高速公路瀝青路面施工質(zhì)量動(dòng)態(tài)控制技術(shù)研究

杜勇

(河南省新蔡縣農(nóng)村公路管理所,河南駐馬店 463000)

高速公路瀝青路面施工質(zhì)量動(dòng)態(tài)控制技術(shù)研究

杜勇

(河南省新蔡縣農(nóng)村公路管理所,河南駐馬店 463000)

由于影響瀝青路面施工質(zhì)量的因素較多,為了保證瀝青路面質(zhì)量的均勻性,要對(duì)重要的影響因素指標(biāo)進(jìn)行變異性控制,根據(jù)影響瀝青路面施工質(zhì)量的主要因素,在動(dòng)態(tài)控制數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理的基礎(chǔ)上,研究了如何對(duì)瀝青混合料影響因素的變異控制和路面成型后的變異控制。

高速公路 瀝青路面 施工質(zhì)量 動(dòng)態(tài)控制

隨著由于施工過程中質(zhì)量不均勻性造成的高速公路中瀝青路面早期破壞的現(xiàn)象越來越嚴(yán)重，研究如何加強(qiáng)瀝青路面施工過程中的質(zhì)量變異控制，有效保證路面使用性能和耐久性是有必要的。由于瀝青路面施工過程中影響質(zhì)量的因素較多，任何一個(gè)指標(biāo)都可能不同程度的影響其完工后的質(zhì)量，所以，在施工過程中，針對(duì)不同的影響因素，找出重要的監(jiān)控點(diǎn)，通過繪制質(zhì)量控制圖，對(duì)質(zhì)量進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制，根據(jù)變化趨勢(shì)判斷施工過程中是否處于穩(wěn)定狀態(tài)而進(jìn)行分析，從而采取更好的措施已達(dá)到過程控制施工質(zhì)量的目的。

我國瀝青路面施工質(zhì)量控制的經(jīng)驗(yàn)由于不足，沒有得到很好的推廣。近年來通過對(duì)路面可靠度和質(zhì)量指標(biāo)的變異特性進(jìn)行研究，從而在理論基礎(chǔ)和時(shí)間方向上指導(dǎo)質(zhì)量管理和過程控制。目前，華南理工大學(xué)已提出了以統(tǒng)計(jì)的方法對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，得到了正態(tài)分布圖，并采用一致性的工程質(zhì)量檢測(cè)方法找出了質(zhì)量特征值之間的差異，為瀝青路面施工質(zhì)量動(dòng)態(tài)控制提供了很好的理論依據(jù)。

1 動(dòng)態(tài)控制技術(shù)的數(shù)量統(tǒng)計(jì)原理

1.1 質(zhì)量波動(dòng)和質(zhì)量波動(dòng)原因

質(zhì)量是在動(dòng)態(tài)發(fā)展中不斷變化的，生產(chǎn)過程中質(zhì)量管理的好壞決定了產(chǎn)品質(zhì)量的好壞，為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量，在生產(chǎn)過程中要重視質(zhì)量管理。瀝青路面的施工質(zhì)量也同樣是變化的，同一臺(tái)機(jī)器，同一天工作，采用同樣的原料和同樣的操作人員，路面質(zhì)量也會(huì)不完全一樣，質(zhì)量指標(biāo)會(huì)圍著某個(gè)數(shù)值上下波動(dòng)。

產(chǎn)生質(zhì)量指標(biāo)的原因包括系統(tǒng)性原因和偶然性原因，系統(tǒng)性原因既生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的失穩(wěn)狀態(tài)，也叫異常原因或隨機(jī)性原因。施工中涉及到的因素多，每個(gè)環(huán)節(jié)都可能出現(xiàn)各種偶然事件引起產(chǎn)品質(zhì)量變化，路面施工中包括人員、機(jī)械、原材料、加工方法、測(cè)量工具以及環(huán)境等。系統(tǒng)性原因是相對(duì)而言的，在一定的條件下會(huì)相互轉(zhuǎn)變，隨著生產(chǎn)和管理技術(shù)的提高，可能原來不能解決的偶然因素能夠通過一定的手段識(shí)別出來。

1.2 質(zhì)量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析

瀝青路面的質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)具有變異性，施工過程中采用的原材料不一樣、機(jī)械設(shè)備和操作人員不同等造成一定差異，施工質(zhì)量也不會(huì)相同。瀝青路面施工質(zhì)量雖然具有一定的變異性，但其質(zhì)量的變化是有規(guī)律的，通過數(shù)據(jù)處理找到質(zhì)量波動(dòng)的幅度，找到數(shù)據(jù)變化特征量，建立起概率數(shù)學(xué)模型。

2 瀝青路面施工質(zhì)量關(guān)鍵控制指標(biāo)

