较高，两侧温度比较低。因此，在料斗两侧的部位上极易发生局部低温结块的问题。对于该问题来说，要及时将结块的复合料铲除掉，并对内部进行检测，以免影响施工的效果。只有当复合料温度达到施工温度标准时，才能开始下一步施工。为了避免这种情况的发生，可以适当减少铺摊机收斗的次数或持续时间，以减少铺摊机料斗中温度比较低的复合料比例。同时应注意控制沥青复合料的温度，确保其符合施工标准，提高施工质量。

（2）螺旋布料器的工作区域内进行温度检测。在螺旋布料器停机待料的环节，设备内部的材料温度流失速度加快，这是造成温度难以控制的重要原因。对于该区域来说，应用红外热像仪展开温度测试，多次拍摄之后获得平均参数值，如表6所示。

数据显示，布料器处的沥青复合料温度分布呈现出明显的V字形规律，温度两侧较低、中央较高。检测结果显示，沥青复合料的温度与施工规范中的要求存在一定差异，不利于有效压实，因此需要采取将表面低温沥青复合料铲除处理。

2.3 分析沥青复合料摊铺时的温度分布状态

2.3.1 时间纵向上的温度分布规律分析

沥青复合料经过拌和站的运输之后，从出厂到使用遵循如下过程：首先，将粗细集料全部都投入到烘干筒内烘干，进行筛分、干拌等处理，加入适当比例的沥青材料，开展湿拌处理，并投入到料仓内。在干拌、湿拌阶段，骨料温度加热到规定范围内。但是因为设备内存在温度惯性，所以控制精度比较低，且粗细骨料加热时间没有明确规定，需要人员经验开展判断，也不能根据骨料含水率的变化做出调整，这就使得温度控制难度升高。经过对热像仪检测发现，每台车开展摊铺前3 min，沥青温度会持续降低，并不是时刻保持在最佳铺筑温度范围内。这就说明，沥青复合料的温度纵向分布不是固定不变的，一般在摊铺结束前3～4 min是最大值^[4]，如图4所示。

图4反映出沥青复合料的温度随着摊铺时间的纵向分布变化。这是因为上一台车复合料摊铺末期会残留部分温度较低的复合料，下一台车进行卸料时，临近尾部的温度相对较低，随着摊铺不断进行，会有明显的温度较低区。这一现象表明，随着摊铺过程的进行，沥青复合料的温度分布也在不断变化，而这种变化会直接影响到路面的质量和性能。

检测数据显示，料车内的沥青复合料温度处于151～161℃之间。经过连续性摊铺2～3 min后，检测温度参数，就能基本获取摊铺环节的复合料随时间的温度变化最小值；摊铺结束前3～4 min进行检测，能基本确定复合料随着时间变化最大值。

经过以上分析，了解目前沥青复合料摊铺环节温度变化规律。此外，对运料车的沥青复合料进行温度的测定，从而为后续碾压工作开展提供支持，现场施工作业顺利完成，提高施工效率。比如，摊铺机卸载的最后3 min至后一辆车卸料前3 min，根据要求进行碾压变化增加或者缩短碾压距离，使得温度下降前完成碾压作业，保证铺摊沥青复合料间隙率均匀。

2.3.2 分析沥青复合料横向温度分布

铺摊机有效铺摊宽度可达10.5 m或11 m。从沥青复合料从卸料车输送到铺摊机两端的时间差来看，温度在传输过程中会呈现横向分布规律，过程中温度会有所降低。通过测量不同位置刚刚铺摊出来的复合料即时温度值，可以准确地分析评价沥青复合料横向温度分布均匀性。沥青复合料横向温度分布差异多发生在铺摊机收斗，一般路肩侧的温度比较低，类似呈现“V”形温度分布规律。

数据显示，与中心位置较远的区域内，温度比较低，临近摊铺机中央部位的温度是最高的。摊铺机不断开展运行，不断地收斗、添加新料，温度变化与“V”形比较相似，形式是两侧低、中间高。

2.3.3 竖向温度分布规律

竖向温度分布状态如表7所示，沥青复合料完成摊铺后，其表面分别与下层和大气接触，因此上下层之间必然存在温度差。通过分析温度检测数据，可以准确评估沥青复合料温度的垂向分布均匀性。下层表面温度和铺摊的沥青复合料下表面温度对复合料上下层连接处的温度影响较大。如果沥青复合料温度过低，下层材料将无法有效地黏合。

3 结语

该文分析了红外热像仪在沥青复合料施工温度测量和相关技术研究。

（1）介绍了红外热像仪最佳拍摄测量距离分析成果，建议红外热像仪的拍摄距离以控制在0.5～1 m之间。

（2）介绍了案例工程应用红外热像仪进行沥青复合料施工温度检测的做法及相关分析成果，包括应用红外热像仪分析沥青复合料出站和进场温度分布状态、分析沥青复合料温度在摊铺机上的分布状态、分析沥青复合料摊铺时的温度分布状态。

（3）工程案例中分析发现，料车斗中间部位混合料温度最高，以“V”形分布；碾压环节开始之后，复合料的温度变化在摊铺后2～3 min处于最低，在临近结束3～4 min处于最高；温度横向变化以“V”形存在，路幅中间相对较高，路肩部位温度较低；竖向温度测量中，表面与底面温度最低，中间部位温度最高。

（4）红外热像仪在沥青路面施工中沥青离析温度控制测量上也适用，因篇幅原因未述及，有待另文介绍。

参考文献

[1]陆红红. 基于PXA270的红外热成像测温系统[D]. 南京：南京理工大学， 2008.

[2]乐启清. 红外热成像检测技术在沥青混合料制备过程中应用研究[D]. 西安：长安大学， 2015.

[3]李云红. 基于红外热像仪的温度测量技术及其应用研究[D]. 哈尔滨：哈尔滨工业大学，2010.

[4]张永健， 张川. 红外热成像法在路面检测中的应用[J]. 建材世界， 2013（5）： 53-55.

收稿日期：2023-10-15

作者简介：邓名俊（1986—），男，本科，工程師，从事公路桥梁建设管理工作。