摘 要：
针对红外热像仪在沥青路面温度离析监测过程中的最佳拍摄距离确定问题，结合实体工程项目，分别测得 0．25 m，0． 5 m，0． 75 m，1． 0 m 和 1． 25 m 拍摄距离下沥青路面的温度。同时，采用温度计实测沥青路表的温度，以温度修正系数来研究测温精度与拍摄距离的相关关系，研究结果表明，在拍摄距离小于 1． 0 m 时，红外热像仪所测的温度接近路面实际温度，考虑测试过程的方便性，确定红外热像仪的最佳拍摄距离为 0． 5 m ～ 1． 0 m，同时，通过现场验证，确定该拍摄距离可应用于一天的各个时刻的拍摄。研究结果可为红外热像仪在沥青路面建设过程中的温度离析分析提供指导。
关键词 :沥青路面; 温度离析; 红外热像仪; 最佳拍摄距离
0 引言
我 国 高 速 公 路 里 程 突 破 10 多 万 千 米，呈 快 速发展趋势。但高速公路在使用过程中出现了许 多问题，如有些公路通车短短几年就发生早期破坏。随着经济的 不 断 发 展，交通量与日俱增，特 别 是 车辆荷载趋于 重 载 化，道路承受着巨大的使用压 力。然而，提高路面结构厚度，采用先进的筑路材料，以提高路面的性能不太切合实际。如何控制、保证沥青路面施工 质 量，延 长 路 面 使 用 寿 命，是 众 多 道 路工作者一直致力于研究的问题［1 － 2］。
高速公路沥青路面早期破坏和耐久性不足已成为影响我国公路沥青路面健康发展的突出问题［3 － 4］。温度离析是沥青路面突出的施工质量问题。沥青路面温度离析的检测方法有很多: 核子密度仪、地面探测雷达法等。但整体思路如下: 首先利用各种探测仪器的功能确定离析的具体位置及规模，然后采用无损或有损试验检测的方法确定沥青路面压实度，根据检测结果及路面的压实度确定离析出现的位置及程度。热成像法以其独特的优势，作为无损检测的方法而受到越来越多的关注并广泛应用于实际工程中［5 － 6］。
红外热像仪最早只应用于军事工程中，随着技术的不断发展，该项技术被广泛地应用到了工程建设的各个领域当中，如复合材料［7］、电力工程［8］ 和医学领域［9］等。在道路工程领域，最早由华盛顿大学将其应用到沥青路面施工监测当中。后来，国外的学者也对红外热像仪在沥青路面建设中的应用开展了较多的研究［10 － 11］。在我国，长安大学张成［12 － 13］ 将红外热像仪与道路 PQI 指数相结合，提出沥青混合料离析的评价标准。郑州大学王子彬［14］结合无核密度仪和红外热像仪提出沥青混合料施工过程中的离析评价标准。但是，这些研究都没有对红外热像仪的拍摄距离提出明确的要求，对红外热像仪的拍摄距离与拍摄精度也没有明确的了解。
因此，本论文基于红外热像仪，结合实际工程，分析不同测试距离下沥青路面的测试温度，对比路面实际温度，提出红外热像仪在施工质量控制时的最佳拍摄距离。
1 原材料配合比设计
项目依托 G7 高速内蒙古段高速公路段公路建设，沥青混合料采用 SBS 改性沥青混合料 AC － 20，SBS 沥青性质如表 1 所示，集料的性质如表 2 和表 3 所示，矿粉的性质如表 4 所示，AC － 20 的级配组成如表 5 所示。通过马歇尔试验确定最佳沥青用量为4． 5% 。
2 不同拍摄距离下的温度分布
红外热像仪自检环境温度为 32． 1 ℃，对选取的红外热像图选取最大的区域进行分析，分析区域越大越能反映出拍摄的沥青混合料实际温度。
1) L = 0． 25 m 时的温度分布。
经软件计算得到所测区域的温度直方图如图 1 所示，当拍摄距离为 0． 25 m 时，仪器所示沥青混合料最高温度为 166． 1 ℃，最低温度为 145． 0 ℃，由图可知，温度主要集中在 158 ℃ 左右。经软件分析，温 度 在［153，164］区间占整个分析区域温度的 80． 6% 。
2) L = 0． 5 m 时的温度分布。
经软件计算得到所测区域的温度直方图如图 2 所示，当拍摄距离为 0． 5 m 时，仪器所示沥青混合料最高温度为 168． 4 ℃，最低温度为 143． 2 ℃，由图可知，温度主要集中在 160 ℃左右。经软件分析，温度在［153，162］区间占整个分析区域温度的 71． 5% 。162 ℃ ～170 ℃之间高温区域占了一定的比例。
3) L = 0． 75 m 时的温度分布。
经软件计算得到拍摄距离为 0． 75 m 时所测区域的温度直方图如图 3 所示，仪器所示沥青混合料最高温度为 172． 1 ℃，最低温度为 147 ℃，由图可知，温度主要集中在 160 ℃ 左右。经软件分析，温度在［153，163］区间占整个分析区域温度的 62． 5% 。