2.1 指標(biāo)選取時(shí)應(yīng)遵循的原則

影響瀝青路面施工質(zhì)量的因素有多種，要通過一定的手段選取權(quán)重較大，對(duì)質(zhì)量影響顯著的因素指標(biāo)進(jìn)行有效動(dòng)態(tài)控制。選取指標(biāo)的基本原則。

代表性原則，施工質(zhì)量控制指標(biāo)有瀝青用量、級(jí)配、孔隙率、穩(wěn)定度、流值等，在選取時(shí)要根據(jù)工程實(shí)際情況選擇能夠反映該層次功能的代表性指標(biāo)。

可操作性原則，即選擇的指標(biāo)能夠方便的在工地實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢驗(yàn)，不會(huì)增加額外的投資，且能準(zhǔn)確反映施工中存在問題的指標(biāo)。

及時(shí)性原則，指標(biāo)的選取要保證及時(shí)性，采用先進(jìn)的設(shè)備能及時(shí)準(zhǔn)確檢測(cè)反映施工質(zhì)量的指標(biāo)。

2.2 瀝青路面施工施工指標(biāo)的選擇

瀝青混合料指標(biāo)包括混合料指標(biāo)和驗(yàn)收指標(biāo)兩種，瀝青混合料指標(biāo)包括組成指標(biāo)、力學(xué)指標(biāo)、體積指標(biāo)和性能指標(biāo)。驗(yàn)收指標(biāo)包括壓實(shí)度、彎沉、平整度、厚度、抗滑指標(biāo)、滲水系數(shù)和路面離析等。

瀝青混合料性能指標(biāo)通常用來評(píng)價(jià)配合比的合理性，主要在施工前準(zhǔn)備階段進(jìn)行檢測(cè)，施工中不作為動(dòng)態(tài)控制指標(biāo)。主要包括高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性、抗疲勞性和耐老化性，確定的方法是車轍試驗(yàn)、劈裂試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)、拉伸試驗(yàn)以及老化試驗(yàn)等。

體積指標(biāo)中對(duì)瀝青混合料影響較大的是礦料間隙率和混合料孔隙率，合適的配合比要能夠確保混合料在標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)功作用下能夠形成嵌擠結(jié)構(gòu)，瀝青填充空隙部分，保留適當(dāng)?shù)目紫堵?，體積指標(biāo)是路用性能質(zhì)量的主要控制指標(biāo)。但體積指標(biāo)測(cè)定需要的芯樣是在路面鋪裝完成冷卻后進(jìn)行的，取樣干燥后測(cè)得芯樣的毛體積，得到的體積指標(biāo)數(shù)據(jù)較遲，所以要采用間接控制的方式來保證及時(shí)性。

組成指標(biāo)會(huì)影響瀝青混合料的力學(xué)性能、抗高溫和低溫性、耐久性等，例如瀝青用量過大時(shí)會(huì)增加混合料的潤(rùn)滑性，集料之間的內(nèi)摩阻力減小，穩(wěn)定性降低；瀝青用量太小不能有效包裹礦料面積或?yàn)r青膜太薄，集料之間的粘結(jié)力降低，所以組成要達(dá)到最佳比例，保證混合料的各項(xiàng)性能有效發(fā)揮。

監(jiān)測(cè)目標(biāo)中具有明顯影響的是壓實(shí)度、平整度以及路面厚度等，壓實(shí)度能夠保證路面具有較高的抗彎拉性，提高路面的承載能力和使用壽命，但如果壓實(shí)度過高會(huì)導(dǎo)致瀝青混合料空隙率太小，產(chǎn)生推擠破壞。平整度對(duì)路面行車安全性和舒適度有重要作用，路面平整度不達(dá)標(biāo)會(huì)在輪胎的振動(dòng)沖擊下加快破壞。路面厚度直接影響到路面結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、壓實(shí)度和平整度等指標(biāo)。

3 瀝青混合料質(zhì)量變異性動(dòng)態(tài)控制

3.1 瀝青含量的動(dòng)態(tài)控制和分析

瀝青含量的動(dòng)態(tài)控制的目的是降低變異性，其變異性的大小和瀝青含量的試驗(yàn)方法、取樣位置以及拌合機(jī)械等有關(guān)。

瀝青含量的試驗(yàn)方法有離心抽提法和燃燒爐法兩種，抽提法是將混合料浸泡在特殊溶劑中，待瀝青完全溶解后和礦料分離，這種方法操作簡(jiǎn)便、耗時(shí)短，但精確度較低，試驗(yàn)過程中容易產(chǎn)生泄漏，并且消耗大量溶劑，花費(fèi)大。燃燒法是將瀝青混合料放入燒爐中，等瀝青消耗完后稱的礦質(zhì)混合料的質(zhì)量，得到的差值就是瀝青含量的多少。這種方法精確度高，但燃燒時(shí)會(huì)有部分礦粉損失，影響準(zhǔn)確性，并且不同瀝青混合料燒失量不同，得到的結(jié)果有一定的波動(dòng)性。

