高速公路沥青路面施工质量动态控制技术研究

杜勇

(河南省新蔡县农村公路管理所,河南驻马店 463000)

高速公路沥青路面施工质量动态控制技术研究

杜勇

(河南省新蔡县农村公路管理所,河南驻马店 463000)

由于影响沥青路面施工质量的因素较多,为了保证沥青路面质量的均匀性,要对重要的影响因素指标进行变异性控制,根据影响沥青路面施工质量的主要因素,在动态控制数理统计原理的基础上,研究了如何对沥青混合料影响因素的变异控制和路面成型后的变异控制。

高速公路 沥青路面 施工质量 动态控制

随着由于施工过程中质量不均匀性造成的高速公路中沥青路面早期破坏的现象越来越严重，研究如何加强沥青路面施工过程中的质量变异控制，有效保证路面使用性能和耐久性是有必要的。由于沥青路面施工过程中影响质量的因素较多，任何一个指标都可能不同程度的影响其完工后的质量，所以，在施工过程中，针对不同的影响因素，找出重要的监控点，通过绘制质量控制图，对质量进行动态控制，根据变化趋势判断施工过程中是否处于稳定状态而进行分析，从而采取更好的措施已达到过程控制施工质量的目的。

我国沥青路面施工质量控制的经验由于不足，没有得到很好的推广。近年来通过对路面可靠度和质量指标的变异特性进行研究，从而在理论基础和时间方向上指导质量管理和过程控制。目前，华南理工大学已提出了以统计的方法对检测结果进行分析，得到了正态分布图，并采用一致性的工程质量检测方法找出了质量特征值之间的差异，为沥青路面施工质量动态控制提供了很好的理论依据。

1 动态控制技术的数量统计原理

1.1 质量波动和质量波动原因

质量是在动态发展中不断变化的，生产过程中质量管理的好坏决定了产品质量的好坏，为了保证产品的质量，在生产过程中要重视质量管理。沥青路面的施工质量也同样是变化的，同一台机器，同一天工作，采用同样的原料和同样的操作人员，路面质量也会不完全一样，质量指标会围着某个数值上下波动。

产生质量指标的原因包括系统性原因和偶然性原因，系统性原因既生产过程中出现的失稳状态，也叫异常原因或随机性原因。施工中涉及到的因素多，每个环节都可能出现各种偶然事件引起产品质量变化，路面施工中包括人员、机械、原材料、加工方法、测量工具以及环境等。系统性原因是相对而言的，在一定的条件下会相互转变，随着生产和管理技术的提高，可能原来不能解决的偶然因素能够通过一定的手段识别出来。

1.2 质量统计数据分析

沥青路面的质量检测数据具有变异性，施工过程中采用的原材料不一样、机械设备和操作人员不同等造成一定差异，施工质量也不会相同。沥青路面施工质量虽然具有一定的变异性，但其质量的变化是有规律的，通过数据处理找到质量波动的幅度，找到数据变化特征量，建立起概率数学模型。

2 沥青路面施工质量关键控制指标

2.1 指标选取时应遵循的原则

影响沥青路面施工质量的因素有多种，要通过一定的手段选取权重较大，对质量影响显著的因素指标进行有效动态控制。选取指标的基本原则。

代表性原则，施工质量控制指标有沥青用量、级配、孔隙率、稳定度、流值等，在选取时要根据工程实际情况选择能够反映该层次功能的代表性指标。

可操作性原则，即选择的指标能够方便的在工地实验室进行检验，不会增加额外的投资，且能准确反映施工中存在问题的指标。

及时性原则，指标的选取要保证及时性，采用先进的设备能及时准确检测反映施工质量的指标。

2.2 沥青路面施工施工指标的选择

沥青混合料指标包括混合料指标和验收指标两种，沥青混合料指标包括组成指标、力学指标、体积指标和性能指标。验收指标包括压实度、弯沉、平整度、厚度、抗滑指标、渗水系数和路面离析等。

沥青混合料性能指标通常用来评价配合比的合理性，主要在施工前准备阶段进行检测，施工中不作为动态控制指标。主要包括高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性、抗疲劳性和耐老化性，确定的方法是车辙试验、劈裂试验、浸水马歇尔试验、拉伸试验以及老化试验等。

体积指标中对沥青混合料影响较大的是矿料间隙率和混合料孔隙率，合适的配合比要能够确保混合料在标准击实功作用下能够形成嵌挤结构，沥青填充空隙部分，保留适当的孔隙率，体积指标是路用性能质量的主要控制指标。但体积指标测定需要的芯样是在路面铺装完成冷却后进行的，取样干燥后测得芯样的毛体积，得到的体积指标数据较迟，所以要采用间接控制的方式来保证及时性。

