沥青摊铺降温规律分析

摘要：沥青混凝土在摊铺完成以后，必须在一定的温度范围内完成碾压。为研究沥青摊铺时减少各种外界因素对沥青混合料温度的影响，大大提高沥青混凝土的有效压实温度。根据热传导定律，采用合理的路面结构层热传导参数可以计算得到并分析不同环境温度、不同的风速条件、不同的沥青层摊铺厚度、不同的沥青层摊铺温度、不同的沥青混凝土类型沥青摊铺层的温度随着时间的变化。本文作者通过分析，掌握沥青摊铺的降温规律，利用规律逐步提高沥青路面的性能，降低生产成本。

关键词：沥青面层；降温影响；热传导定律；成本

0、引言

沥青混凝土在摊铺完成以后，必须在一定的温度范围内完成碾压。沥青摊铺面的温度随着时间的推移会逐渐降低，温度的变化受到很多外界因素的影响。根据研究，沥青混凝土摊铺层的温度受到环境温度、风速、沥青层摊铺厚度、沥青层摊铺温度、沥青混凝土类型、下承层等多种因素的影响。对于以上各种因素的影响可以应用常规的热传导定律对沥青混凝土进行分析。这方面，美国在上个世纪末期做了较多的研究，下面的分析基于美国明尼苏达州公路局的研究成果，结合国内沥青混凝土摊铺和环境的实际情况进行分析。

分析的参数变化见下表所示：

1、环境温度对沥青层降温的影响

选取风速取值为8km/h，沥青层厚度选取通常的沥青路面上面层为4cm，沥青层的摊铺完成温度为135℃，沥青混凝土的类型为常用的密实级配沥青混凝土。在以上条件下分析环境温度对沥青摊铺层降温特性的影响，根据热传导定律，采用合理的路面结构层热传导参数可以计算得到不同环境温度下沥青摊铺层的温度随着时间的变化。计算结果见图1：

图1不同环境温度下沥青摊铺层温度变化

从图1可以看出如下两点：

（1）沥青混凝土摊铺层的温度在初期会以较快的速度降低，但随着时间的推移，降温速率逐渐降低。第一分钟的降温速率一般是第二分钟的两倍，以后逐步降低。

（2）随着环境温度的增加，沥青混凝土摊铺层的降温速率也在逐步降低。以摊铺层温度降低到80℃来衡量，当环境温度为0℃时，12分钟摊铺层温度即低于80℃；当环境温度为5℃时，13分钟后摊铺层温度低于80℃；当环境温度为10℃时，为14分钟；环境温度为15℃时，为15分钟；但是当环境温度为30℃时，则经历了26分钟以后，摊铺层温度才降低为80℃。

2、风速对沥青层降温的影响

取环境温度为5℃，沥青层厚度选取通常的沥青路面上面层为4cm，沥青层的摊铺完成温度为135℃，沥青混凝土的类型为常用的密实级配沥青混凝土。在以上既定条件下分析风速对沥青混凝土摊铺层降温的影响时，可以通过计算得到不同风速条件下沥青摊铺层的温度随着时间的变化。计算结果见图2：

图2 不同风速下沥青摊铺层温度变化

从图2可以看出如下几点：

（1）风速对于沥青混凝土摊铺层的降温有明显的影响。随着风速的增加，沥青混凝土摊铺层的降温速度也在增加。

（2）有风和无风的状态对于沥青混凝土摊铺层的温度变化影响较大。当风速为0km/h时，降温速率比较平缓，经过15分钟以后，温度才降低到80℃以下；当风速为4km/h和8km/h时，经过13分钟后，温度降低到80℃以下；当风速超过10km/h时，温度降低到80℃以下的时间不超过12分钟。

即使环境温度较低的时候，如果风速很小，那么有效压实时间也相对较长。低温和风的联合作用使施工的环境变得更加不利，有效压实时间会急剧降低。

3、沥青层厚度对沥青层降温的影响

在分析沥青层厚度对沥青混凝土摊铺层降温的影响时，环境温度为5℃，风速取值为8km/h，沥青层的摊铺完成温度为135℃，沥青混凝土的类型为常用的密实级配沥青混凝土。可以计算得到不同沥青混凝土层厚度下沥青摊铺层的温度随着时间的变化。计算结果见图3：

