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瀝青混合料制備技術及質量控制研究
2020年01月17日    閱讀量:3576    新聞來源:公路養護技術  |  投稿

瀝青混合料制備技術及質量控制研究

高旗

南召縣公路管理局 河南 南陽474650

摘要:瀝青混合料的生產階段是影響路面質量的一個重要環節。為了保證良好的瀝青路面施工質量,在做好前期施工組織的基礎上,有必要著重對瀝青混合料的生產過程進行控制。本文分別從原材料進廠到混合料的拌和,嚴格控制每一環節的質量,以期達到良好的路面施工效果瀝青網sinoasphalt.com

關鍵詞:瀝青混合料;制備技術;質量控制


1.常規控制圖方法概述

控制圖是1924年休哈特(WalterShewhart)博士首先提出的一種將顯著性統計原理應用于控制生產過程的圖形方法。通過控制圖,可使整個過程處于可接受的并且穩定的水平,以確保產品和服務符合規定的要求。

控制圖由中心線(central line,簡寫CL)、上控制限(uppercontrol limit,簡寫UCL)和下控制限(lower control limit,簡寫LCL),以及按時間順序抽取的樣本統計量數值的描點序列組成。UCLCLLCL統稱為控制線(control lines),若控制圖中的描點落在UCLLCL之外或在UCLLCL之間的排列不隨機,則表明過程異常。

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圖1 正態分布曲線

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  2  控制圖示例

對于產品質量控制,可認為質量服從正態分布(圖1),將分布曲線旋轉90°,即為休哈特控制圖(圖2)。若產品質量特性值落在μ±3σ之間的概率為99.73%,則落在μ±3σ范圍以外的概率為0.27%,即為小概率事件。根據統計學小概率事件原理,當點出界則可判定此過程異常。


2.瀝青混合料拌合樓控制

級配控制是瀝青混合料生產質量控制的重點。通常采取以下途徑進行級配控制:通過拌合樓控制室控制各料倉摻配比例以及礦粉、瀝青用量,降低拌合樓中的級配變異;采用各熱料倉取料篩分分析集料的變異性,并以此調整級配;最后,通過運料車中取料,進行燃燒篩分試驗,控制拌和中的配合比變異。

3~5AC-20混合料拌合樓生產中各組分變異狀況。

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3  拌合樓各檔料摻配比例變異性

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從圖3a)可以看出,各檔料的摻配比例存在一定的變異;從箱型圖3b)中可以看出,1#2#大料的摻配比例一般大于均值,而3#4#細集料的摻配比例一般小于均值。依照1#2#3#4# =42:20:9:25的摻配比例,可以發現2#料生產用量略有偏小,3#號料略有偏大。

從圖4可以看出,拌和過程中油石比基本上在4.0(生產油石比)上下,其變化范圍為3.7~4.3,但是依然存在個別盤油量異常的現象,控制精度有待于進一步加強。從圖5可以看出,礦粉、水泥設計摻配率分別為3%1%,實際水泥含量略低于1%。現場調查發現,在拌和中存在個別裝料不及時,未能達到設計比例已經進行了拌和出料的狀況。故在動態控制中,應剔除這些數據異常點,保證動態控制的精準性。


3.試驗室級配離析控制

依據《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40-2017),在瀝青混合料生產中應檢測標準壓實度、級配、油石比等指標參數,每工作日檢測兩次。但實際生產中往往由于重視程度不夠,甚至不能保證每天1次的檢測頻率。

究其原因,主要是現有規范對尚未重視級配離析對瀝青路面施工質量的影響,沒有提出針對性的控制指標來約束施工中混合料的級配離析。同時級配離析將造成壓實度的不均勻性,對路面危害巨大。因此,有必要對試驗室檢測數據進行分析,提出可行的級配離析控制指標。

