沥青路面温度场影响因素分析

张浩伟

沥青路面温度场影响因素分析

张浩伟

（长安大学工程机械学院，陕西西安710000）

为研究不同的施工环境对路面施工质量的影响，以正在施工的沥青路面为试验对象，设计现场试验，用数据分析法研究沥青路面温度场随构造深度、摊铺温度、大气温度、风速的变化而变化的规律。结果表明应选择气温较高、风速较小时的天气施工，以达到最佳压实效果。

沥青路面；施工质量；现场试验；温度场

在高等级路面的施工过程中，摊铺碾压扮演着重要的角色[1]。在评价摊铺质量的多项参数中，沥青路面摊铺温度场的分布是影响沥青路面压实作业质量的重要因子之一。目前改性沥青在我国高等级路面上普遍使用，其性质决定了在温度较低时进行压实作业，无论如何调整压实工艺都不能使沥青路面达到设定的压实度。因此需要通过了解沥青混合料在摊铺碾压过程中的温度变化，从而分析得出最佳碾压时间，保证压实路面的压实度满足要求。

本文选定在河南张家口某正在施工的路段为试验路段，进行沥青路面摊铺温度场分布的研究，试验路段上面层使用SMA-13改性沥青，通过现场试验研究分析上面层沥青混合料摊铺温度场的分布情况。分别考虑在摊铺温度、风速、气温、摊铺宽度等因素的影响下路面温度场的变化[2]，为沥青路面施工作业提供一定的指导意义。

1 仪器的选择与布置

1.1仪器的选择

由于试验路段正在施工，考虑在不损害路面结构的情况下，测量沥青混合料上面层表面的温度时，可以采用手持式红外温度传感器，由于沥青混合料温度高达170℃，因此选取的红外温度传感器性能指标如表1所示。

表1 红外传感器性能指标

而在测量沥青混合料上面层表面以下的位置时，不仅要考虑不损害路面结构，还要保证获得精确地测量数据[3]。因此选择JCJ100TTZ探针式温度传感器，其性能指标如表2所示。

表2 探针式温度传感器性能指标

1.2 仪器的布置

本试验主要对沥青混合料的上面层温度场分布进行研究，对沿摊铺机横向方向空间意义上的中间位置的沥青混合料上面层表面、中间和底部的温度进行测量。测量沥青混合料上面层表面的温度时，试验人员需要使用手持式红外温度传感器，距离路面表面一定距离进行测量，测量过程必须保证测温距离不变。测量沥青混合料上面层表面以下的温度时，由于该沥青路面上面层仅摊铺4 cm，所以在布置传感器位置时，仅需在距上面层2 cm、上面层与中面层交界处布置探针式传感器[4]，并对传感器探针2 cm、4 cm处做上标记，以保证每次测量位置的一致性。如图1所示，为了保证试验结果的准确性，在路面多处进行温度采集进行分析比较，为试验研究保证足够的有效数据。试验过程必须严格按照试验方案布置温度传感器，保证试验结果，提高试验的效率。

图1 温度传感器测点位置布置

2 测量数据的纪录与分析

在采集数据过程中应严格关注施工条件的变化，当分析上面层沥青路面表面、中间位置、底部温度的变化情况时，应保持在同一空间位置进行测量，同时试验操作人员在数据记录过程中应严格控制时间间隔。在分析不同摊铺温度对路面温度场的影响，由于试验条件的限制，本节仅研究上面层中间位置温度的变化，在分析不同风速和不同大气气温条件下对路面温度场变化的影响，仍选择上面层路面中间位置处的温度进行数据的采集与分析。由于高温混合料在压实过程中，与外界温差较大，其混合料温度下降速度较快，采取每1 min记录一次数据，根据施工经验，混合料的碾压温度不低于120℃，当碾压温度低时，不仅起不到碾压的作用，可能还会起到负面效应[5]。故当温度低于120℃时，所采集的数据对研究内容影响不大，所以当路面温度降低到不适合碾压时，无需再对试验数据进行测量记录。

2.1 沥青路面温度场的分布情况

通过对同一空间位置的温度数据采集，利用科学的数据分析处理方法，整理出混合料沥青路面上面层表面、中间、底部的温度测量数据，测量时在混合料的摊铺温度为170℃，大气温度30℃，风速1.5 m/s条件下进行数据的采集，并根据相关数据绘制出沥青路面温度场的变化曲线。由于施工时气温高、风速小，外界气候条件变化不大，所以在进行数据的整理工作中，可以认为摊铺温度、风速、大气温度为恒定值。

从图2可以看出，在摊铺后前12 min这段时间，上面层表面和底部的温度下降速率基本相同，上面层中部处的温度下降速率较其他位置慢。在摊铺到路面12min后，上面层表面和底部的温度下降速率基本相同，上面层中部处的温度下降速率较其他位置较快。而在15 min以后沥青路面上面层表面与底部温度均低于120℃，因此沥青路面的最佳有效压实时间需要在摊铺后15 min内完成，才能够保证摊铺好的路面压实度达到设计要求。

