張浩偉

瀝青路面溫度場影響因素分析

張浩偉

（長安大學工程機械學院，陜西西安710000）

為研究不同的施工環(huán)境對路面施工質量的影響，以正在施工的瀝青路面為試驗對象，設計現場試驗，用數據分析法研究瀝青路面溫度場隨構造深度、攤鋪溫度、大氣溫度、風速的變化而變化的規(guī)律。結果表明應選擇氣溫較高、風速較小時的天氣施工，以達到最佳壓實效果。

瀝青路面；施工質量；現場試驗；溫度場

在高等級路面的施工過程中，攤鋪碾壓扮演著重要的角色[1]。在評價攤鋪質量的多項參數中，瀝青路面攤鋪溫度場的分布是影響瀝青路面壓實作業(yè)質量的重要因子之一。目前改性瀝青在我國高等級路面上普遍使用，其性質決定了在溫度較低時進行壓實作業(yè)，無論如何調整壓實工藝都不能使瀝青路面達到設定的壓實度。因此需要通過了解瀝青混合料在攤鋪碾壓過程中的溫度變化，從而分析得出最佳碾壓時間，保證壓實路面的壓實度滿足要求。

本文選定在河南張家口某正在施工的路段為試驗路段，進行瀝青路面攤鋪溫度場分布的研究，試驗路段上面層使用SMA-13改性瀝青，通過現場試驗研究分析上面層瀝青混合料攤鋪溫度場的分布情況。分別考慮在攤鋪溫度、風速、氣溫、攤鋪寬度等因素的影響下路面溫度場的變化[2]，為瀝青路面施工作業(yè)提供一定的指導意義。

1 儀器的選擇與布置

1.1儀器的選擇

由于試驗路段正在施工，考慮在不損害路面結構的情況下，測量瀝青混合料上面層表面的溫度時，可以采用手持式紅外溫度傳感器，由于瀝青混合料溫度高達170℃，因此選取的紅外溫度傳感器性能指標如表1所示。

表1 紅外傳感器性能指標

而在測量瀝青混合料上面層表面以下的位置時，不僅要考慮不損害路面結構，還要保證獲得精確地測量數據[3]。因此選擇JCJ100TTZ探針式溫度傳感器，其性能指標如表2所示。

表2 探針式溫度傳感器性能指標

1.2 儀器的布置

本試驗主要對瀝青混合料的上面層溫度場分布進行研究，對沿攤鋪機橫向方向空間意義上的中間位置的瀝青混合料上面層表面、中間和底部的溫度進行測量。測量瀝青混合料上面層表面的溫度時，試驗人員需要使用手持式紅外溫度傳感器，距離路面表面一定距離進行測量，測量過程必須保證測溫距離不變。測量瀝青混合料上面層表面以下的溫度時，由于該瀝青路面上面層僅攤鋪4 cm，所以在布置傳感器位置時，僅需在距上面層2 cm、上面層與中面層交界處布置探針式傳感器[4]，并對傳感器探針2 cm、4 cm處做上標記，以保證每次測量位置的一致性。如圖1所示，為了保證試驗結果的準確性，在路面多處進行溫度采集進行分析比較，為試驗研究保證足夠的有效數據。試驗過程必須嚴格按照試驗方案布置溫度傳感器，保證試驗結果，提高試驗的效率。

圖1 溫度傳感器測點位置布置

2 測量數據的紀錄與分析

在采集數據過程中應嚴格關注施工條件的變化，當分析上面層瀝青路面表面、中間位置、底部溫度的變化情況時，應保持在同一空間位置進行測量，同時試驗操作人員在數據記錄過程中應嚴格控制時間間隔。在分析不同攤鋪溫度對路面溫度場的影響，由于試驗條件的限制，本節(jié)僅研究上面層中間位置溫度的變化，在分析不同風速和不同大氣氣溫條件下對路面溫度場變化的影響，仍選擇上面層路面中間位置處的溫度進行數據的采集與分析。由于高溫混合料在壓實過程中，與外界溫差較大，其混合料溫度下降速度較快，采取每1 min記錄一次數據，根據施工經驗，混合料的碾壓溫度不低于120℃，當碾壓溫度低時，不僅起不到碾壓的作用，可能還會起到負面效應[5]。故當溫度低于120℃時，所采集的數據對研究內容影響不大，所以當路面溫度降低到不適合碾壓時，無需再對試驗數據進行測量記錄。

