沥青路面温度控制施工技术研究

1.引言

吉林省沿边开放旅游大通道（G331）环长白山段一级公路改扩建工程属中温带湿润季风气候区，植被茂密，降雨频繁，四季变化明显，春季干燥多风,夏季温热多雨，秋季凉爽少雨，冬季寒冷期长。在改性沥青混合料施工过程中，改性沥青混合料的温度是贯穿生产、运输、摊铺和碾压等施工过程的重要控制因素。长白山地区昼夜温差可达 20^∘C ，有研究表明，环境温度每降低 10^∘C ，沥青混合料的冷却速率将提高约一倍【1】。在工期紧张，需 24h 不间断施工的情况下，夜间施工需格外注意碾压时沥青混合料的温度，若仍沿用日间的施工工艺参数，容易出现沥青混合料未在最优碾压温度时碾压、压实度不足等一系列的质量问题，最终影响到新建道路路面的使用寿命及行车安全性。

2.影响因素重要性分析

2.1.特殊环境对热量散失影响

长白山地区处于中温带湿润季风气候区，具有高海拔、多降雨、多强风、昼夜温差大等特点，其中高海拔、低气温、多强风等条件共同构成了一个热量散失快速的特殊环境。导致沥青混合料生产、运输、摊铺和碾压的过程中，热量损失较常温地区更加迅速，其核心因素在于以下几点：

热对流：长白山地区多强风，根据 Kumar P. 等【2】通过风洞实验证实，风速从 0 增加到 5m/s ，对流换热系数可提高 3 倍以上。施工时，当强风吹过沥青混合料表面，较无风情况下对流换热系数增强，混合料内部与表层温度同步快速下降，

热辐射：长白山地区昼夜温差大，李志军等【3】的研究指出，在无云、低湿的高寒地区，夜间辐射散热导致的温降可达 5-10^∘C 。当不可避免的进行夜间施工时，夜间环境气温较日间环境气温最大相差可达 20^∘C 以上，因此改性沥青混合料在夜间的辐射散热远高于日间的辐射散热，进一步加剧了改性沥青混合料的温度降低数值。

热传导：本项目改性沥青混合料采用 4cm（AC-13） +6cm （AC-20），由于单层厚度较薄，混合料整体热惰性小，芯部位置的温度与下承层和表面处的热传导效率高，当下承层温度较低，表面处的热量损失较快时，芯部位置热量将快速的传导至下承层和表面处，导致改性沥青混合料在摊铺后整体温度迅速降低。

2.3.拌合、出场温度的影响

本项目在现场施工过程中对拌合温度、出场温度进行现场数据统计。

通过采用专业的沥青运输车，运输车车体采用双层钢板结构，中间填充优质的保温材料（如岩棉、聚氨酯泡沫等），顶部配备覆盖严实、耐高温的篷布。有效的解决了运输过程中的热量损失。经数据统计，采用专业的沥青运输车时，出场温度较摊铺时的温度，降低幅度在 5℃以内，因此拌合温度、出场温度对最终施工质量的影响较为有限。

2.2.压实有效时间短

改性沥青混合料温度较高时，摊铺容易出现离析，碾压容易出现推挤波浪，即使增加碾压遍数也难以达到理想的压实效果；改性沥青混合料温度较低，沥青黏度较大，混合料变干变硬，压实度无法得到有效的保证，易出现质量问题。而压实度是沥青路面质量的重要指标，只有在最佳的温度区间内进行碾压，才能达到最佳的压实度效果。因此确保施工过程中改性沥青混合料的温度，是沥青混合料施工质量控制的重中之重。

改性沥青混合料因沥青的特性，施工时需在特定温度区间内完成压实工作（初压温度不低于 150^∘C ，终压温度不低于 90^∘C ）。而通过上文分析，改性沥青混合料的温度受长白山地区特殊环境的影响较为严重，当各种不利因素叠加在一起后，改性沥青混合料的有效压实窗口期被大幅度压缩，王建国等【4】在青藏高原的研究中发现，当施工周边环境温度低于 10^∘C 时，有效压实时间可能不足 15 分钟。固定模式的碾压工艺难以适应如此短暂且多变的压实时间窗口，易导致碾压作业在混合料温度低于限值时仍在进行，压实质量无法保障。因此确保碾压作业过程中改性沥青混合料温度处于最佳温度，是改性沥青混合料施工质量的重要控制内容。

3.智能压实（IC）技术的调整应用

目前，国内的沥青路面施工质量控制更多的是对沥青混合料的原材料或工艺参数的优化改良。其中智能压实（IC）技术在压实度均匀性方面取得了一定的效果【5】，但其主要的控制指标是压实度的检测。长白山地区具有高海拔、多降雨、多强风、昼夜温差大等非常规气候条件，智能压实（IC）技术无法解决压实有效时间短、温度变化快的特有问题，因此在智能压实技术的基础上，引入温度-速度协同控制策略，实现碾压过程的动态优化。

3.1.技术集成

在压路机上加装红外温度传感器、压实度检测模块与GPS定位装置，构建集成式施工监控系统。温度传感器实时采集混合料表面数据，为速度调控提供依据。

3.2.温度检测及速度调整

施工监控系统通过在压路机上的红外温度传感器持续监测改性沥青混合料的温度，根据系统内预设的碾压温度控制区间进行动态的提示，驾驶员根据提示适当加快或降低行进速度。例如，当改性沥青温度较高时，提示驾驶员降低碾压速度，使改性沥青混合料颗粒更充分在压力下发生位移、重新排列，从而形成更稳定、更紧密的结构；温度接近控制下限时，提示驾驶员提高振动幅度，以确保在有限的温度窗口内达到规定的压实度；温度低于 90^∘C 时，系统发出警报，提示停止碾压，避免无效作业。

4.结论与展望

本研究以吉林省沿边开放旅游大通道（G331）环长白山段一级公路改扩建工程为依托，直面高海拔、低气温、多强风等非常规气候给改性沥青路面施工带来的独特挑战。提出了基于智能压实（IC）技术的调整应用，解决了长白山地区压实有效时间短、温度变化快的特有问题，为此类工程提供一定的参考价值。

未来可进一步融合物联网与人工智能技术，构建施工全过程智慧管控平台，实现沥青路面施工的精细化、智能化控制。

参考文献

【1】美国沥青铺面协会(APA).热拌沥青混合料路面施工手册[M].2007.

【 2 】 KumarP.SinghD.Wind-induced heat loss in asphalt pavement construction[J]. Journal of Materials in Civil Engineering, 2015, 27(8): 04014225.

【3】李志军，谭忆秋，郭猛.寒区沥青路面温度场与辐射冷却效应分析[J].中国公路学报，2016,29(10):1-9.

【4】王建国，郝培文.高原寒冷地区沥青路面压实特性研究[J].公路交通科技，2012,29(4):20-24.

【5】交通运输部公路科学研究院.智能压实技术发展与展望[R].北京，2018.