图2 沥青路面温度场温度变化曲线

2.2 摊铺温度对温度场分布的影响

在研究摊铺温度对路面温度场变化的影响，仅需控制混合料在初始摊铺时的温度不同，而混合料初始摊铺温度主要通过拌合楼来控制。从预先设定的试验方案中，根据混合料从拌合楼到施工现场的路程及散热情况，调整拌合楼的相关生产参数，生产出符合试验要求的沥青混合料[6]，同时选择施工时的气温、风速等环境变化较小，可以忽略其变化带来的影响。试验过程中选择上面层中部的温度进行数据的采集，测量时在混合料的摊铺温度分别为170℃和175℃，大气气温30℃，风速1.5 m/s条件下进行数据的采集。

从图3可以看出，在保证试验当日大气温度和风速变化可以忽略的情况下，当沥青路面摊铺温度不同时，上面层中间处的温度变化趋势基本相同。在前3 min内，初始摊铺温度高时的混合料下降速度快，随着时间的变化，不同摊铺温度下的上面层中部处温度差距越来越小，由初始的温差为5℃时减少到温差为2℃，不同摊铺温度的混合料在此时间段内温度下降速率基本相同，直到压实作业结束时二者仍然保持下降速率和温度差基本不再发生变化。由于现场施工时对混合料的温度要求比较严格，实际摊铺到路面的混合料初始温度基本控制在设定温度的士3℃，所以施工过程中的沥青混合料初始摊铺温度差异对路面温度场的影响可以忽略，沥青路面的有效压实时间也相差不大。

图3 不同摊铺温度下上面层中部温度变化曲线

2.3 大气温度对路面温度场分布的影响

在对高等级路面施工作业时，基于改性沥青混合料的特殊性，多选择7-8月份进行路面作业，主要因为此月份的大气温度较高[7]，所以大气温度的选择对混合料的摊铺碾压十分重要。为了更全面研究大气气温对路面温度场的影响，本节通过控制摊铺温度、风速等相关条件，在温差较明显的环境中进行施工，测量时混合料的摊铺温度为170℃，大气气温分别为34℃和20℃，风速为1.5 m/s条件下进行数据的采集。

从图4可以看出，前3 min内，气温低时沥青路面温度下降速率较大，之后下降速率减小。从路面温度整体变化规律来看，在忽略风速变化的情况下，从测得数据可以看出，按照施工技术指导说明书要求的碾压温度，此气温温度差导致了路面压实时间缩短了3 min，在有限的压实时间内，此时间差对于提高路面的压实度具有很大的意义。在气温较低时，在摊铺后14 min，路面的温度己经下降到碾压温度的临界值，己经不适合对路面进行压实。

图4 不同大气温度下上面层中部温度变化曲线

2.4 风速对路面温度场分布的影响

在研究风速对路面摊铺温度场影响中，同样采用了以上控制单一变量的研究思想，严格控制摊铺温度、大气温度等外界条件的变化。由于试验段所处地理位置气候变化不大，施工时又值高温天气，所以风速的变化并不是太明显。同时，面临施工工期的紧迫性，以及SMA-13沥青混合料施工条件的限制，很难选取风速相差较大施工环境进行试验工作。经过观察，最终分别选取了摊铺温度为170℃，气温为30℃，风速分别为1.5 m/s，4.5 m/s时路面温度场的变化情况。

从图5可以看出，在前3 min内，上面层中间处的沥青混合料在风速较大时温度下降较快，不同风速下的上面层中间处的沥青混合料温度差在加大，之后最大温度差达到20℃。当混合料摊铺到路面13 min后，此时风速较大时摊铺的路面温度己经下降到碾压温度的临界值，同时路面有效压实时间缩短了近2min.

图5 不同风速下上面层中部温度变化曲线

3 结束语

SMA-13沥青路面上面层中间处的温度在碾压时一直高于上面层表面和上面层底部处的温度，不同温度下的初始摊铺温度对路面温度场的变化无明显影响，且沥青路面温度场的变化受风速和大气温度的影响较大大。路面的最佳压实时间应在15min以内，因此施工时应选择气温较高、风速较小时的天气，以延长压路机的压实时间，保证沥青路面施工质量。

[1]冯家辉.沥青路面施工平整度及横缝的处理[J].黑龙江，城市建筑，2015（3）：334-334.

[2]孙洁.热拌沥青混合料施工压实过程中温度场变化规律研究[D].湖南，长沙理工大学，2009.

[3]路畅，黄晓明，张志祥.沥青路面温度场的现场观测与分析[J].湖南，公路工程，2009，34（6）：34-37.

[4]姜小琴.沥青混合料摊铺时温度场的影响因素分析[J].湖南，湖南交通科技，2015，31（4）：19-21.

[5]高源，沥青路面压实过程控制研究[D].重庆，重庆交通大学，2013.

[6]孙清浦.ACP-4000型拌和机在沥青混合料生产中对温度控制的探讨[J].北京，公路交通科技（应用技术版），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

张浩伟，（1992-），男，陕西佳县人，在读硕士研究生，研究方向：机电一体化。