沥青路面质量控制体系研究

摘要：高速公路沥青路面建设过程中，环节众多且工艺复杂，存在检测周期长、检测结果不真实、以点概面数据不完善且难以追溯等问题，导致高速公路沥青路面的耐久性和使用寿命往往难以达到预期的效果。因此，本文首次提出了基于物联网技术的沥青路面质量控制体系，把沥青路面施工过程中的材料生产环节、运输环节、路面摊铺环节和路面压实环节有机结合起来研究，行成系统化解决方案，对各个环节中的施工参数进行实时汇总，构建数字化监测网络，严格保证施工过程中各个环节的质量，从而保证高速公路沥青路面的质量和性能，提高公路的使用寿命和安全保障。

关键词：沥青路面；质量控制；互联网技术

近年来，随着社会经济的不断发展，中国高速公路建设也在迅速发展，并且取得了举世瞩目的成就。目前，在我国高速公路建设中，沥青混凝土路面结构得到广泛应用，但是，由于一些公路工程的施工质量难以保证，故沥青路面破坏严重，耐久性差，导致我国高速公路通常情况下难以达到预期的使用寿命，并且存在巨大的安全隐患，进行大规模维修时，还会造成巨大的经济损失和不良的社会影响。导致沥青路面耐久性不足和早期破坏的原因众多，例如特殊的气候条件或地质条件、交通超载、路面设计理论不完善、人为破坏等。但是，追本溯源，造成公路使用寿命减少的关键因素在于公路建设施工过程中没有进行严格的质量控制，尤其是对技术细节进行严格的控制。例如，施工过程中，由于铺设沥青路面所需的材料和机械设备多种多样，使用的工艺也种类繁多，而且铺设过程中原材料的质量、材料之间的混合比例、施工温度、压实度、平整度等都存在一定的变异性，这些因素均会影响沥青路面的质量。因此，对沥青路面铺设过程中的变异性进行积极有效的预防和控制，是保证沥青路面质量的关键途径。此外，一些高度公路建设过程中，通常会存在盲目赶工期的现象，例如在公路建设过程中为了节省时间，而故意省去一些必要的步骤，从而造成工程质量下降。并且，收到利益等原因的驱使，一些施工单位会在用料、机械设备等投入上偷工减料等，这些都会导致沥青路面严重破坏。因此，在沥青路面铺设过程中，对工程质量过程需要进行严格控制，必须完善各个时间节点的质量管理体系，从而保证沥青路面的质量和使用寿命。考虑沥青路面铺设过程中遇到的上述问题，本文在国内首次提出基于互联网技术的沥青路面质量控制体系，该体系应用新技术、新原理，把沥青路面施工过程中的材料生产环节、运输环节、路面摊铺环节和路面压实环节有机结合起来研究，行成系统化解决方案，构建数字化监测网络。本文提出的新体系，结合了计算机技术等信息管理手段，将互联网技术应用于路面施工过程中，实现沥青路面施工质量的动态化管理，具有广阔的应用空间和市场前景。

1质量控制体系框架

本文提出的沥青路面质量控制体系如图1所示。该体系主要在沥青材料生产环节、运输环节、路面摊铺环节和路面压实环节这四个环节，利用互联网技术把沥青路面施工的各个阶段有机结合起来，构建数字化监测网络，进行一致的质量控制，从而保证沥青公路的质量和性能。此外，本文提出沥青路面施工全过程温度场模型，在沥青路面摊铺过程中的各个环节建立温度场冷却模型，计算出各个环节完成工作的最佳时间节点，并且给出在最佳时间段内的科学施工方案，从而保障施工质量。并且通过引入先进的技术来监测施工过程中的关键参数，实现总体监测和局部监测相结合的目标。该系统在实际实施工程中，简单易行，容易理解，考虑了沥青路面铺设过程中的各个环节中的质量控制，主要分成四大环节，即，（1）沥青材料生产环节质量控制，（2）运输环节质量控制，（3）路面摊铺环节质量控制，（4）路面压实环节质量控制，其中，每个环节的具体过程和操作如下介绍。

