瀝青混合料拌和實(shí)時(shí)監(jiān)控及質(zhì)量評(píng)價(jià)研究

張銀博，李耀業(yè)

（新疆交通建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，新疆 烏魯木齊 830016）

1 引言

隨著公路建設(shè)行業(yè)的迅速發(fā)展，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益加劇，對(duì)高速公路項(xiàng)目建設(shè)與管理提出了更高的要求[1]。瀝青混合料拌和質(zhì)量對(duì)瀝青路面使用性能具有重要的影響[2]，在拌和階段，現(xiàn)行生產(chǎn)質(zhì)量控制體系多為抽檢評(píng)估，檢測(cè)較少，數(shù)據(jù)滯后，過(guò)程控制較弱，質(zhì)量問(wèn)題不能及時(shí)解決。此外，評(píng)價(jià)結(jié)果較單一，質(zhì)量評(píng)價(jià)不具有連貫性，對(duì)拌和過(guò)程中瀝青混合料質(zhì)量指導(dǎo)作用有待提高。

傳統(tǒng)瀝青混合料質(zhì)量管理模式局限性大、效率低，在解決控制動(dòng)態(tài)性強(qiáng)問(wèn)題方面表現(xiàn)不足，也無(wú)法適應(yīng)新形勢(shì)下項(xiàng)目管理要求[3]?，F(xiàn)有的研究主要集中在原材料的結(jié)構(gòu)模型[4]、瀝青混合料的級(jí)配設(shè)計(jì)[5]、路面施工質(zhì)量控制[6]及病害研究[7]等方面，針對(duì)瀝青混合料拌和階段質(zhì)量控制的研究較少。如何快速準(zhǔn)確地收集生產(chǎn)數(shù)據(jù)并開(kāi)展質(zhì)量評(píng)價(jià)，成為瀝青混合料拌和階段亟須解決的問(wèn)題。宋勝利等[8]開(kāi)發(fā)了基于壓力傳感器的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，該技術(shù)對(duì)傳感器靈敏度較為嚴(yán)格，且抗干擾能力差。李正中等[9]提出了基于打印數(shù)據(jù)流的監(jiān)控系統(tǒng)，但該技術(shù)在實(shí)際拌和過(guò)程中時(shí)效性較差。信息化和工程裝備智能化的發(fā)展為解決上述問(wèn)題提供了有效技術(shù)手段[10]。

在不影響正常拌和解決監(jiān)控時(shí)效性的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出一套瀝青混合料拌和質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控及評(píng)價(jià)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和判斷、生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)智能分析評(píng)價(jià)、質(zhì)量分析結(jié)果及時(shí)反饋和施工過(guò)程動(dòng)態(tài)管理，對(duì)確保瀝青混合料生產(chǎn)質(zhì)量，提高瀝青路面使用性能具有重要意義。

2 瀝青混合料拌和質(zhì)量動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)

2.1 監(jiān)控系統(tǒng)

瀝青混合料拌和站動(dòng)態(tài)質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)是在已有拌和樓質(zhì)量控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對(duì)拌和站設(shè)備終端加裝數(shù)據(jù)采集儀，將每盤(pán)采集的質(zhì)量數(shù)據(jù)及時(shí)上傳至信息平臺(tái)，由服務(wù)器遠(yuǎn)程監(jiān)控場(chǎng)（站）拌和站設(shè)備工作的穩(wěn)定性。該系統(tǒng)的建立，實(shí)現(xiàn)了對(duì)瀝青混合料拌和站生產(chǎn)的礦料級(jí)配、油石比、拌和站溫度和施工生產(chǎn)總量等關(guān)鍵質(zhì)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確采集并進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸，系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)運(yùn)算分析、評(píng)定判斷和智能預(yù)警的功能，可與日常試驗(yàn)室檢測(cè)形成聯(lián)動(dòng)，快速糾偏。

2.2 監(jiān)控設(shè)備

拌和站設(shè)備終端加裝數(shù)據(jù)采集儀為工控機(jī)，集成數(shù)據(jù)采集、通訊等單元模塊。工作流程為：共享拌和站數(shù)據(jù)庫(kù)原始數(shù)據(jù)；產(chǎn)生數(shù)據(jù)時(shí)，采集單元從數(shù)據(jù)庫(kù)中按照固定格式獲取原始數(shù)據(jù)；通訊單元將采集到的原始數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)椒?wù)器；服務(wù)器按照計(jì)算模型處理、分析、評(píng)判數(shù)據(jù)的合理性，通過(guò)預(yù)警系統(tǒng)分級(jí)報(bào)警，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)提醒；最終在web端通過(guò)圖表進(jìn)行直觀展示。