图3 不同沥青层厚度下沥青摊铺层温度变化

从图3可以看出如下几点：

（1）沥青层的厚度对沥青摊铺层的温度变化有很明显的影响。沥青层厚度为4cm时，经过短短12分钟，沥青混凝土摊铺层的温度就降低到80℃；沥青层厚度为5cm时，经过18分钟后，沥青混凝土摊铺层温度降低到80℃；当沥青层厚度为6cm时，这个时间为24分钟；当沥青层厚度为7cm时，时间超过了半小时；当沥青层厚度为8cm时，即使在冬季低温下，具有一定风速的条件下，有效的压实时间也达到了近40分钟。

（2）沥青层的厚度对于沥青摊铺层的降温速率影响同样很明显。当沥青层厚度为4cm时，在整个降温过程中一直保持着较高的降温速率；而当沥青层厚度为8cm时，除了初期降温速率较高外，后期降温速率的减少很明显。

因此，对于低温条件下施工的沥青路面，增加沥青摊铺层的厚度具有最为明显的效果。由于厚沥青层具有更好的保温性能，使得整个沥青层的平均温度能够在较长时间内维持在较高的水平。如果冬季施工不可避免，或者施工环境比较恶劣的时候，可以在设计阶段，将目前的三层式沥青混凝土面层调整为两层式的沥青面层，使得碾压层具有更好的保温效果，从而在重型压力机的压实作用下，可以具有更好的压实度，保证沥青路面施工质量。

4、摊铺温度对沥青层降温的影响

在分析沥青层的摊铺温度对沥青混凝土摊铺层降温的影响时，环境温度为5℃，风速取值为8km/h，沥青层的摊铺厚度为4cm，沥青混凝土的类型为常用的密实级配沥青混凝土。可以计算得到不同沥青混凝土层摊铺温度下沥青摊铺层的温度随着时间的变化。计算结果见图4：

图4 不同摊铺温度下沥青摊铺层温度变化

从图4可以看出如下几点：

（1）沥青混凝土的摊铺温度对于沥青层的温度变化速率影响不明显，从图中各条曲线的形状可以看出，虽然摊铺温度不同，但是温度随着时间的变化率基本一致。这就说明，靠提高摊铺温度来降低温度变化速率并不可行。

（2）虽然对温度变化速率影响不大，但是由于初始摊铺温度的不同，使得不同情况下的有效压实时间差别很大，当摊铺温度为125℃时，经过10分钟，沥青层的温度就下降到80℃；当摊铺温度为165℃时，沥青层的有效压实时间可以延长到21分钟。

这就说明，在低温下施工，可以通过提高沥青混凝土的生产温度，从而增加摊铺层的初始温度，可以增加施工的有效碾压时间，但采用这种方式会增加能耗，当遇上低温大风天气时，效果也不明显。

5、不同沥青混凝土类型对沥青层降温的影响

分析两种常用的，具有不同沥青混凝土结构的材料，一种是密实级配沥青混凝土，另一种是SMA沥青混凝土，计算时环境温度为5℃，风速取值为8km/h，沥青层的摊铺厚度为4cm，沥青层摊铺温度为135℃。可以计算得到不同沥青混凝土层类型下沥青摊铺层的温度随着时间的变化。计算结果见图5：

图5不同混凝土类型下沥青摊铺层温度变化

从图5可以看出，不同沥青混凝土类型对于摊铺层的降温有影响，密实级配沥青混凝土的降温速度要高于SMA沥青混凝土。这是由于两种沥青混凝土的结构类型不同，SMA由于粗集料较多，因此沥青膜的裹覆厚度较厚，从而使得混凝土结构的热量不易散失，相对来讲，密实级配沥青混凝土沥青含量较少，沥青膜厚度较薄，保温性能就差一些。但如果单纯从沥青混凝土的类型上去比较，这种差异也并不大。

从图5可以看出，在达到80℃的时间上，两种类型的混凝土只是相差一分钟。

6、结语

（1）、以上全面分析了影响沥青混凝土摊铺层温度变化的各种影响因素，比较了各种因素对于沥青混凝土有效压实时间的影响。低温和大风等不利天气条件对于沥青摊铺层的降温规律具有重要的影响。

（2）、沥青层的厚度对于有效压实时间影响最为显著，通过提高沥青层的摊铺厚度，可以大大提高沥青层的保温性能，抵御低温大风天气带来的不利影响，提高沥青混凝土的有效压实温度，具体做法可以调整沥青混凝土的三层结构为两层式结构。

作者简介：尹路宁（1976.12-），男，工程师，主要从事土木工程管理工作

徐炳（1982.9- ），男，工程师，主要从事土木工程管理工作

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。