2各环节质量控制实施过程

本文提出的基于互联技术的沥青路面施工质量控制体系，是国内目前较为先进和信息化的一套规范化的沥青路面质量管理系统。该系统性能高、高度自动化且易于操作和使用，可以保证沥青路面铺设过程中各个环节中及时上传真实可靠各项施工数据，在国内公路建设工程项目中具有重大的作用和意义。2.1沥青材料生产环节质量控制。在沥青路面建设过程中，沥青材料的质量好坏直接决定了沥青路面的质量高低，沥青材料的水稳定性能、高温稳定性能等都依赖于沥青材料的好坏。因此，对沥青材料的质量要求是保证高速公路质量的关键因素之一。本文提出的基于互联网技术的沥青路面质量控制体系中，对沥青材料生产环节进行严格的质量控制，并且对沥青材料的质量从两个角度进行控制，即原材料和混合材料。生产的沥青原材料决定了沥青品质，故在对原材料进行质量控制时，本文使用常见的用来评价沥青质量的三个指标（即，针入度、软化点、延度）来判断沥青质量的好坏。因此，基于本文提出的质量控制体系，在原材料采购环节中，采购者需要及时汇报采购材料的详细信息，包括采购内容、采购日期、采购数量等。这些信息将会被存储，一经上次确认后不得篡改，一旦发生问题，即可以调出信息进行原因分析。单纯的原材料难以构建高性能的沥青路面，因此，除了选用优质的原材料之外，还需要严格控制不同材料之间的配合比，生成出高质量的混合材料，以供沥青路面的铺设。只有各种材料之间的配合比达到最优，才能极大限度发挥各种材料的良好性能，从而建设高性能的沥青路面。因此，施工过程中需要对复杂混合材料的配合比进行严格控制。因此，基于本文提出的质量控制体系，可以对混合材料生产环节的各项关键参数进行实时测量和上传分析，例如混合材料的配合比、搅拌温度、混合材料的干湿程度等数据，都需要进行统一的上传和汇总。施工方和业主同时可以监测和管理这些数据，一旦发生问题，即可以及时解决，从而保障混合料高质量生产，并且同时可以保证工期。2.2运输环节质量控制。在得到高质量的混合沥青材料后，在运输过程中也需要严格控制存储条件。通常情况下，沥青材料在运输过程中，往往需要历经较长时间，而此期间可能会导致沥青材料发生老化，从而导致性质发生变化。例如，由于混合沥青材料散热快，且存放时间长便会发生离析。因此，在本文提出的质量控制体系下，对运输环节的各项关键参数也需要进行实时测量，例如需要严格检验混合材料温度，运送时间等，确保混合料以最佳温度送到摊铺现场，并且运到摊铺现场后，需要再次检验混合材料的温度等性能。具体地，在运输车辆上安装自主研发生产的车辆身份识别跟踪管理系统以及高精度GPS系统，对运输车辆进行身份识别，从而使得每一车材料从出站到摊铺全过程可监控，并且还为后面的质量问题回溯提供了相应的数据依据。监理人员或业主可以实时监测上传的材料参数数据，从而可以判断施工过程中是否存在质量问题和安全隐患，如果运输途中发生故障，即可以立即进行抢修，将成本降至最低。或当发现运输过程中出现超出范围或长时间停车时，立即进行短信等手段的报警，做到运输问题的快速纠偏。2.3路面摊铺环节质量控制。沥青路面的摊铺环节是建设高质量沥青公路的技术关键，摊铺前的准备工作，以及摊铺过程中的条件控制都十分重要。例如，摊铺前需要对摊铺机提前加热，摊铺过程中需要控制摊铺温度，摊铺厚度与平整度，摊铺面积，摊铺速度等。因此，本文提出的基于互联网技术的沥青路面质量控制体系，可以有效的测量上述提到的各种摊铺数据，从而控制路面摊铺质量。在具体的沥青路面摊铺施工中，本文提出的质量控制体系将所有车辆进行统一交互，使得整个现场作为一个有机整体进行管理。摊铺后台界面记录和存储施工过程所有的数据，系统采用国内先进水平的高精度相位差分GPS定位技术，可以精确的测量摊铺厚度、摊铺速度、摊铺面积、摊铺温度等，同时也会实时监测摊铺成品的各项状态参数，以确保摊铺质量。在路面摊铺过程中，如果发生波浪、离析、裂缝等异常现象时，根据质量控制体系测量的数据，即可及时分析原因，并且进行修正。2.4路面压实环节质量控制。除了选取优良的材料和进行合理的摊铺，沥青路面承载能力和耐久性在很大程度上取决于路面压实环节。路面压实可以减少沥青混合材料中的孔隙率，可以进一步提升沥青公路的密实度和平整性，使得沥青路面的承载能力更强。但是，路面压实环节并不是压实度越大越好。过度压实会导致沥青材料的孔隙率过小，则表面层容易产生辙槽和推挤破坏，并且较小的孔隙率也会造成抗滑下降，带来行车安全隐患。因此，在路面压实施工中，控制沥青路面的压实度是提升沥青路面性能的重要因素之一。本文提出的基于互联网技术的沥青路面质量控制体系，能够利用先进的计算机技术，采用非接触、实时在线路面压实度监测技术精确的测量路面压实过程中的压路机的名称、起止桩号、当前桩号、压幅、里程、日期、海拔、压实度、压实速度、压实遍数等参数。由于采用非接触式测量原理，不对沥青路面产生任何影响，也不会对环境产生任何影响。此外，该质量控制体系会将测量的所有参数进行实时上传和汇总，由专人进行监督和管理，以避免造假和偷工，从而保障路面压实质量。路面压实阶段，远程数据提取装置是安装在压路机驾驶室内，包含单片机、GPS定位模块以及3G无线数传模块。收集数据时，每隔10秒钟，该数据提取装置会将压路机所处位置的经纬度坐标通过3G无线数传模块自动地发送到服务器，并进行存储。服务器数据库存储了拟修建的公路的路基中心线的经纬度坐标，然后根据远程数据提取装置采集到的压路机所在位置的坐标和路基中心线坐标，从而自动计算出路基压实遍数，并将实时统计结果存储在服务器数据库中。另一端，计算机根据服务器的发送的数据信息，生成web页面，监理人员或雇主即可以通过IE浏览器进行浏览。本文采用的压路机管理装置可对公路或铁路施工过程中的各处路基压实遍数进行自动精确的统计，从而实时监测各台压路机的具体位置，并能记录压路机的轨迹和回放压路机的工作轨迹，从而极大程度地确保了施工质量。