2.3 系統(tǒng)功能

瀝青混合料拌和站動(dòng)態(tài)質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)主要由配比管理、生產(chǎn)數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)、超標(biāo)預(yù)警和閉合等模塊組成，自動(dòng)采集每盤(pán)拌和溫度、拌和時(shí)間、各檔材料用量、瀝青用量等。包括查詢(xún)功能和數(shù)據(jù)報(bào)警功能。

2.3.1 查詢(xún)功能

瀝青混合料監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)瀝青混合料拌合樓計(jì)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集后上傳至服務(wù)器，并根據(jù)工程實(shí)際需要進(jìn)行匯總、分析，提供與混合料質(zhì)量相關(guān)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息，管理方能夠方便、快捷、真實(shí)地查詢(xún)相關(guān)數(shù)據(jù)信息，提高項(xiàng)目的管理效益。

①查看生產(chǎn)狀態(tài)。

實(shí)時(shí)查詢(xún)?yōu)r青混合料拌合樓工作狀態(tài)，以圖表的形式反映當(dāng)前數(shù)據(jù)，并及時(shí)更新。管理人員每天實(shí)時(shí)查看，可了解瀝青混合料拌和樓是否正在運(yùn)轉(zhuǎn)，每天運(yùn)轉(zhuǎn)狀況等，同時(shí)可起到督促并協(xié)助解決施工中遇到的阻工、設(shè)備故障等影響質(zhì)量和進(jìn)度的事件。

②質(zhì)量情況。

通過(guò)系統(tǒng)可以查詢(xún)?nèi)我鈺r(shí)間段內(nèi)混合料級(jí)配、溫度、油石比、產(chǎn)量等，方便管理人員對(duì)混合料質(zhì)量進(jìn)行控制。

③總量校核。

監(jiān)控系統(tǒng)的總量校核方式有逐盤(pán)校核和總量校核。逐盤(pán)校核是對(duì)每一盤(pán)采集到的各原材料質(zhì)量進(jìn)行校核；總量校核是對(duì)選定時(shí)間段范圍內(nèi)所使用的各原材料質(zhì)量、混合料總質(zhì)量進(jìn)行匯總。

2.3.2 數(shù)據(jù)報(bào)警功能

針對(duì)關(guān)鍵材料用量、關(guān)鍵篩孔通過(guò)率、油石比以及溫度、攪拌時(shí)間等質(zhì)量控制要素進(jìn)行超標(biāo)判斷和預(yù)警推送，通過(guò)數(shù)據(jù)報(bào)警，可實(shí)現(xiàn)以下三方面功能，從而有效地對(duì)混合料質(zhì)量進(jìn)行控制。

①原材用量控制。

通過(guò)數(shù)據(jù)監(jiān)控，針對(duì)集料、瀝青、礦粉等原材料超出或低于設(shè)定參數(shù)范圍的數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)警，項(xiàng)目管理人員根據(jù)報(bào)警數(shù)據(jù)對(duì)拌和站原材料使用情況進(jìn)行管控。

②混合料質(zhì)量變異監(jiān)控。

拌和站質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，可以解決拌和樓由于其自身控制系統(tǒng)的缺陷造成混合料的瀝青用量、級(jí)配變異等問(wèn)題，并能有效解決試驗(yàn)頻率不夠、取樣代表性不強(qiáng)以及試驗(yàn)周期長(zhǎng)等問(wèn)題。

③混合料變異趨勢(shì)控制。

瀝青混合料動(dòng)態(tài)質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)各原材料、混合料數(shù)據(jù)進(jìn)行采集分析，生成波動(dòng)曲線(xiàn)圖和統(tǒng)計(jì)表格，逐盤(pán)分析瀝青混合料拌和過(guò)程中的合成級(jí)配波動(dòng)和各擋材料用量偏差。同時(shí)通過(guò)生成波動(dòng)曲線(xiàn)圖對(duì)比不同日期全線(xiàn)圖的變化，能夠分析各參數(shù)的變化趨勢(shì)。

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

動(dòng)態(tài)質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)主要通過(guò)實(shí)時(shí)采集集料、瀝青、礦粉重量和拌和溫度，分析評(píng)判瀝青混合料級(jí)配、油石比、溫度來(lái)控制質(zhì)量。依托某高速公路下面層AC-25C瀝青路面施工，以工地試驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和抽提試驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù)，分析系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和精度，為瀝青混合料質(zhì)量評(píng)價(jià)模型建立提供數(shù)據(jù)支持。拌和站為意大利生產(chǎn)的瑪連尼4000型，如圖1所示，系統(tǒng)平臺(tái)如圖2所示。