2.1 瀝青路面溫度場的分布情況

通過對同一空間位置的溫度數據采集，利用科學的數據分析處理方法，整理出混合料瀝青路面上面層表面、中間、底部的溫度測量數據，測量時在混合料的攤鋪溫度為170℃，大氣溫度30℃，風速1.5 m/s條件下進行數據的采集，并根據相關數據繪制出瀝青路面溫度場的變化曲線。由于施工時氣溫高、風速小，外界氣候條件變化不大，所以在進行數據的整理工作中，可以認為攤鋪溫度、風速、大氣溫度為恒定值。

從圖2可以看出，在攤鋪后前12 min這段時間，上面層表面和底部的溫度下降速率基本相同，上面層中部處的溫度下降速率較其他位置慢。在攤鋪到路面12min后，上面層表面和底部的溫度下降速率基本相同，上面層中部處的溫度下降速率較其他位置較快。而在15 min以后瀝青路面上面層表面與底部溫度均低于120℃，因此瀝青路面的最佳有效壓實時間需要在攤鋪后15 min內完成，才能夠保證攤鋪好的路面壓實度達到設計要求。

圖2 瀝青路面溫度場溫度變化曲線

2.2 攤鋪溫度對溫度場分布的影響

在研究攤鋪溫度對路面溫度場變化的影響，僅需控制混合料在初始攤鋪時的溫度不同，而混合料初始攤鋪溫度主要通過拌合樓來控制。從預先設定的試驗方案中，根據混合料從拌合樓到施工現場的路程及散熱情況，調整拌合樓的相關生產參數，生產出符合試驗要求的瀝青混合料[6]，同時選擇施工時的氣溫、風速等環(huán)境變化較小，可以忽略其變化帶來的影響。試驗過程中選擇上面層中部的溫度進行數據的采集，測量時在混合料的攤鋪溫度分別為170℃和175℃，大氣氣溫30℃，風速1.5 m/s條件下進行數據的采集。

從圖3可以看出，在保證試驗當日大氣溫度和風速變化可以忽略的情況下，當瀝青路面攤鋪溫度不同時，上面層中間處的溫度變化趨勢基本相同。在前3 min內，初始攤鋪溫度高時的混合料下降速度快，隨著時間的變化，不同攤鋪溫度下的上面層中部處溫度差距越來越小，由初始的溫差為5℃時減少到溫差為2℃，不同攤鋪溫度的混合料在此時間段內溫度下降速率基本相同，直到壓實作業(yè)結束時二者仍然保持下降速率和溫度差基本不再發(fā)生變化。由于現場施工時對混合料的溫度要求比較嚴格，實際攤鋪到路面的混合料初始溫度基本控制在設定溫度的士3℃，所以施工過程中的瀝青混合料初始攤鋪溫度差異對路面溫度場的影響可以忽略，瀝青路面的有效壓實時間也相差不大。

圖3 不同攤鋪溫度下上面層中部溫度變化曲線

2.3 大氣溫度對路面溫度場分布的影響

在對高等級路面施工作業(yè)時，基于改性瀝青混合料的特殊性，多選擇7-8月份進行路面作業(yè)，主要因為此月份的大氣溫度較高[7]，所以大氣溫度的選擇對混合料的攤鋪碾壓十分重要。為了更全面研究大氣氣溫對路面溫度場的影響，本節(jié)通過控制攤鋪溫度、風速等相關條件，在溫差較明顯的環(huán)境中進行施工，測量時混合料的攤鋪溫度為170℃，大氣氣溫分別為34℃和20℃，風速為1.5 m/s條件下進行數據的采集。