3监控分析与处理要求

各个阶段采集的数据都上传至数据中心，然后进行分析处理，主要功能是分析整合前端设备采集回来的数据，并以统一的数据格式、统一的展示效果呈现在管理人员眼前。主要包括以下几个功能。（1）自动建立报告及台帐。数据监控设备按试验室名称，分别建立报告台帐，可以直观地检索、查看各个压力机的试验时间、样品编号、试验类型、设计强度、承压面积、龄期、荷载等工程信息。（2）杜绝强度不达标混凝土。在系统中设置设计强度或强度标准，系统自动检索不合格的试验报告，并用红色字体标示，第一时间安排质量安全检查，杜绝质量隐患的出现，处理结果还可以在台帐中记录。（3）有效控制混凝土强度的离散性。在系统中设置混凝土强度区间，一旦超过设计强度的1.5倍时会自动提示，使混凝土强度必须大于设计强度且严格控制在设计强度的1.5倍以内。工程实际实施过程中，大批量的混凝土必然会出现局部混凝土强度离散现象的发生，以致数据在后期评定中，离散系数过大，影响评定结果。通过软件的质量分析可以更直观的反映数据出现离散的征兆，及时检查影响混凝土质量的可能存在的材料品质、施工工艺、工程管理等因素，及时对其进行纠正处理。（4）综合统计。系统通过大量数据的综合统计分析，试验数据指标出现非正态分布时，数据的置信度在5%以外的，说明存在质量风险，系统将自动建议开展一次专项检查。（5）对比分析。系统提供对相同型号、相同等级条件的混凝土强度进行对比分析功能，出具对比分析报告。（6）比对试验。当发现各个试验室的检测水平出现偏差的时候，组织试验室进行比对试验，促进试验室提高检测技术水平。该系统具有比对试验功能，只要给各个试验室发放相同的样品进行试验，试验数据和报告上传后，系统将自动生成“比对试验汇总报告”，报告记录公议强度、平均值、标准差、合格数和偏差值等信息，直接反映各个试验室的技术水平。监管部门可以有针对的提出改进意见，促使各个试验室共同进步。