圖1 瑪連尼4000型拌和樓

圖2 動(dòng)態(tài)質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)

3.1 級(jí)配、油石比對(duì)比

系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)控拌和站生產(chǎn)配合比實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的設(shè)定和改動(dòng)，使用改動(dòng)后的數(shù)據(jù)模擬拌和站實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程，同時(shí)對(duì)模擬生產(chǎn)結(jié)果進(jìn)行分析，繪制按照新配合比生產(chǎn)的級(jí)配曲線(xiàn)。選擇系統(tǒng)獲取油石比以及0.075mm、2.36mm和4.75mm關(guān)鍵篩孔通過(guò)率進(jìn)行穩(wěn)定性分析，結(jié)果如圖3～圖6所示。

圖3 系統(tǒng)監(jiān)控油石比波動(dòng)圖

針對(duì)瀝青混合料生產(chǎn)級(jí)配，通過(guò)連續(xù)3 天拌和站取樣進(jìn)行抽提試驗(yàn)與系統(tǒng)對(duì)應(yīng)日期采集獲得生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)比，結(jié)果如圖7 所示。同時(shí)，抽提試驗(yàn)得到油石比如圖8所示。

圖4 系統(tǒng)監(jiān)控0.075mm篩孔波動(dòng)圖

圖5 系統(tǒng)監(jiān)控2.36mm篩孔波動(dòng)圖

圖6 系統(tǒng)監(jiān)控4.75mm篩孔波動(dòng)圖

圖7 系統(tǒng)采集級(jí)配與抽提試驗(yàn)數(shù)據(jù)關(guān)系圖

圖8 系統(tǒng)采集油石比與試驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線(xiàn)

由圖3～圖6可知，系統(tǒng)監(jiān)控油石比以及0.075mm、2.36mm 和4.75mm 關(guān)鍵篩孔通過(guò)率監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)整體較穩(wěn)定，除0.075mm 篩孔通過(guò)率整體稍大于級(jí)配中值外，油石比以及2.36mm 篩孔和4.75mm 篩孔通過(guò)率均值圍繞級(jí)配中值上下波動(dòng)，滿(mǎn)足規(guī)范要求。由圖7、圖8 可知，油石比、級(jí)配監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)與室內(nèi)抽提試驗(yàn)數(shù)據(jù)基本吻合，系統(tǒng)監(jiān)測(cè)油石比波動(dòng)范圍較小。因此，動(dòng)態(tài)質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)采集的生產(chǎn)數(shù)據(jù)表現(xiàn)出較好的準(zhǔn)確性，可以反映拌和階段瀝青混合料關(guān)鍵參數(shù)的情況。

3.2 溫度對(duì)比

為判斷系統(tǒng)監(jiān)測(cè)瀝青混合料出場(chǎng)溫度準(zhǔn)確性，采用插入式溫度計(jì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)每車(chē)最后一鍋瀝青混合料進(jìn)行溫度測(cè)量，圖9 為現(xiàn)場(chǎng)采集混合料溫度，系統(tǒng)監(jiān)測(cè)溫度與現(xiàn)場(chǎng)采集溫度關(guān)系如圖10所示。

圖9 瀝青混合料現(xiàn)場(chǎng)溫度采集

圖10 系統(tǒng)采集溫度與現(xiàn)場(chǎng)采集溫度曲線(xiàn)圖

由圖10 可知，由采用插入式溫度計(jì)測(cè)量每車(chē)最后一鍋瀝青混合料的溫度浮動(dòng)可知，瑪連尼拌和站性能較為穩(wěn)定，系統(tǒng)監(jiān)測(cè)溫度與現(xiàn)場(chǎng)采集溫度基本一致，能夠反映實(shí)際拌和溫度。

4 質(zhì)量評(píng)價(jià)模型建立

4.1 指標(biāo)選取及模型建立

拌合站監(jiān)控系統(tǒng)質(zhì)量評(píng)價(jià)模型是基于拌合站監(jiān)控系統(tǒng)能直接監(jiān)控的指標(biāo)，對(duì)瀝青混合料質(zhì)量控制指標(biāo)篩選，選擇油石比、溫度以及0.075mm、2.36mm和4.75mm關(guān)鍵篩孔通過(guò)率進(jìn)行研究。瀝青混合料生產(chǎn)質(zhì)量評(píng)價(jià)指數(shù)（BQI）是描述瀝青混合料質(zhì)量狀況的具體指標(biāo)，計(jì)算公式見(jiàn)式（1）。