1為中面層施工中拌合樓取料燃燒篩分試驗數據。

1  AC-20C混合料燃燒篩分數據

試驗

日期

19

16

13.2

9.5

4.75

2.36

1.18

0.6

0.3

0.15

0.075

油石



5.25

97.6

86.4

73.8

55.7

42.6

31.9

25.8

20.3

14.3

8.4

4.8

4.01


6.4

95.4

82.5

70.8

50

35.8

27.3

21.7

16.7

12.7

8.8

6.1

4.17


6.6

96.6

77.4

62.4

41.1

29.3

23.6

18.3

13.7

9.2

6.7

4.9

4.14


6.10

92.6

82.9

71.5

57.1

40.2

29.4

21.3

15.6

11.3

7.9

5.3

3.90


6.11

97.2

90.1

77.4

60.3

40.2

26.8

20.4

15.2

11

7.6

5.3

3.91


6.12

95.6

82.4

67.9

51.2

39.3

33.2

24.2

16.9

11.8

8.2

5.6

3.88


6.26

95.6

81.4

67

49.3

32.1

26.4

20.2

14.2

9.5

6.4

4.9

3.90


6.27

96.1

84.8

71.2

54

42.8

32.8

25.1

18.6

13.2

9

6.1

4.00


6.28

97.8

82.3

67.2

47.3

38.8

31.8

24

17.7

12.4

8

5

4.10


6.29

98.4

87.2

70.4

52.1

42.5

28.3

22.5

17.6

13.7

9.9

6.2

4.07


6.30

94.4

85.3

70.6

50.6

39.3

29.6

23.7

18.8

14.5

10.3

6.6

4.06


7.1

100

91.6

76.6

57.1

48.4

35.6

27.3

20.1

13.9

9.6

6.6

3.98


7.3

96.7

80.6

69.9

50.5

39.4

27.1

21.1

16.4

12.4

8.6

5.6

4.10


7.5

95.2

90.1

80

66.2

45.8

32.6

24.1

17.4

12.1

8.4

6.2

3.87


7.19

99.1

95.1

84.3

68.1

47.5

33.4

25.1

19

13.8

9.4

6.5

3.93


7.22

98.3

93.1

82

65.5

41.6

29.4

21.2

14.9

10.3

7.4

5.7

4.08


7.28

97.2

86.6

76

60.7

33.5

20.9

15.1

10.6

7.8

5.7

4.6

4.36


7.29

97.2

90.8

84.9

69.1

45

29

20.9

15.1

11.7

9.3

6.9

3.90


設計

級配

96.7

86.1

73.6

55.9

40.2

29.4

22.3

16.6

12.0

8.3

5.7

4.00


2  AC-20C瀝青混合料級配與設計級配偏差

試驗

日期

19

16

13.2

9.5

4.75

2.36

1.18

0.6

0.3

0.15

0.075

油石



5.25

0.9

0.3

0.2

0.2

2.4

2.5

3.5

3.7

2.3

0.1

0.9

0.01


6.4

1.3

3.6

2.8

5.9

4.4

2.1

0.6

0.1

0.7

0.5

0.4

0.17


6.6

0.1

8.7

11.2

14.8

10.9

5.8

4.0

2.9

2.8

1.6

0.8

0.14


6.10

4.1

3.2

2.1

1.2

0.0

0.0

1.0

1.0

0.7

0.4

0.4

0.10


6.11

0.5

4.0

3.8

4.4

0.0

2.6

1.9

1.4

1.0

0.7

0.4

0.09


6.12

1.1

3.7

5.7

4.7

0.9

3.8

1.9

0.3

0.2

0.1

0.1

0.12


6.26

1.1

4.7

6.6

6.6

8.1

3.0

2.1

2.4

2.5

1.9

0.8

0.10


6.27

0.6

1.3

2.4

1.9

2.6

3.4

2.8

2.0

1.2

0.7

0.4

0.00


6.28

1.1

3.8

6.4

8.6

1.4

2.4

1.7

1.1

0.4

0.3

0.7

0.10


6.29

1.7

1.1

3.2

3.8

2.3

1.1

0.2

1.0

1.7

1.6

0.5

0.07


6.30

2.3

0.8

3.0

5.3

0.9

0.2

1.4

2.2

2.5

2.0

0.9

0.06


7.1

3.3

5.5

3.0

1.2

8.2

6.2

5.0

3.5

1.9

1.3

0.9

0.02


7.3

0.0

5.5

3.7

5.4

0.8

2.3

1.2

0.2

0.4

0.3

0.1

0.10


7.5

1.5

4.0

6.4

10.3

5.6

3.2

1.8

0.8

0.1

0.1

0.5

0.13


7.19

2.4

9.0

10.8

12.2

7.3

4.0

2.8

2.4

1.8

1.1

0.8

0.07


7.22

1.6

7.0

8.4

9.6

1.4

0.0

1.1

1.7

1.7

0.9

0.0

0.08


7.28

0.5

0.5

2.4

4.8

6.7

8.5

7.2

6.0

4.2

2.6

1.1

0.36


7.29

0.5

4.7

11.4

13.2

4.8

0.4

1.4

1.5

0.3

1.0

1.2

0.10


從表2中可以看出,存在明顯超出范圍的級配。在級配變異的混合料中,存在著>9.5mm篩孔通過率偏高,級配偏細,9.5mm4.75mm篩孔,篩孔通過率偏低,中間檔集料含量較高,集料可能存在干涉現象。綜合分析,大顆粒粒料整體發生了一定離析。


