高速公路瀝青路面施工質量動態控制技術研究

杜勇

(河南省新蔡縣農村公路管理所,河南駐馬店 463000)

高速公路瀝青路面施工質量動態控制技術研究

杜勇

(河南省新蔡縣農村公路管理所,河南駐馬店 463000)

由于影響瀝青路面施工質量的因素較多,為了保證瀝青路面質量的均勻性,要對重要的影響因素指標進行變異性控制,根據影響瀝青路面施工質量的主要因素,在動態控制數理統計原理的基礎上,研究了如何對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 施工質量 動態控制

隨著由于施工過程中質量不均勻性造成的高速公路中瀝青路面早期破壞的現象越來越嚴重，研究如何加強瀝青路面施工過程中的質量變異控制，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量的因素較多，任何一個指標都可能不同程度的影響其完工后的質量，所以，在施工過程中，針對不同的影響因素，找出重要的監控點，通過繪制質量控制圖，對質量進行動態控制，根據變化趨勢判斷施工過程中是否處于穩定狀態而進行分析，從而采取更好的措施已達到過程控制施工質量的目的。

我國瀝青路面施工質量控制的經驗由于不足，沒有得到很好的推廣。近年來通過對路面可靠度和質量指標的變異特性進行研究，從而在理論基礎和時間方向上指導質量管理和過程控制。目前，華南理工大學已提出了以統計的方法對檢測結果進行分析，得到了正態分布圖，并采用一致性的工程質量檢測方法找出了質量特征值之間的差異，為瀝青路面施工質量動態控制提供了很好的理論依據。

1 動態控制技術的數量統計原理

1.1 質量波動和質量波動原因

質量是在動態發展中不斷變化的，生產過程中質量管理的好壞決定了產品質量的好壞，為了保證產品的質量，在生產過程中要重視質量管理。瀝青路面的施工質量也同樣是變化的，同一臺機器，同一天工作，采用同樣的原料和同樣的操作人員，路面質量也會不完全一樣，質量指標會圍著某個數值上下波動。

產生質量指標的原因包括系統性原因和偶然性原因，系統性原因既生產過程中出現的失穩狀態，也叫異常原因或隨機性原因。施工中涉及到的因素多，每個環節都可能出現各種偶然事件引起產品質量變化，路面施工中包括人員、機械、原材料、加工方法、測量工具以及環境等。系統性原因是相對而言的，在一定的條件下會相互轉變，隨著生產和管理技術的提高，可能原來不能解決的偶然因素能夠通過一定的手段識別出來。

1.2 質量統計數據分析

瀝青路面的質量檢測數據具有變異性，施工過程中采用的原材料不一樣、機械設備和操作人員不同等造成一定差異，施工質量也不會相同。瀝青路面施工質量雖然具有一定的變異性，但其質量的變化是有規律的，通過數據處理找到質量波動的幅度，找到數據變化特征量，建立起概率數學模型。

2 瀝青路面施工質量關鍵控制指標

2.1 指標選取時應遵循的原則

影響瀝青路面施工質量的因素有多種，要通過一定的手段選取權重較大，對質量影響顯著的因素指標進行有效動態控制。選取指標的基本原則。

代表性原則，施工質量控制指標有瀝青用量、級配、孔隙率、穩定度、流值等，在選取時要根據工程實際情況選擇能夠反映該層次功能的代表性指標。

可操作性原則，即選擇的指標能夠方便的在工地實驗室進行檢驗，不會增加額外的投資，且能準確反映施工中存在問題的指標。

及時性原則，指標的選取要保證及時性，采用先進的設備能及時準確檢測反映施工質量的指標。

2.2 瀝青路面施工施工指標的選擇

瀝青混合料指標包括混合料指標和驗收指標兩種，瀝青混合料指標包括組成指標、力學指標、體積指標和性能指標。驗收指標包括壓實度、彎沉、平整度、厚度、抗滑指標、滲水系數和路面離析等。

瀝青混合料性能指標通常用來評價配合比的合理性，主要在施工前準備階段進行檢測，施工中不作為動態控制指標。主要包括高溫穩定性、低溫抗裂性、水穩定性、抗疲勞性和耐老化性，確定的方法是車轍試驗、劈裂試驗、浸水馬歇爾試驗、拉伸試驗以及老化試驗等。