瀝青取樣時(shí)取樣的位置和均勻性也會(huì)影響檢測(cè)結(jié)果，當(dāng)粗集料較多時(shí)，瀝青測(cè)量值偏大，當(dāng)細(xì)集料較多時(shí)，瀝青測(cè)量值偏小，取樣要具有代表性，在運(yùn)料汽車上取樣時(shí)分別從汽車的三個(gè)不同的高度采取，以免集料離析導(dǎo)致數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。

瀝青混合料拌和機(jī)械性能，主要表現(xiàn)在對(duì)材料的計(jì)量準(zhǔn)確性、瀝青混合料的溫度以及拌合時(shí)間上。

3.2 瀝青混合料級(jí)配質(zhì)量控制

良好的混合料級(jí)配能夠保證路面強(qiáng)度，使其具有較好的穩(wěn)定性和耐久性，施工時(shí)既是級(jí)配的波動(dòng)幅度在規(guī)范要求的范圍內(nèi)，但生產(chǎn)出來的混合料級(jí)配并不一定穩(wěn)定，所以要重視級(jí)配線形走向，避免偏差過大。

影響混合料變異的影響因素包括原材料的穩(wěn)定性，即集料質(zhì)量變異，在施工過程中人為的因素造成集料堆放不合理，導(dǎo)致集料產(chǎn)生離析等都會(huì)產(chǎn)生集料的質(zhì)量變異。集料的變異對(duì)瀝青混合料的變異影響較大。細(xì)集料含水量含水量較大時(shí)不能均衡的混合在冷集料中，造成比例發(fā)生變化，影響級(jí)配，需要較長(zhǎng)的時(shí)間進(jìn)行烘干，降低了生產(chǎn)效率。另外控制好計(jì)量系統(tǒng)，計(jì)量系統(tǒng)是控制施工集料配合比均勻的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

4 瀝青路面成型質(zhì)量變異性動(dòng)態(tài)控制

4.1 壓實(shí)度變異性控制

影響成型質(zhì)量壓實(shí)度的因素有溫度、壓實(shí)機(jī)械的選擇、碾壓工藝等，主要控制指標(biāo)是將路面芯樣和馬歇爾密度進(jìn)行對(duì)比。目前采用的主要檢測(cè)方法有鉆孔取芯法、核子密度儀法以及無核密度儀法，常用的是鉆孔取芯法，但這種方法容易在鉆孔處形成薄軟段，鉆孔后很難修復(fù)，并且檢測(cè)周期較長(zhǎng)，指標(biāo)測(cè)定具有一定的滯后性。

4.2 平整度的變異控制

平整度檢測(cè)也具有一定的滯后性，能夠反饋施工工藝的合理性以及施工單位的技術(shù)水平，影響平整度的因素有下承層的施工質(zhì)量、瀝青混合料的影響和攤鋪機(jī)械的影響，另外施工工藝、機(jī)械以及人為等特殊因素也會(huì)造成路面平整度存在一定的變異性。

4.3 路面厚度的變異控制

路面厚度的變異影響因素包括下面層的平整度變異較大，厚度檢測(cè)人員讀數(shù)習(xí)慣造成的一定誤差，路面施工人員為了節(jié)約成本偷工減料，或者瀝青面層在碾壓過程中沒有按照施工技術(shù)要求進(jìn)行等。

為了更好地對(duì)影響瀝青路面質(zhì)量變異指標(biāo)的控制和克服一些檢測(cè)手段的滯后性，經(jīng)常通過做試驗(yàn)段對(duì)影響質(zhì)量的因素指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證，為施工過程中做好指標(biāo)控制提供經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如：較合理的施工配合比，壓實(shí)機(jī)械的選擇，碾壓變數(shù)，虛鋪厚度等，以達(dá)到對(duì)質(zhì)量變異指標(biāo)進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制的目的。

[1]李兵.高速公路瀝青混凝土路面質(zhì)量控制研究.東南大學(xué)碩士學(xué)位論文,2009：8-10

[2]楊舒豪.寶漢高速公路瀝青路面施工質(zhì)量動(dòng)態(tài)控制技術(shù)研究.長(zhǎng)安大學(xué)碩士學(xué)位論文,2011：36-37

[3]周吉林,周鑫.瀝青路面厚度變異性分析.廣東科技,2007(06)：194-195.

[4]彭澤軍,陳輝,周定果.質(zhì)量控制圖及其工序質(zhì)量控制.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2008(8)：140-141.

[5]袁維慶.瀝青路面施工質(zhì)量控制指標(biāo)選擇研究.廣西質(zhì)量監(jiān)督導(dǎo)報(bào),2008(5)：1.