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華瑞通用紅外熱像儀監(jiān)控瀝青路面溫度解決方案。瀝青混合料路面的溫度控制在瀝青路面質(zhì)量控制體系中的作用不可小覷，但是道路施工人員對級配離析的認(rèn)識遠(yuǎn)高于溫度離析，有些地方甚至都沒有溫度離析這個(gè)概念。溫度離析是指熱拌瀝青混合料在生產(chǎn)、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓等過程中，由于不同位置的混合料溫度下降速率不一致，導(dǎo)致瀝青混合料出現(xiàn)溫度差異的現(xiàn)象。瀝青路面中瀝青混合料的溫度分布是一個(gè)場域，傳統(tǒng)的瀝青混合料溫度監(jiān)測方法因其隨意性、延時(shí)性、局限性、安全性，不能真實(shí)、全面地反映瀝青混合料的溫度分布特性。如水銀/煤油溫度計(jì)插入法在施工過程中不僅有燙傷或壓路機(jī)碾壓的危險(xiǎn)而且需要經(jīng)過一定的時(shí)間才能準(zhǔn)確的測量出物體的溫度，特別是在SMA瀝青混合料施工時(shí)很難滿足測量的需要，一般不予推薦使用;熱電偶溫度計(jì)插入法以及紅外射線溫槍法，它們所測得的溫度都是一個(gè)點(diǎn)，不能代表這個(gè)點(diǎn)鄰域內(nèi)的整體溫度分布狀況，不能真實(shí)反映瀝青混合料溫度離析情況;紅外熱像儀可以接受紅外輻射并將其轉(zhuǎn)化為溫度并以圖片形式表達(dá)，不但能測點(diǎn)溫度更重要的是能反映這個(gè)點(diǎn)鄰域內(nèi)溫度場的溫度分布狀況。國外普遍采用紅外熱像儀作為監(jiān)控瀝青路面溫度離析的主要手段，而紅外熱像儀在甘肅省瀝青路面溫度監(jiān)控的應(yīng)用尚屬首例。

紅外熱像儀工作原理

紅外熱像儀系統(tǒng)分為主動式紅外成像系統(tǒng)和被動式紅外成像系統(tǒng)，本次試驗(yàn)所采用的華瑞通紅外熱像儀為被動式紅外成像系統(tǒng)，即利用物體本身自然發(fā)射的紅外輻射來探測物體。通過對物體自身輻射的紅外能量的測量，便能準(zhǔn)確地測定它的表面溫度，這就是紅外輻射測溫所依據(jù)的客觀基礎(chǔ)。自然界中，溫度高于絕對零度的一切物體，總是在不斷地發(fā)射紅外輻射。收集并探測這些輻射能，就可以形成與物體溫度分布相對應(yīng)的熱圖像，熱圖像再現(xiàn)了物體各部分溫度和輻射發(fā)射率的差異，能夠顯示出物體的特征。通過紅外攝像儀繪制整個(gè)路面區(qū)域的熱量分布圖，從而監(jiān)測和解決施工中出現(xiàn)的溫度離析現(xiàn)象。

紅外熱像儀在瀝青混凝土路面溫度監(jiān)測的應(yīng)用

雖然我國的現(xiàn)行規(guī)范對瀝青混合料的施工提出了明確的溫度要求，但是并沒有提出溫度離析的標(biāo)準(zhǔn)。

采用紅外熱像儀在瀝青混合料拌和、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓等階段進(jìn)行瀝青混合料的溫度監(jiān)測，并借鑒此標(biāo)準(zhǔn)來判別瀝青混合料的溫度離析狀況。