從圖4可以看出，前3 min內，氣溫低時瀝青路面溫度下降速率較大，之后下降速率減小。從路面溫度整體變化規(guī)律來看，在忽略風速變化的情況下，從測得數據可以看出，按照施工技術指導說明書要求的碾壓溫度，此氣溫溫度差導致了路面壓實時間縮短了3 min，在有限的壓實時間內，此時間差對于提高路面的壓實度具有很大的意義。在氣溫較低時，在攤鋪后14 min，路面的溫度己經下降到碾壓溫度的臨界值，己經不適合對路面進行壓實。

圖4 不同大氣溫度下上面層中部溫度變化曲線

2.4 風速對路面溫度場分布的影響

在研究風速對路面攤鋪溫度場影響中，同樣采用了以上控制單一變量的研究思想，嚴格控制攤鋪溫度、大氣溫度等外界條件的變化。由于試驗段所處地理位置氣候變化不大，施工時又值高溫天氣，所以風速的變化并不是太明顯。同時，面臨施工工期的緊迫性，以及SMA-13瀝青混合料施工條件的限制，很難選取風速相差較大施工環(huán)境進行試驗工作。經過觀察，最終分別選取了攤鋪溫度為170℃，氣溫為30℃，風速分別為1.5 m/s，4.5 m/s時路面溫度場的變化情況。

從圖5可以看出，在前3 min內，上面層中間處的瀝青混合料在風速較大時溫度下降較快，不同風速下的上面層中間處的瀝青混合料溫度差在加大，之后最大溫度差達到20℃。當混合料攤鋪到路面13 min后，此時風速較大時攤鋪的路面溫度己經下降到碾壓溫度的臨界值，同時路面有效壓實時間縮短了近2min.

圖5 不同風速下上面層中部溫度變化曲線

3 結束語

SMA-13瀝青路面上面層中間處的溫度在碾壓時一直高于上面層表面和上面層底部處的溫度，不同溫度下的初始攤鋪溫度對路面溫度場的變化無明顯影響，且瀝青路面溫度場的變化受風速和大氣溫度的影響較大大。路面的最佳壓實時間應在15min以內，因此施工時應選擇氣溫較高、風速較小時的天氣，以延長壓路機的壓實時間，保證瀝青路面施工質量。

[1]馮家輝.瀝青路面施工平整度及橫縫的處理[J].黑龍江，城市建筑，2015（3）：334-334.

[2]孫潔.熱拌瀝青混合料施工壓實過程中溫度場變化規(guī)律研究[D].湖南，長沙理工大學，2009.

[3]路暢，黃曉明，張志祥.瀝青路面溫度場的現場觀測與分析[J].湖南，公路工程，2009，34（6）：34-37.

[4]姜小琴.瀝青混合料攤鋪時溫度場的影響因素分析[J].湖南，湖南交通科技，2015，31（4）：19-21.

[5]高源，瀝青路面壓實過程控制研究[D].重慶，重慶交通大學，2013.

[6]孫清浦.ACP-4000型拌和機在瀝青混合料生產中對溫度控制的探討[J].北京，公路交通科技（應用技術版），2010（S1）.

[7]Geza Bartha.Temperature Changes in Asphalt Pavement in Summer，Periodical Poly-technic SER.Civil Engineering.2000.

Analysis of influence factors of asphalt pavement temperature field

ZHANG Hao-wei
（School of Engineering Machinery，Chang’an University；Xian Shanxi710000，China）

The influence of different construction environment on the pavement construction quality，to the asphalt pavement under construction as the research object，design field test，analysis method of temperature field with the change of asphalt pavement structure depth，paving temperature，air temperature，wind speed data and the changing rules.The results show that the temperature should be higher and the wind speed is low，so as to achieve the best compaction effect.

asphalt pavement；construction quality；field test；temperature field

U416

A

1672-545X（2017）02-0266-03

2016-11-20

張浩偉，（1992-），男，陜西佳縣人，在讀碩士研究生，研究方向：機電一體化。