夏季灑水降溫減緩瀝青混凝土路面車轍發(fā)展的研究

吳　虹，譚　樂，褚莉花

(湖州市公路管理局，浙江　湖州　313000)

浙江交通職業(yè)技術學院學報，第16卷第2期，2015年6月

Journal of Zhejiang Institute of Communications

Vol.16 No.2,Jun.2015

夏季灑水降溫減緩瀝青混凝土路面車轍發(fā)展的研究

吳虹，譚樂，褚莉花

(湖州市公路管理局，浙江湖州313000)

摘要：夏季高溫是瀝青路面產(chǎn)生車轍的主要因素。灑水養(yǎng)護因?qū)嵤┖喴?、可操作性強、養(yǎng)護費用低、性價比高的優(yōu)勢成為路面養(yǎng)護較常用的一種措施。分析了灑水降溫的原理，通過埋設溫度傳感器，研究了瀝青混凝土路面不同深度的溫度變化規(guī)律，從而明確了灑水對路面的降溫效果，并與微表處養(yǎng)護進行了經(jīng)濟效益對比分析，為灑水養(yǎng)護的應用提供了理論支撐。

關鍵詞：瀝青混凝土路面；車轍；灑水降溫

0引言

近年來，隨著公路建設迅速發(fā)展，瀝青混凝土路面早期車轍損壞現(xiàn)象也日益嚴重。雖然道路工作者對抗轍路面的材料和結(jié)構(gòu)進行了較為深入的研究，但在現(xiàn)有交通狀況以及夏季持續(xù)高溫下，瀝青混凝土路面仍不可避免地發(fā)生車轍損壞，尤其在交通量大、重載車輛多的路段尤為突出，鑒于這種現(xiàn)象，有經(jīng)驗的養(yǎng)護部門通常在夏季高溫時段，采取在瀝青混凝土路面灑水降溫的辦法來緩解高溫對瀝青混凝土路面的不利影響，并取得良好的使用效果。但是灑水降溫僅是憑借經(jīng)驗實施，并沒有詳細的試驗數(shù)據(jù)或理論依據(jù)為支撐。本文在研究高溫下不同氣候條件(多云或晴天)對路面結(jié)構(gòu)層溫度影響的基礎上，進行灑水養(yǎng)護并連續(xù)觀測路面結(jié)構(gòu)層溫度的變化，總結(jié)灑水養(yǎng)護效果，研究最佳灑水時間和多次灑水時間間隔等參數(shù)，提高灑水養(yǎng)護效率，有針對性減緩瀝青路面高溫下車轍的發(fā)展，以較小的投入獲得較大的經(jīng)濟效益和社會效益，并建議逐步將灑水作為公路瀝青路面預防高溫車轍的常規(guī)預養(yǎng)護措施。

1問題的提出

物理光學原理表明，深色物體尤其是黑色物體對太陽中的紅外光和可見光有較強的吸收率，這樣太陽輻射的能量被黑色物體所吸收，使得物體的溫度得以升高。瀝青混凝土中的集料顏色較深，瀝青混凝土路面就成了吸熱路面。韓子東研究得出,一般瀝青混凝土路面的路表輻射吸收率在0.86～0.90之間[1]，尤其是在晴朗的夏季，太陽輻射較強，瀝青混合料路面面層中蓄積了大量的熱量，對車轍的加速形成和發(fā)展較為不利。

車轍在我國公路上出現(xiàn)的現(xiàn)象可謂是司空見慣，其不僅降低道路平整度，影響車輛行駛舒適性，而且易造成車輛在雨天飄滑，從而導致交通事故，影響行車安全。因此我們在夏季高溫時段很有必要對瀝青路面進行降溫處理，以期減緩車轍的加速發(fā)展。