拌和－運(yùn)輸階段瀝青混合料溫度監(jiān)測

集料從冷料倉過來輸送至加熱滾筒，爾后經(jīng)過提升篩分，再在熱料倉與瀝青、礦粉等拌合，最后從熱料口輸出。瀝青混合料拌和成型后在其出口用紅外熱像儀進(jìn)行溫度監(jiān)控所形成的紅外熱成像圖及其原圖，可以看出紅外熱成像圖顏色呈均勻的黃色分布，說明在拌合過程中瀝青混合料溫度分布較均勻無離析。還可以讀出鄰域環(huán)境最高溫度為181℃，最低溫度僅為34.4℃;十字頭點(diǎn)1、點(diǎn)2、點(diǎn)3的溫度分別為180℃、179℃、179℃;區(qū)域1、2、3所顯示的是區(qū)域內(nèi)的最大溫度值，其值分別為182℃、181℃、181℃。金昌至武威高速公路建設(shè)項(xiàng)目某上面層所采用的路面類型為SUP－13，瀝青選材為SBS改性瀝青，規(guī)范要求混合料廢棄溫度為195℃，符合瀝青混合料出場溫度要求。經(jīng)過對拌和成型的瀝青混合料在出口用紅外熱像儀進(jìn)行300次的溫度監(jiān)控試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其溫度波動在3～5℃之間，根據(jù)NCHRP標(biāo)準(zhǔn)屬于無溫度離析狀態(tài)。

運(yùn)輸－攤鋪階段瀝青混合料溫度監(jiān)測

采用紅外熱像儀對運(yùn)輸階段瀝青混合料進(jìn)行檢測。瀝青混合料運(yùn)輸車卸料初期以及卸料末期的溫度監(jiān)測圖。在瀝青混合料運(yùn)輸車開始卸料時(shí)拍攝的，靠近汽車尾部的瀝青混合料整體滑下?？梢宰x出鄰域環(huán)境最高溫度為185℃，最低溫度僅為26.4℃;十字頭點(diǎn)1、點(diǎn)2、點(diǎn)3的溫度分別為181℃、178℃、175℃;區(qū)域1、2、3所顯示的是區(qū)域內(nèi)的最大溫度值，其值分別為186℃、184℃、184℃。在瀝青混合料卸料末期拍攝的，在圖中可以看出暗色－紫紅色所占區(qū)域較亮色－黃色所占面積較大。從環(huán)境溫度色柱可以看出，顏色靠近紫紅色則溫度越低，顏色顯示越靠近黃色則溫度越高，從顏色分布可以看出溫度變化差異很大。鄰域環(huán)境最高溫度為156℃，最低溫度僅為53.9℃;十字頭點(diǎn)1、點(diǎn)2、點(diǎn)3的溫度分別為153℃、90.9℃、118℃;區(qū)域1、2、3所顯示的是區(qū)域內(nèi)的最大溫度值，其值分別為166℃、164℃、145℃。十字頭點(diǎn)2溫度顯示90.9℃是因?yàn)樗綔y部分為靠近汽車邊部的溫度，由于熱交換原因其溫度降低速率較中間部位較快。

整體反映了瀝青混合料在運(yùn)輸階段溫度在豎直方向的一個(gè)溫度分布?？梢钥闯鲞\(yùn)輸車在卸料初期車廂尾部的瀝青混合料先卸入攤鋪斗，留下中間的高溫料，由于瀝青的比熱容大于石料的比熱容，瀝青相與石料相的熱量交換需要一定時(shí)間而不能瞬時(shí)完成，加之混合料內(nèi)部存在“燜料”現(xiàn)象，不致與周圍環(huán)境進(jìn)行熱交換，所以顏色分布均勻溫度離析現(xiàn)象較小。為瀝青混合料卸料末期，其溫度變化差異很大，極差達(dá)到75.9℃。根據(jù)NCHRP標(biāo)準(zhǔn)屬于重度離析狀態(tài)。造成以上結(jié)果的原因有:(1)由于是車廂前部和頂面聚集的低溫料(2)瀝青混合料在卸料過程中，混合料表面不斷的與周圍空氣進(jìn)行熱交換，不能形成穩(wěn)定的溫度“屏蔽區(qū)”。

攤鋪－碾壓階段瀝青混合料溫度監(jiān)測

紅外熱成像圖顏色分布均勻，也可直觀讀出十字頭點(diǎn)1、點(diǎn)2、點(diǎn)3的溫度分別為171℃、166℃、173℃;區(qū)域1、2、3所顯示的是區(qū)域內(nèi)的最大溫度值，其值分別為182℃、180℃、180℃。溫度極差最大為16℃，根據(jù)NCHRP標(biāo)準(zhǔn)屬于輕度離析狀態(tài)。攤鋪－碾壓階段較卸料階段溫度極差75.9℃降低了79%。一方面是由于攤鋪機(jī)在開工前其熨平板需提前預(yù)熱使其溫度不低于100℃，以減少熨平板的溫縮變形，使振搗運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)對接縫平整度起保障作用，同時(shí)瀝青混合料不致沾染在熨平板上，減少起步拉毛現(xiàn)象，也在一定程度上減小了熨平板與瀝青混合料之間的熱交換從側(cè)面保證了瀝青混合料的攤鋪溫度。另一方面攤鋪機(jī)螺旋布料器布料過程中，由于不斷的旋轉(zhuǎn)，混合料與環(huán)境空氣不斷的進(jìn)行熱交換，由于外界環(huán)境因素的一致性加之?dāng)備伜鬄r青混合料厚度相對均勻，所以瀝青混合料溫度分布差異較小。

