沥青混合料薄层罩面散热特性及施工控制研究

• 作 者: 梁悦
• 机 构: 重庆交通大学
• 出 处: 重庆交通大学
• 发表日期: 2020年9期
• 关键词: 沥青混合料

薄层罩面技术凭借其突出优点，成为了各预防养护技术中最具发展潜力与应用前景的技术之一，同时顺应了我国公路行业从公路建设到公路养护的变化，得到了越来越多道路工作者的青睐。对施工期间薄层罩面的温度散失特性进行研究，就能从理论出发，结合其实际情况，从压实温度的角度，对碾压作业的组织提供指导，确保薄层罩面的碾压质量，也即是保证了薄层罩面良好的路用性能。
　　本文基于传热学理论，使用ABAQUS有限元计算软件，对薄层罩面施工期的温度变化进行研究，并建立相应的仿真分析模型；在此基础上引入正交试验思想，对各影响因素进行分析比较，并确定其中具有显著性影响的因素；再分别针对显著性因素研究其与薄层罩面施工期温度散失的关系；同时判断各个施工条件下持续到复压阶段结束的时间，即有效压实时间，并使用Minitab数据分析软件得出有效压实时间的回归方程，得到预估模型，为现场压实的碾压作业组织提供理论依据，作为施工指导。
　　首先，以传热学基本理论为基础，结合薄层罩面施工期的具体情况，提出摊铺层热量变化主要传热类型：①空气-摊铺层对流换热；②辐射换热；③碾压期间碾轮洒水的显热和潜热。并通过室内实验确定了洒水造成的温度散失的影响程度及其作用时间大约为1min。得到了薄层罩面施工期温度场的控制方程，为后续仿真模型的建立提供理论支持。
　　接下来，使用ABAQUS对薄层罩面施工期的温度场仿真模型的建立进行研究。路面结构在碾压之前的初始温度分布由PARK模型来表示，薄层罩面施工期的三类边界条件的子程序通过IntelVisualFortranCompiler进行编译。将本数值仿真模型的结果与对应的工程实例实测数据进行对比分析，发现该模型能够较好的对薄层罩面施工期的温度场进行模拟，能够表征施工现场的实际情况。
　　然后，借助室内实验，同时结合施工实际，确认了以SBS改性沥青作为胶结料、以AC-13作为级配类型的薄层罩面有效压实时间控制温度为120℃。将影响因素分为施工参数和环境参数，并引入正交试验思想，通过已建模型对各因素与施工期薄层罩面温度散失特性的关系进行研究。研究结果表明：对于施工参数而言，影响程度从大到小排序为：摊铺温度＞洒水＞罩面层厚度＞混合料类型；环境参数的排序为：气温＞风速＞太阳辐射。确定摊铺温度、洒水量、罩面厚度、气温以及风速为显著性影响因素。其中，不同摊铺温度下的温度散失速率差别不大，薄层罩面厚度、气温与温度散失速率呈负相关关系，这三种因素与有效压实时间呈正相关关系。洒水和吹风则是促使温度散失的因素，与温度散失速率呈正相关关系，其值越大，温度散失的速率越大，压实时间也越短。同时，薄层罩面厚度、风速越大，薄层罩面表面和层中的温差越大，会导致薄层罩面压实的均匀性受到影响。
　　最后，借助Minitab数据分析软件，得到了有效压实时间的预估模型：F=0.23x1-0.0025x2+0.72x3+0.17x23-0.11x4+0.0088x24-0.37x5-31.3。并据此结合施工实例，对薄层罩面压实作业的组织安排进行举例分析。为薄层罩面的施工组织规划提供便捷，为保证薄层罩面的工程品质提供理论指导。