2灑水降溫的原理

根據(jù)熱力學定律，兩個溫度差的物體間容易發(fā)生熱交換，使得兩物體有向等溫狀態(tài)發(fā)展的趨勢，當兩個物體出現(xiàn)溫差時，在一定條件下就會發(fā)生熱交換。根據(jù)牛頓冷卻定律，當兩者溫差越大時，這種趨勢發(fā)生得就越快，高溫一方的物體流失的熱量也就越多。路面灑水降溫也就是運用了這一原理，相對低溫的水帶走了高溫路面的熱量，使得路面降溫。夏季給高溫路面進行灑水降溫的預防性養(yǎng)護措施在國內(nèi)有一定的研究，如甬臺溫高速、運三高速部分路段采用了灑水降溫的預防性養(yǎng)護對策后，取得了不錯的經(jīng)濟、社會效益[2-3]。但如何選擇恰當?shù)臅r機來對高溫路面進行灑水，以及灑水量、灑水頻率等還需進一步研究。

圖1　大氣和路面熱傳遞示意圖

3灑水試驗

3.1　瀝青路面結(jié)構(gòu)層溫度測量

傳感器布置圖如圖2，a～f各布設一個傳感器，1-1斷面和2-2斷面各布設一組傳感器，互為參考組。溫度測量主要是觀察瀝青混合料層縱向深度4 cm、8 cm和14 cm處的溫度，此三個深度可分別表征瀝青混合料的上中下三個面層的溫度。

圖2　傳感器布置圖

溫度測量所選測點在路面的路肩處，在500 m范圍內(nèi)采取了設置路障標志等規(guī)范的標志標線，既不影響交通，又保護試驗觀測人員的人身安全，從而保證了測量工作的順利進行。

3.2　灑水養(yǎng)護

灑水工作主要借助于灑水車，水源采用就近的自來水，今后建議可采用清潔河水，進一步節(jié)約養(yǎng)護成本。灑水工作在11點～15點時間區(qū)間進行，灑水車單車載水量為8t，單天灑水總量為6車，每千米灑水量控制在2t左右。灑水車在經(jīng)過溫度觀察點的時候，只對其中一個斷面進行灑水，與另一斷面結(jié)構(gòu)層溫度形成對比，以分析灑水降溫的效果。

3.3　效果分析

溫度觀測選擇在35 ℃及以上高溫天氣情況下進行，7～8月共觀測7次35 ℃及以上高溫。擇取2013年8月15日和8月16日為例，圖5和圖9是兩天的大氣不同時刻溫度圖，圖3～圖6與圖7～圖10為路面結(jié)構(gòu)不同深度處兩天的溫度-時間曲線。其中8月15日，灑水兩次，灑水時間點分別在12∶15和13∶30，8月16日，灑水一次，灑水時間點在13∶00。

圖3　15日大氣溫度曲線圖

圖4　15日路面結(jié)構(gòu)4cm處溫度-時間曲線

圖5　15日路面結(jié)構(gòu)8 cm處溫度-時間曲線

圖6　15日路面結(jié)構(gòu)14 cm處溫度-時間曲線

圖7　16日大氣溫度變化圖

圖8　16日路面結(jié)構(gòu)4cm處溫度-時間曲線

圖9　16日路面結(jié)構(gòu)8cm處溫度-時間曲線

圖10　16日路面結(jié)構(gòu)14cm處溫度-時間曲線

由上述曲線圖可知：(1)路面結(jié)構(gòu)層溫度與大氣溫度走勢基本趨于一致，隨著深度方向溫度變化幅度逐漸減??；(2)高溫天氣下的灑水養(yǎng)護行之有效地起到削峰降溫作用，不同結(jié)構(gòu)層灑水后降溫幅度不一，上面層降溫幅度最大，在4 ℃左右，中面層降幅在2 ℃左右，降溫持續(xù)時間在1h左右，下面層溫度波動最小，灑水基本不影響起溫度變化。由于瀝青路面車轍主要在上中面層形成，這也在一定程度上說明溫度對車轍形成和發(fā)展的影響很大，不容忽視；(3)8月16日各結(jié)構(gòu)層降溫趨勢與8月15日大致相同，但降溫幅度略小于前一天，原因是兩天的氣溫不同對降溫幅度有一定影響。

