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红外热像仪在沥青路面的温度监控表现,都泰短波热像仪红外线工业测温仪

发表时间: 2019-01-07 12:09:35

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青混合料路面的温度控制在沥青路面质量控制体系中的作用不可小觑,但是道路施工人员对级配离析的认识远高于温度离析,有些地方甚至都没有温度离析这个概念。温度离析是指热拌沥青混合料在生产、运输、摊铺、碾压等过程中,由于不同位置的混合料温度下降速率不一致,导致沥青混合料出现温度差异的现象。沥青路面中沥青混合料的温度分布是一个场域,传统的沥青混合料温度监测方法因其随意性、延时性、局限性、安全性,不能真实、全面

沥青混合料路面的温度控制在沥青路面质量控制体系中的作用不可小觑,但是道路施工人员对级配离析的认识远高于温度离析,有些地方甚至都没有温度离析这个概念。温度离析是指热拌沥青混合料在生产、运输、摊铺、碾压等过程中,由于不同位置的混合料温度下降速率不一致,导致沥青混合料出现温度差异的现象。沥青路面中沥青混合料的温度分布是一个场域,传统的沥青混合料温度监测方法因其随意性、延时性、局限性、安全性,不能真实、全面地反映沥青混合料的温度分布特性。如水银/煤油温度计插入法在施工过程中不仅有烫伤或压路机碾压的危险而且需要经过一定的时间才能准确的测量出物体的温度,特别是在SMA沥青混合料施工时很难满足测量的需要,一般不予推荐使用;热电偶温度计插入法以及红外射线温枪法,它们所测得的温度都是一个点,不能代表这个点邻域内的整体温度分布状况,不能真实反映沥青混合料温度离析情况;红外热像仪可以接受红外辐射并将其转化为温度并以图片形式表达,不但能测点温度更重要的是能反映这个点邻域内温度场的温度分布状况。国外普遍采用红外热像仪作为监控沥青路面温度离析的主要手段,而红外热像仪在甘肃省沥青路面温度监控的应用尚属首例。

红外热像仪工作原理

红外热像仪系统分为主动式红外成像系统和被动式红外成像系统,本次试验所采用的红外热像仪为被动式红外成像系统,即利用物体本身自然发射的红外辐射来探测物体。通过对物体自身辐射的红外能量的测量,便能准确地测定它的表面温度,这就是红外辐射测温所依据的客观基础。自然界中,温度高于***零度的一切物体,总是在不断地发射红外辐射。收集并探测这些辐射能,就可以形成与物体温度分布相对应的热图像,热图像再现了物体各部分温度和辐射发射率的差异,能够显示出物体的特征。通过红外摄像仪绘制整个路面区域的热量分布图,从而监测和解决施工中出现的温度离析现象。

红外热像仪在沥青混凝土路面温度监测的应用

虽然我国的现行规范对沥青混合料的施工提出了明确的温度要求,但是并没有提出温度离析的标准。

美国的NCAT温度离析标准是以温度极差的大小来区分的。在此指导之下,采用红外热像仪在沥青混合料拌和、运输、摊铺、碾压等阶段进行沥青混合料的温度监测,并借鉴此标准来判别沥青混合料的温度离析状况。

拌和-运输阶段沥青混合料温度监测

集料从冷料仓过来输送至加热滚筒,尔后经过提升筛分,再在热料仓与沥青、矿粉等拌合,***从热料口输出。沥青混合料拌和成型后在其出口用红外热像仪进行温度监控所形成的红外热成像图及其原图,可以看出红外热成像图颜色呈均匀的黄色分布,说明在拌合过程中沥青混合料温度分布较均匀无离析。还可以读出邻域环境***温度为181℃,***温度仅为34.4℃;十字头点1、点2、点3的温度分别为180℃、179℃、179℃;区域1、2、3所显示的是区域内的***温度值,其值分别为182℃、181℃、181℃。金昌至武威高速公路建设项目某上面层所采用的路面类型为SUP-13,沥青选材为SBS改性沥青,规范要求混合料废弃温度为195℃,符合沥青混合料出场温度要求。经过对拌和成型的沥青混合料在出口用红外热像仪进行300次的温度监控试验,发现其温度波动在3~5℃之间,根据NCHRP标准属于无温度离析状态。

运输-摊铺阶段沥青混合料温度监测

采用红外热像仪对运输阶段沥青混合料进行检测。沥青混合料运输车卸料初期以及卸料末期的温度监测图。在沥青混合料运输车开始卸料时拍摄的,靠近汽车尾部的沥青混合料整体滑下。可以读出邻域环境***温度为185℃,***温度仅为26.4℃;十字头点1、点2、点3的温度分别为181℃、178℃、175℃;区域1、2、3所显示的是区域内的***温度值,其值分别为186℃、184℃、184℃。在沥青混合料卸料末期拍摄的,在图中可以看出暗色-紫红色所占区域较亮色-黄色所占面积较大。从环境温度色柱可以看出,颜色靠近紫红色则温度越低,颜色显示越靠近黄色则温度越高,从颜色分布可以看出温度变化差异很大。邻域环境***温度为156℃,***温度仅为53.9℃;十字头点1、点2、点3的温度分别为153℃、90.9℃、118℃;区域1、2、3所显示的是区域内的***温度值,其值分别为166℃、164℃、145℃。十字头点2温度显示90.9℃是因为所探测部分为靠近汽车边部的温度,由于热交换原因其温度降低速率较中间部位较快。