组成指标会影响沥青混合料的力学性能、抗高温和低温性、耐久性等，例如沥青用量过大时会增加混合料的润滑性，集料之间的内摩阻力减小，稳定性降低；沥青用量太小不能有效包裹矿料面积或沥青膜太薄，集料之间的粘结力降低，所以组成要达到最佳比例，保证混合料的各项性能有效发挥。

监测目标中具有明显影响的是压实度、平整度以及路面厚度等，压实度能够保证路面具有较高的抗弯拉性，提高路面的承载能力和使用寿命，但如果压实度过高会导致沥青混合料空隙率太小，产生推挤破坏。平整度对路面行车安全性和舒适度有重要作用，路面平整度不达标会在轮胎的振动冲击下加快破坏。路面厚度直接影响到路面结构的强度、压实度和平整度等指标。

3 沥青混合料质量变异性动态控制

3.1 沥青含量的动态控制和分析

沥青含量的动态控制的目的是降低变异性，其变异性的大小和沥青含量的试验方法、取样位置以及拌合机械等有关。

沥青含量的试验方法有离心抽提法和燃烧炉法两种，抽提法是将混合料浸泡在特殊溶剂中，待沥青完全溶解后和矿料分离，这种方法操作简便、耗时短，但精确度较低，试验过程中容易产生泄漏，并且消耗大量溶剂，花费大。燃烧法是将沥青混合料放入烧炉中，等沥青消耗完后称的矿质混合料的质量，得到的差值就是沥青含量的多少。这种方法精确度高，但燃烧时会有部分矿粉损失，影响准确性，并且不同沥青混合料烧失量不同，得到的结果有一定的波动性。

沥青取样时取样的位置和均匀性也会影响检测结果，当粗集料较多时，沥青测量值偏大，当细集料较多时，沥青测量值偏小，取样要具有代表性，在运料汽车上取样时分别从汽车的三个不同的高度采取，以免集料离析导致数据不准确。

沥青混合料拌和机械性能，主要表现在对材料的计量准确性、沥青混合料的温度以及拌合时间上。

3.2 沥青混合料级配质量控制

良好的混合料级配能够保证路面强度，使其具有较好的稳定性和耐久性，施工时既是级配的波动幅度在规范要求的范围内，但生产出来的混合料级配并不一定稳定，所以要重视级配线形走向，避免偏差过大。

影响混合料变异的影响因素包括原材料的稳定性，即集料质量变异，在施工过程中人为的因素造成集料堆放不合理，导致集料产生离析等都会产生集料的质量变异。集料的变异对沥青混合料的变异影响较大。细集料含水量含水量较大时不能均衡的混合在冷集料中，造成比例发生变化，影响级配，需要较长的时间进行烘干，降低了生产效率。另外控制好计量系统，计量系统是控制施工集料配合比均匀的关键环节。

4 沥青路面成型质量变异性动态控制

4.1 压实度变异性控制

影响成型质量压实度的因素有温度、压实机械的选择、碾压工艺等，主要控制指标是将路面芯样和马歇尔密度进行对比。目前采用的主要检测方法有钻孔取芯法、核子密度仪法以及无核密度仪法，常用的是钻孔取芯法，但这种方法容易在钻孔处形成薄软段，钻孔后很难修复，并且检测周期较长，指标测定具有一定的滞后性。

4.2 平整度的变异控制

平整度检测也具有一定的滞后性，能够反馈施工工艺的合理性以及施工单位的技术水平，影响平整度的因素有下承层的施工质量、沥青混合料的影响和摊铺机械的影响，另外施工工艺、机械以及人为等特殊因素也会造成路面平整度存在一定的变异性。

4.3 路面厚度的变异控制

路面厚度的变异影响因素包括下面层的平整度变异较大，厚度检测人员读数习惯造成的一定误差，路面施工人员为了节约成本偷工减料，或者沥青面层在碾压过程中没有按照施工技术要求进行等。

为了更好地对影响沥青路面质量变异指标的控制和克服一些检测手段的滞后性，经常通过做试验段对影响质量的因素指标进行验证，为施工过程中做好指标控制提供经验数据，如：较合理的施工配合比，压实机械的选择，碾压变数，虚铺厚度等，以达到对质量变异指标进行动态控制的目的。

[1]李兵.高速公路沥青混凝土路面质量控制研究.东南大学硕士学位论文,2009：8-10

[2]杨舒豪.宝汉高速公路沥青路面施工质量动态控制技术研究.长安大学硕士学位论文,2011：36-37

[3]周吉林,周鑫.沥青路面厚度变异性分析.广东科技,2007(06)：194-195.

[4]彭泽军,陈辉,周定果.质量控制图及其工序质量控制.机械设计与制造,2008(8)：140-141.

[5]袁维庆.沥青路面施工质量控制指标选择研究.广西质量监督导报,2008(5)：1.