綜合所有的觀測數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，高溫天氣下的灑水養(yǎng)護行之有效地起到削峰降溫作用，不同結(jié)構(gòu)層灑水后降溫幅度不一，上面層4 cm處降溫幅度最大，在4 ℃左右，中面層8 cm處降幅在2 ℃左右，降溫持續(xù)時間在1h左右，下面層溫度波動最小，由于高等級公路路面車轍主要在上中面層形成，這也在一定程度上間接說明了溫度對車轍形成和發(fā)展的影響很大，不容忽視。

4灑水養(yǎng)護的效益分析

我們可擇取普通處置車轍最為經(jīng)濟的方式微表處作對比[4]。公路灑水養(yǎng)護的主要費用組成是灑水車的臺班費和水費，試驗路段總長按13 km計，往返26 km，灑水車每車載水量為8t，高溫天氣每天灑水6車，足以完成全程灑水，灑水總量共計48t，路幅寬度為11 m，每平方灑水量為48×1000/11×26×1000=0.168 L/m2，按35℃及以上溫度灑水總計30次(部分高溫天氣一天兩次)，以1200元/次計，總費用達36000元，年平均每平方米費用投入為36000元/11×26000 m2=0.126元/ m2。

微表處的較低價位為20元/m2，按有效年限2～3年計，費用在6.67～10元/(m2·年)，不難發(fā)現(xiàn)，相對于微表處養(yǎng)護費用，灑水的年平均投入費用是微乎其微的，相當于微表處年平均投入費用的1/70左右，倘若灑水對車轍的養(yǎng)護推遲半年至一年，即可節(jié)約很可觀的養(yǎng)護成本，又由于灑水養(yǎng)護技術難度很低，所以值得嘗試和推廣。

5結(jié)語

車轍養(yǎng)護對延緩車轍的形成和發(fā)展針對性強。灑水直接給路面和路面一定結(jié)構(gòu)深度處降溫，緩解瀝青性能的衰減，有針對性的減少目前瀝青路面車轍這一突出病害。

灑水養(yǎng)護實施簡易，可操作性強。養(yǎng)護的主要費用為灑水車臺班費的支出，人員占用率低，一定程度上可以緩解因高溫引起的車轍。建議逐步將灑水作為公路瀝青路面預防高溫車轍的常規(guī)預養(yǎng)護措施。

參考文獻：

[1]韓子東．道路結(jié)構(gòu)溫度場研究[D]．西安:長安大學,2001.

[2]陳繼松．高速公路瀝青路面灑水降溫養(yǎng)護方法研究[J]．公路交通科技,2008,(5):37-39.

[3]王尚武．灑水降溫在路面車轍預防性養(yǎng)護中的應用[J]．科技情報開發(fā)與經(jīng)濟,2008,18(26): 217-218.

[4]黃?。靼怖@城高速公路瀝青路面夏季降溫技術研究[D]．西安:長安大學,2011.

Study on Retarding Rutting Development of Asphalt Concrete Pavement with Water Cooling during Summer Season

WU Hong, TAN Le, CHU Li-hua

(Huzhou Highway Management Bureau, Huzhou 313000, China)

Abstract：During summer season, high temperature is the main factor to the rutting in asphalt concrete pavement. Sprinkler maintenance is a relatively more frequently-used measure to pavement maintenance, due to its simplicity, operability and low cost. This paper analyzed the principle of water cooling. Through the embedment of temperature sensor, this paper studied the temperature variation regularity in different depths of asphalt concrete pavement, then cleared out the cooling effect of watering to pavement. Also, this paper compared the economic benefit of water cooling with micro-surfacing to support the application of water cooling in pavement maintenance project.

key words:rutting,water cooling,pavement maintenace

文章編號：1671-234X(2015)02-0011-04

中圖分類號:U416.217-

文獻標識碼：A-doi：10.3969/j.issn.1671-234X.2015.01.003

作者簡介：吳虹(1965-)，女，浙江湖州人,工程師,E-mail:582470200@qq.com。

收稿日期：2015-03-17