體積指標中對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準擊實功作用下能夠形成嵌擠結構，瀝青填充空隙部分，保留適當的孔隙率，體積指標是路用性能質量的主要控制指標。但體積指標測定需要的芯樣是在路面鋪裝完成冷卻后進行的，取樣干燥后測得芯樣的毛體積，得到的體積指標數據較遲，所以要采用間接控制的方式來保證及時性。

組成指標會影響瀝青混合料的力學性能、抗高溫和低溫性、耐久性等，例如瀝青用量過大時會增加混合料的潤滑性，集料之間的內摩阻力減小，穩定性降低；瀝青用量太小不能有效包裹礦料面積或瀝青膜太薄，集料之間的粘結力降低，所以組成要達到最佳比例，保證混合料的各項性能有效發揮。

監測目標中具有明顯影響的是壓實度、平整度以及路面厚度等，壓實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，但如果壓實度過高會導致瀝青混合料空隙率太小，產生推擠破壞。平整度對路面行車安全性和舒適度有重要作用，路面平整度不達標會在輪胎的振動沖擊下加快破壞。路面厚度直接影響到路面結構的強度、壓實度和平整度等指標。

3 瀝青混合料質量變異性動態控制

3.1 瀝青含量的動態控制和分析

瀝青含量的動態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方法、取樣位置以及拌合機械等有關。

瀝青含量的試驗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，這種方法操作簡便、耗時短，但精確度較低，試驗過程中容易產生泄漏，并且消耗大量溶劑，花費大。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混合料的質量，得到的差值就是瀝青含量的多少。這種方法精確度高，但燃燒時會有部分礦粉損失，影響準確性，并且不同瀝青混合料燒失量不同，得到的結果有一定的波動性。

瀝青取樣時取樣的位置和均勻性也會影響檢測結果，當粗集料較多時，瀝青測量值偏大，當細集料較多時，瀝青測量值偏小，取樣要具有代表性，在運料汽車上取樣時分別從汽車的三個不同的高度采取，以免集料離析導致數據不準確。

瀝青混合料拌和機械性能，主要表現在對材料的計量準確性、瀝青混合料的溫度以及拌合時間上。

3.2 瀝青混合料級配質量控制

良好的混合料級配能夠保證路面強度，使其具有較好的穩定性和耐久性，施工時既是級配的波動幅度在規范要求的范圍內，但生產出來的混合料級配并不一定穩定，所以要重視級配線形走向，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定性，即集料質量變異，在施工過程中人為的因素造成集料堆放不合理，導致集料產生離析等都會產生集料的質量變異。集料的變異對瀝青混合料的變異影響較大。細集料含水量含水量較大時不能均衡的混合在冷集料中，造成比例發生變化，影響級配，需要較長的時間進行烘干，降低了生產效率。另外控制好計量系統，計量系統是控制施工集料配合比均勻的關鍵環節。

4 瀝青路面成型質量變異性動態控制

4.1 壓實度變異性控制

影響成型質量壓實度的因素有溫度、壓實機械的選擇、碾壓工藝等，主要控制指標是將路面芯樣和馬歇爾密度進行對比。目前采用的主要檢測方法有鉆孔取芯法、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，并且檢測周期較長，指標測定具有一定的滯后性。

4.2 平整度的變異控制

平整度檢測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水平，影響平整度的因素有下承層的施工質量、瀝青混合料的影響和攤鋪機械的影響，另外施工工藝、機械以及人為等特殊因素也會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，厚度檢測人員讀數習慣造成的一定誤差，路面施工人員為了節約成本偷工減料，或者瀝青面層在碾壓過程中沒有按照施工技術要求進行等。

為了更好地對影響瀝青路面質量變異指標的控制和克服一些檢測手段的滯后性，經常通過做試驗段對影響質量的因素指標進行驗證，為施工過程中做好指標控制提供經驗數據，如：較合理的施工配合比，壓實機械的選擇，碾壓變數，虛鋪厚度等，以達到對質量變異指標進行動態控制的目的。

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