整体反映了沥青混合料在运输阶段温度在竖直方向的一个温度分布。可以看出运输车在卸料初期车厢尾部的沥青混合料先卸入摊铺斗,留下中间的高温料,由于沥青的比热容大于石料的比热容,沥青相与石料相的热量交换需要一定时间而不能瞬时完成,加之混合料内部存在“焖料”现象,不致与周围环境进行热交换,所以颜色分布均匀温度离析现象较小。为沥青混合料卸料末期,其温度变化差异很大,极差达到75.9℃。根据NCHRP标准属于重度离析状态。造成以上结果的原因有:(1)由于是车厢前部和顶面聚集的低温料(2)沥青混合料在卸料过程中,混合料表面不断的与周围空气进行热交换,不能形成稳定的温度“屏蔽区”。

摊铺-碾压阶段沥青混合料温度监测

红外热成像图颜色分布均匀,也可直观读出十字头点1、点2、点3的温度分别为171℃、166℃、173℃;区域1、2、3所显示的是区域内的***温度值,其值分别为182℃、180℃、180℃。温度极差***为16℃,根据NCHRP标准属于轻度离析状态。摊铺-碾压阶段较卸料阶段温度极差75.9℃降低了79%。一方面是由于摊铺机在开工前其熨平板需提前预热使其温度不低于100℃,以减少熨平板的温缩变形,使振捣运转平稳对接缝平整度起保障作用,同时沥青混合料不致沾染在熨平板上,减少起步拉毛现象,也在一定程度上减小了熨平板与沥青混合料之间的热交换从侧面保证了沥青混合料的摊铺温度。另一方面摊铺机螺旋布料器布料过程中,由于不断的旋转,混合料与环境空气不断的进行热交换,由于外界环境因素的一致性加之摊铺后沥青混合料厚度相对均匀,所以沥青混合料温度分布差异较小。

本项目所使用摊铺机在布料时出现集料离析情况,如图4红线所示。在红外热成像图呈现出明显的温度离析带,此为典型的级配离析引起的温度离析情况。由于大颗粒骨料其比表面积较小温度散失较快,细颗粒骨料比表面积较大温度散失相对大颗粒骨料较慢,摊铺后沥青混合料不但级配离析明显且温度离析亦很明显,导致沥青混合料局部区域压实度不够进而影响路面平整度。

碾压阶段沥青混合料温度监测

沥青混合料在碾压阶段尤其是在虚铺初压结束后,其温度不易检测。传统的检测方法存在一个时间延续的过程。当温度值趋于稳定时,所检测的数据结果偏小不能代表实际的碾压温度值。红外热像仪的温度检测不存在时间延续性,可瞬时准确读出当下的温度值。

沥青混合料初压阶段温度监测,十字点1所在位置为胶轮碾压过后的温度,显示为143℃。比十字点3所在位置即胶轮未碾压部分温度150℃低7℃;而区域1即胶轮碾压部分温度显示为162℃,区域3即胶轮未碾压部分温度显示为160℃,比区域1低2℃。究其原因在于,压路机初压时,碾压过的沥青混合料内部空隙降低,导致温度相对较高且不易与外界进行热交换;而没有碾压的部分温度虽然很高,但是与外界环境的热交换速率较碾压部分快,这也就是要求压路机紧跟摊铺机碾压的重要原因之一。

可以看出,随着碾压过程的不断进行,沥青混合料温度越来越小。从初压阶段的***温度162℃下降到复压阶段131℃再到终压阶段的104℃,其温差从31℃下降到27℃,根据NCHRP标准属于重度离析状态。

结论

(1)红外热像仪对沥青路面的温度监控有一个比较直观的反映,便于及时对离析点进行动态处理;

(2)沥青混合料级配离析会导致沥青混合料温度离析的产生;

(3)沥青混合料在碾压阶段由于与外界环境的接触面积增大易受环境影响,在施工中应严格控制。初压阶段极差为19℃到复压阶段极差15℃再到终压阶段极差变为14℃温度呈递减状态,在整个碾压阶段其温度极差从31℃下降到27℃,温度变异性较大。

(4)各个阶段沥青混合料的温度都以中心向两边呈正态分布趋势,从拌和至运输阶段温度变化差异较小,运输至摊铺阶段温度变化差异最为严重,摊铺至碾压阶段温度变化趋于相对稳定,在沥青混合料碾压阶段温度变化差异较大。


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