本項(xiàng)目所使用攤鋪機(jī)在布料時(shí)出現(xiàn)集料離析情況，如圖4紅線所示。在紅外熱成像圖呈現(xiàn)出明顯的溫度離析帶，此為典型的級配離析引起的溫度離析情況。由于大顆粒骨料其比表面積較小溫度散失較快，細(xì)顆粒骨料比表面積較大溫度散失相對大顆粒骨料較慢，攤鋪后瀝青混合料不但級配離析明顯且溫度離析亦很明顯，導(dǎo)致瀝青混合料局部區(qū)域壓實(shí)度不夠進(jìn)而影響路面平整度。

碾壓階段瀝青混合料溫度監(jiān)測

瀝青混合料在碾壓階段尤其是在虛鋪初壓結(jié)束后，其溫度不易檢測。傳統(tǒng)的檢測方法存在一個(gè)時(shí)間延續(xù)的過程。當(dāng)溫度值趨于穩(wěn)定時(shí)，所檢測的數(shù)據(jù)結(jié)果偏小不能代表實(shí)際的碾壓溫度值。紅外熱像儀的溫度檢測不存在時(shí)間延續(xù)性，可瞬時(shí)準(zhǔn)確讀出當(dāng)下的溫度值。

瀝青混合料初壓階段溫度監(jiān)測，十字點(diǎn)1所在位置為膠輪碾壓過后的溫度，顯示為143℃。比十字點(diǎn)3所在位置即膠輪未碾壓部分溫度150℃低7℃;而區(qū)域1即膠輪碾壓部分溫度顯示為162℃，區(qū)域3即膠輪未碾壓部分溫度顯示為160℃，比區(qū)域1低2℃。究其原因在于，壓路機(jī)初壓時(shí)，碾壓過的瀝青混合料內(nèi)部空隙降低，導(dǎo)致溫度相對較高且不易與外界進(jìn)行熱交換;而沒有碾壓的部分溫度雖然很高，但是與外界環(huán)境的熱交換速率較碾壓部分快，這也就是要求壓路機(jī)緊跟攤鋪機(jī)碾壓的重要原因之一。

可以看出，隨著碾壓過程的不斷進(jìn)行，瀝青混合料溫度越來越小。從初壓階段的最高溫度162℃下降到復(fù)壓階段131℃再到終壓階段的104℃，其溫差從31℃下降到27℃，根據(jù)NCHRP標(biāo)準(zhǔn)屬于重度離析狀態(tài)。

結(jié)論

(1)紅外熱像儀對瀝青路面的溫度監(jiān)控有一個(gè)比較直觀的反映，便于及時(shí)對離析點(diǎn)進(jìn)行動態(tài)處理;

(2)瀝青混合料級配離析會導(dǎo)致瀝青混合料溫度離析的產(chǎn)生;

(3)瀝青混合料在碾壓階段由于與外界環(huán)境的接觸面積增大易受環(huán)境影響，在施工中應(yīng)嚴(yán)格控制。初壓階段極差為19℃到復(fù)壓階段極差15℃再到終壓階段極差變?yōu)?4℃溫度呈遞減狀態(tài)，在整個(gè)碾壓階段其溫度極差從31℃下降到27℃，溫度變異性較大。

(4)各個(gè)階段瀝青混合料的溫度都以中心向兩邊呈正態(tài)分布趨勢，從拌和至運(yùn)輸階段溫度變化差異較小，運(yùn)輸至攤鋪階段溫度變化差異最為嚴(yán)重，攤鋪至碾壓階段溫度變化趨于相對穩(wěn)定，在瀝青混合料碾壓階段溫度變化差異較大。