4质量控制体系的技术指标

本文提出的基于互联网技术的沥青路面质量控制体系，在每一个质量控制环节都配备有远程数据提取装置，能够实时采集施工设备所处位置的经纬度左边信息，并且将经纬度坐标信息按照一定的时间间隔，经过手机基站无线信号发送给服务器。然后，服务器对接收的数据进行分析，并将数据分析结果返回给计算机。具体地，本文提出的质量控体系的监测系统网络架构包括远程数据提取装置、服务器和计算机（客户端IE浏览器）三大部分，如图1所示。其中远程数据提取装置包括GPS定位、单片机和无线数据传送这三大模块。每个部分的具体技术指标如下。（1）远程数据提取装置均为车载型终端，内含工业级GPS定位模块和CDMA远程数传模块，具有超强稳定性，适应在恶劣环境下工作。基于机器设备的蓄电池取电，电压为9-48伏，电流为50-100毫安，工作温度为-45摄氏度至85摄氏度，且预设的数据传送时间间隔为5-30秒。该设备安装简单、体积小、功耗低，可在压路机上快速完成安装。（2）单片机通过9针串口线分别与GPS定位模块和无线数据传送相连接，从而通过9针串口线和RS-232协议来读取GPS定位模块采集的时间、速度和经纬度坐标信息。（3）GPS定位模块采用北斗卫星定位模块，可以精确的进行位置数据采集并上传。（4）无线数据传输模型涵盖了2G无线数传模块、3G无线数传模块和4G无线数传模块。（5）手机基站无线信号采用3G手机基站无线信号或CDMA手机基站无线信号。（6）服务器放置于监控中心，技术指标如表1所示。

5质量控制体系的“智慧”特性

由于本文提出的沥青路面质量控制体系是基于互联网技术的产物，充分具有物联网（IOT）时代的“智慧”特性，因此，本部分主要对该质量控制体系的“智慧”特性进行总结和分析。总体来看，本文提出的质量控制体系是基于“云服务+PDCA+APP”的项目质量管理云平台，依据此原理将物联网技术、循环管理、云计算等技术应用到公路建设信息化管理中，形成系统化的“智慧”解决方案，很好地满足了公路施工过程中各个环节监测的需要，实现了数据采集、数据显示、实时监测、压实遍数统计、轨迹回放、报表、通信等功能。此外，系统运行于网络环境下，提供了友好的用户界面，操作简单，维护方便。总之，该基于互联网技术的沥青路面质量控制体系，实现了以科学的程序进行全面的质量管理，能够有效的提高施工效率，缩短施工时间，降低工程成本，最大限度地减少返工，基于互联网技术进行更快更精确的控制，进一步促进了智慧工地建设和发展。

6实际监测数据展示

这部分对本文系统在公路工程中的部分监测数据及分析处理结果进行展示。反映了拌合机生产混凝土时构成材料的用量柱状图，从而可以控制材料配比及用量是否合理。展示了沥青混合材料生产级配曲线，可以对实际施工数据进行分析反馈。对阶段性的施工信息进行概览，包括来料追踪、运输追踪、摊铺信息、压实信息等，以供监理人员进行决策。

7总结

沥青路面铺设过程中，环节众多且工序复杂，因此，对施工过程中各个环节进行严格的质量控制是建设高性能沥青公路的必要前提。本文提出了基于互联网技术的沥青路面质量控制体系，把沥青路面施工过程中的各环节通过物联网技术有机结合起来，在沥青路面施工过程领域形成一套完善的监测方案，大幅提高沥青路面施工质量，在实际应用中具有广阔的应用前景。

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作者:龙飞 马红昆 黄祖兴 张益维 李雄周 单位:1.云南建投安装股份有限公司 2.云南省建设投资控股集团有限公司