3.1經驗控制法

依據我國《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40-2017)中級配變異性的規定,表318個工作日有13個工作日級配超出了正常范圍,出現了異常狀況,異常率為72%

3  各種離析指標匯總

經驗法

離析率(%)

級配變異性

貝雷法參數

分維數

規范變異性

NCAT離析標準

CA比值(設計值0.35)

FAc比(設計值0.61)

分維數D

(設計值2.510)

Adj. R-Square

(0.995)

0

0

5.0

4.1

0.30

0.61

2.510

0.980

1

1

13.9

6.2

0.28

0.61

2.535

0.985

1

2

27.9

12.0

0.20

0.62

2.499

0.976

0

0

9.1

12.2

0.39

0.53

2.501

0.998

0

0

14.0

6.3

0.51

0.51

2.482

0.995

1

1

22.1

8.0

0.24

0.62

2.519

0.991

1

1

17.9

7.6

0.34

0.63

2.483

0.988

0

0

11.7

5.3

0.24

0.59

2.532

0.993

1

1

28.4

10.2

0.16

0.62

2.515

0.982

0

0

26.7

8.4

0.20

0.53

2.539

0.986

1

1

17.1

8.5

0.23

0.60

2.558

0.984

1

1

23.0

7.8

0.20

0.56

2.533

0.993

1

1

16.9

8.0

0.22

0.54

2.523

0.989

1

1

23.5

9.9

0.60

0.53

2.504

0.999

1

2

21.1

9.2

0.65

0.53

2.514

0.998

1

1

20.9

10.3

0.69

0.51

2.473

0.996

1

1

29.8

12.6

0.69

0.45

2.430

0.982

1

2

41.3

13.0

0.78

0.46

2.506

0.990

注:①規范允許變異值中,參照我國施工規范,當級配范圍超出允許變異值時,賦值1,反之為0;②NCAT離析標準中:無離析:0,輕度離析:1,中度離析:2,嚴重離析:3。

依據NCAT離析劃分標準,分析各篩孔級配變異性狀況,集料發生離析的概率為72%,其中,輕微離析率56%,中等離析率16%,未發生嚴重離析。

通過對我國規范與NCAT中離析劃分標準的對比分析可知,NCAT在級配的控制上要苛刻一些,規定各檔通過率級配變異大于5%即發生了離析。我國施工規范中則分為三段:大于4.75mm的各檔通過率要求變異性不大于±60.075mm通過率變異性要求不大于±2;其余各檔細集料變異性要求不大于±5。這樣規定雖然能夠更好地約束各檔集料的變異性,但與NCAT標準相比,我國規范并未劃分離析程度,不能引起施工單位的足夠重視。整體而言,NCAT離析劃分標準能夠較好的引導施工單位進行施工控制,但是作為半定量指標,依然有待于進一步完善。


3.2平均離析率

13.2mm9.5mm4.75mm2.36mm四個篩孔上集料含量作為平均離析率計算篩孔,計算結果見表4。分析平均離析率與離析等級的相關性,發現二者具有較好的相關性,見表4,相關系數P=0.657。對于普通AC-20混合料而言,采用這四檔篩孔含量控制混合料生產中的級配離析是可行的,可代表混合料級配的離析變異程度。


3.3級配差異值

與瀝青混合料平均離析率指標相比較,級配差異值采用各個篩孔上質量百分率的差異值評價瀝青混合料的變異性。不僅考察了粗集料的離析,也包括了細集料的變異,能夠體現混合料級配整體變異性狀況。

分析其與NCAT離析標準的相關性,如表5,可以看出,二者間相關性較好。二者主要區別在于,NCAT離析標準僅僅采用級配變化極差的評價方法。而級配差異值則考慮了每一檔的變異性。

分析級配差異值與平均離析率的相關關系,發現二者具有很強的相關性,這可能源自于二者本質上的共性,均為篩孔集料含量差異值的統計結果。同時,也反映出2.36mm以上、13.2mm以下幾檔集料的離析特性往往能夠代表整個混合料的變異狀況。