4) L = 1． 0 m 时的温度分布。
经软件计算得到拍摄距离为 1． 0 m 时所测区域的温度直方图如图 4 所示，随着拍摄距离的增大，测量范围也随 之 增 大，仪器所示沥青混合料 最高温度为165． 2 ℃，最低温度为 140． 1 ℃，由图可知，温度主要集中在 156 ℃左右。经软件分析，温度在［153，165］区间占整个分析区域温度的 53． 7% 。
5) L = 1． 25 m 时的温度分布。
经软件计算得到拍摄距离为 1． 25 m 时所测区域的温度直方图如图 5 所示，仪器所示沥青混合料最高温度为 158． 4 ℃，最低温度为 138． 1 ℃，由图可知，温度主要集中在 152 ℃左右。经软件分析，温度在［144，154］区间占整个分析区域温度的 70． 8% 。
6) L = 1． 5 m 时的温度分布。
经软件计算得到拍摄距离为 1． 5 m 时所测区域的温度直方图如图 6 所示，仪器所示沥青混合料最高温度为 152． 7 ℃，最低温度为 121． 6 ℃，由图可知，温度主要集中在 142 ℃ 左右。经软件分析，温度在［130，146］区间占整个分析区域温度的 70． 6% 。
3 最佳拍摄距离的确定
采用红外热像仪测得不同测试距离下沥青路面的温度状况，在测试过程中，红外热像仪的测试时间为80 s，快速响应过程可有效减少温度损失，增加测试结果的可信性，数据结果如表 6 所示。
采用温度计实测沥青路面的温度，采用实测温度与平均温度的比值为修正系数，不同距离下温度修正系数如表 7 所示。
在红外热像仪测温的过程中，受周围环境辐射影响，沥青混合料的平均温度随着测量距离的增大而降低，采集到的高温区域和低温区域也发生变化; 并且，红外热像仪测量过程中并不是测量距离越近越好，要考虑到测量区域的范围大小，距离越近，范围越小，对整体评定影响越大，反之则相同。
综上所述，应用红外热像仪在 0． 25 m ～ 1． 0 m 的拍摄范围时，拍摄的温度与实际温度较为接近，详测数据如图 7 所示，温度修正系数在 ± 0． 05 范围内，但在使用过程中发现，当拍摄距离不大于 0． 5 m 时，红外热像仪机身温度过高，检测响应时间和拍摄速度缓慢，甚至出现死机情况，因此，建议在后期的拍摄中，测量距离应控制在 0． 5 m ～ 1． 0 m 之间。
4 现场验证
研究确定红外热像仪的最佳拍摄距离为 0． 5 m ～1． 0 m，现将其应用于各个时刻的温度测试当中。分别在上午、中 午 和 下 午 施 工 时，基 于 所 确 定 的 最 佳拍摄距离，测试沥青混合料摊铺碾压时的温度( 如表 8 所示) ，然后采用温度计实测沥青混合料的 温度，两者相对 比，验证红外热像仪最佳拍摄距离 研究的准确性。
从表 8 可以看出，无论在上午、中午还是下午，当拍摄距离在 0． 5 m ～ 1． 0 m 时，红外热像仪的拍摄温度误差可保证在 1 ℃之内。最佳拍摄距离研究结论可较好地应用到沥青路面温度离析的监测当中。
5 结论
通过对不同测试距离下所测得的温度分布的研究，得到以下结论:
1) 红外热像仪能够快速、准确地测试施工过程中沥青路表的温度分布情况，能方便工作人员快速获取沥青路面温度离析状况。
2) 不同测试距离下，红外热像仪所测沥青路表的温度不同，在短距离下( ＜ 1． 0 m) 时，测得的温度比较稳定，随 着 测 试 距 离 的 增 加，所 测 的 温 度 不 断减小。
3) 通过实测沥青路面的温度，对比实测温度和红外热像仪所测温度，同时考虑近距离仪器使用的不 方 便 性，确定红外热像仪的最佳测试距离为0． 5 m ～ 1． 0 m。
参考文献:
［1］ J． Dumoulin，L． Ibos，C． I． Castanedo．Active infrared thermography applied to defect detection and characterization on asphalt pavement samples: comparison between experiments and numerical simulations［J］．Experiments and Numerical Simulations，2010，12( 20) : 1759 － 1769．
原创作者：曹 东，( 浙江大学建筑设计研究院有限公司，浙江 杭州 310028)。