根據(jù)BQI的計(jì)算結(jié)果，對(duì)瀝青混合料質(zhì)量設(shè)定“優(yōu)、良、中、差”四個(gè)檔次作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表1。

表1 拌和質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

4.2 關(guān)鍵參數(shù)權(quán)重確定

本文采用問(wèn)卷調(diào)查法確定油石比、溫度以及0.075mm、2.36mm和4.75mm關(guān)鍵篩孔通過(guò)率等關(guān)鍵參數(shù)的權(quán)重，問(wèn)卷對(duì)象主要為建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位和施工單位及科研院所。關(guān)鍵參數(shù)權(quán)重值匯總見(jiàn)表2。

表2 關(guān)鍵參數(shù)權(quán)重匯總值

4.3 質(zhì)量評(píng)價(jià)

根據(jù)確定的關(guān)鍵參數(shù)權(quán)重指標(biāo)，結(jié)合評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算公式，建立評(píng)價(jià)計(jì)算模型見(jiàn)式（2）。

為了確定瀝青混合料質(zhì)量控制關(guān)鍵參數(shù)，針對(duì)某高速公路一天生產(chǎn)的瀝青混合料超出質(zhì)量管控范圍情況，按式（2）計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)并進(jìn)行質(zhì)量評(píng)定，結(jié)果得分為：[0.4×（1-28/285）+0.2×（1-8/285）+0.15×（1-9/285）+0.15×（1-5/285）+0.1×（1-8/285）]×100=94 分，質(zhì)量評(píng)定結(jié)果為良。計(jì)算結(jié)果表明，該瀝青混合料拌和質(zhì)量總體較好，但拌和質(zhì)量穩(wěn)定性有待進(jìn)一步提高。

4.4 應(yīng)用效能

①提高項(xiàng)目管理的真實(shí)性。瀝青混合料動(dòng)態(tài)質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均來(lái)自施工過(guò)程中各項(xiàng)質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果及系統(tǒng)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难菟?，?xiàng)目管理者通過(guò)網(wǎng)絡(luò)查看真實(shí)的質(zhì)量檢測(cè)、分析和統(tǒng)計(jì)結(jié)果，為解決問(wèn)題提供可靠、真實(shí)的數(shù)據(jù)，有效避免傳統(tǒng)控制方法中人為、環(huán)境等因素引起的數(shù)據(jù)失真。

②提高項(xiàng)目管理的效率和及時(shí)性。系統(tǒng)數(shù)據(jù)上傳為實(shí)時(shí)上傳，管理者可遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)查看過(guò)程數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了由低效率的事后檢測(cè)向高效率的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的轉(zhuǎn)變。

③提高項(xiàng)目管理決策的針對(duì)性。監(jiān)控系統(tǒng)可以將瀝青路面施工中各個(gè)質(zhì)量數(shù)據(jù)通知項(xiàng)目管理方，對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)報(bào)警并進(jìn)行初步分析，促進(jìn)各方予以重視并解決。達(dá)到事前控制、事中監(jiān)控、事后分析的目的。

5 結(jié)語(yǔ)

本文基于瀝青混合料生產(chǎn)過(guò)程中管控的不足，提出了采用信息化技術(shù)實(shí)時(shí)管控的方案，通過(guò)與試驗(yàn)室數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，確定了信息化手段監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，在此基礎(chǔ)上建立評(píng)價(jià)模型，通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查法確定關(guān)鍵參數(shù)的權(quán)重系統(tǒng)，最終建立瀝青混合料拌和質(zhì)量評(píng)價(jià)體系。得到主要結(jié)論如下：

①瀝青混合料動(dòng)態(tài)質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)評(píng)判級(jí)配、油石比、溫度等指標(biāo)，并能進(jìn)行預(yù)警提示。

②系統(tǒng)監(jiān)控油石比、溫度以及0.075mm、2.36mm和4.75mm關(guān)鍵篩孔通過(guò)率等關(guān)鍵參數(shù)與試驗(yàn)室數(shù)據(jù)基本吻合，在波動(dòng)范圍內(nèi)，能夠證明系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，為質(zhì)量評(píng)價(jià)模型建立提供了數(shù)據(jù)支撐。

③通過(guò)關(guān)鍵參數(shù)權(quán)重確定，建立的瀝青混合料評(píng)價(jià)模型以“優(yōu)、良、中、差”為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，可為瀝青混合料拌和質(zhì)量控制提供參考。