3.4貝雷法參數

分析貝雷法參數與級配離析標準的相關關系,發現CA比與傳統經驗法確定的離析率間存在一定的趨勢。隨著CA比的降低,瀝青混合料逐漸處于離析狀態,CA比小于0.3時,粗集料骨架間隙不能完全的填充,混合料往往處于離析狀態,間接說明了貝雷法設計將CA比下限規定為0.4是合適的。同時,在設計階段與生產階段控制CA比也是很有必要的。

分析CA比與NCAT離析標準、平均離析率、級配變異性之間的相關性,見表5。發現CA比與其他離析指標的關系較弱,分析原因可能由于后三項指標均為設計級配變異性統計量,而CA值僅僅表征粗集料間是否存在一種嵌擠結構或者該級配是否容易產生離析等,不能直接反應原設計級配的變異狀況。因此,CA比可作為判斷粗集料組成比例變異性的輔助指標,應與其他控制指標結合使用。

CA比相比,FAc值表征了級配中細集料部分組成比例的變異性,因而與上述幾種級配離析控制指標相關性較弱。當細集料含量較低時,相應的FAc比值較小;相反,當6.75mm以下粗集料含量較高時,相應的FAc比值較大,混合料已經發生了級配變異性。據有關研究分析表明,當FAc>0.5,表明瀝青混合料中含有過的天然砂,有待于進一步驗證。


3.5分維數

嘗試分析分維數與集料級配變異性的關系,試圖得出以分維數為依據的混合料離析評價標準。由表4可知,分維數與NCAT離析標準、離析率、級配變異值間相關性均不顯著,原因與CA比類似,針對特定設計級配,分維數不能表征實際級配與設計級配差異值的大小。分析分維數與CA比、FAc比的相關關系,發現分維數與CA比具有較好的相關性,P=-0.625,在0.01水平上顯著相關;與FAc相關性較弱,P=0.488,在0.05水平上顯著相關。

參考試驗室研究數據,如圖6、圖7所示。對比分析圖中分形維數、CA比、FAc比三者關系,發現試驗室離析瀝青混合料分形維數與CA比、FAc比關系與實際生產中三者規律恰恰相反:試驗室離析瀝青混合料分形維數隨著CA比的增大而增大,隨著FAc比的增大而減小;而實際生產中混合料分形維數隨著CA比的增大而減小,隨著FAc比的增大而增大。

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分析分維數與各篩孔通過率的相關性,可以解釋上述原因。分維數表征了集料顆粒的復雜程度,相應的集料顆粒越細,其分維數越大,并且分維數僅僅與2.36mm以下各篩孔的通過率有關,隨著通過率的增大而增大。故分維數與CA比間不存在特定關系,而與FAc比間存在弱的正比例關系。

4  分維數與各篩孔通過率間的相關關系

篩孔尺寸(mm)

19

16

13.2

9.5

4.75

2.36

1.18

0.6

0.3

0.15

0.075

D

P相關性

0.072

0.117

0.237

0.327

0.366

0.569

0.7050

0.7920

0.858

0.874

0.625

顯著性

0.769

0.634

0.329

0.172

0.123

0.011

0.001

0.000

0.000

0.000

0.004

N

19

19

19

19

19

19

19

19

19

19

19

通過以上對分維數的分析,可初步認為分維數表征級配中細集料組成狀況,2.36mm以下各篩孔含量對分維數影響較大,且隨著級配變細,分維數增大。因而分維數可用以表征細集料的級配狀況,但是無法甄別2.36mm~4.75mm之間集料的干涉或2.36mm~4.75mm檔集料缺失現象,因而不能直接用于判定混合料的離析狀況,可作為一種輔助判斷手段。

通過對上面幾項離析指標的探討和分析,瀝青混合料平均離析率可作為生產階段級配離析的關鍵控制指標,同時,CA比可作為輔助控制指標判斷粗集料集料的嵌擠狀況,分維數作為輔助指標判斷細集料的組成以及變異狀況。

4.結論

在拌合樓控制階段采用常規控制圖中均值-極差圖的控制方法,可很好約束油石比和溫度的變異性,并對拌合樓級配的控制有一定的積極意義。通過試驗室燃燒試驗發現,采用平均離析率控制混合料生產中的級配離析問題,同時,結合CA比、級配分形維數分別判斷混合料的粗集料變異性與細集料變異性。


標簽:行業新聞技術中心瀝青混凝土
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