沥青混合料拌和实时监控及质量评价研究

2022-07-01张银博李耀业

内蒙古公路与运输 2022年3期

张银博，李耀业

（新疆交通建设集团股份有限公司，新疆乌鲁木齐 830016）

1 引言

随着公路建设行业的迅速发展，市场竞争日益加剧，对高速公路项目建设与管理提出了更高的要求[1]。沥青混合料拌和质量对沥青路面使用性能具有重要的影响[2]，在拌和阶段，现行生产质量控制体系多为抽检评估，检测较少，数据滞后，过程控制较弱，质量问题不能及时解决。此外，评价结果较单一，质量评价不具有连贯性，对拌和过程中沥青混合料质量指导作用有待提高。

传统沥青混合料质量管理模式局限性大、效率低，在解决控制动态性强问题方面表现不足，也无法适应新形势下项目管理要求[3]。现有的研究主要集中在原材料的结构模型[4]、沥青混合料的级配设计[5]、路面施工质量控制[6]及病害研究[7]等方面，针对沥青混合料拌和阶段质量控制的研究较少。如何快速准确地收集生产数据并开展质量评价，成为沥青混合料拌和阶段亟须解决的问题。宋胜利等[8]开发了基于压力传感器的远程监控系统，该技术对传感器灵敏度较为严格，且抗干扰能力差。李正中等[9]提出了基于打印数据流的监控系统，但该技术在实际拌和过程中时效性较差。信息化和工程装备智能化的发展为解决上述问题提供了有效技术手段[10]。

在不影响正常拌和解决监控时效性的基础上，开发出一套沥青混合料拌和质量实时监控及评价系统，实现生产过程数据实时采集和判断、生产运行数据智能分析评价、质量分析结果及时反馈和施工过程动态管理，对确保沥青混合料生产质量，提高沥青路面使用性能具有重要意义。

2 沥青混合料拌和质量动态监控系统

2.1 监控系统

沥青混合料拌和站动态质量监控系统是在已有拌和楼质量控制系统的基础上，对拌和站设备终端加装数据采集仪，将每盘采集的质量数据及时上传至信息平台，由服务器远程监控场（站）拌和站设备工作的稳定性。该系统的建立，实现了对沥青混合料拌和站生产的矿料级配、油石比、拌和站温度和施工生产总量等关键质量数据准确采集并进行实时传输，系统具备数据运算分析、评定判断和智能预警的功能，可与日常试验室检测形成联动，快速纠偏。

2.2 监控设备

拌和站设备终端加装数据采集仪为工控机，集成数据采集、通讯等单元模块。工作流程为：共享拌和站数据库原始数据；产生数据时，采集单元从数据库中按照固定格式获取原始数据；通讯单元将采集到的原始数据实时传输到服务器；服务器按照计算模型处理、分析、评判数据的合理性，通过预警系统分级报警，实现实时提醒；最终在web端通过图表进行直观展示。

2.3 系统功能

沥青混合料拌和站动态质量监控系统主要由配比管理、生产数据联网、超标预警和闭合等模块组成，自动采集每盘拌和温度、拌和时间、各档材料用量、沥青用量等。包括查询功能和数据报警功能。

2.3.1 查询功能

沥青混合料监控系统对沥青混合料拌合楼计量的数据进行采集后上传至服务器，并根据工程实际需要进行汇总、分析，提供与混合料质量相关的各项数据信息，管理方能够方便、快捷、真实地查询相关数据信息，提高项目的管理效益。

①查看生产状态。

实时查询沥青混合料拌合楼工作状态，以图表的形式反映当前数据，并及时更新。管理人员每天实时查看，可了解沥青混合料拌和楼是否正在运转，每天运转状况等，同时可起到督促并协助解决施工中遇到的阻工、设备故障等影响质量和进度的事件。

②质量情况。

通过系统可以查询任意时间段内混合料级配、温度、油石比、产量等，方便管理人员对混合料质量进行控制。

③总量校核。

监控系统的总量校核方式有逐盘校核和总量校核。逐盘校核是对每一盘采集到的各原材料质量进行校核；总量校核是对选定时间段范围内所使用的各原材料质量、混合料总质量进行汇总。

2.3.2 数据报警功能

针对关键材料用量、关键筛孔通过率、油石比以及温度、搅拌时间等质量控制要素进行超标判断和预警推送，通过数据报警，可实现以下三方面功能，从而有效地对混合料质量进行控制。

①原材用量控制。

通过数据监控，针对集料、沥青、矿粉等原材料超出或低于设定参数范围的数据进行报警，项目管理人员根据报警数据对拌和站原材料使用情况进行管控。

②混合料质量变异监控。

拌和站质量监控系统，可以解决拌和楼由于其自身控制系统的缺陷造成混合料的沥青用量、级配变异等问题，并能有效解决试验频率不够、取样代表性不强以及试验周期长等问题。

③混合料变异趋势控制。

沥青混合料动态质量监控系统对各原材料、混合料数据进行采集分析，生成波动曲线图和统计表格，逐盘分析沥青混合料拌和过程中的合成级配波动和各挡材料用量偏差。同时通过生成波动曲线图对比不同日期全线图的变化，能够分析各参数的变化趋势。

3 试验数据分析

动态质量监控系统主要通过实时采集集料、沥青、矿粉重量和拌和温度，分析评判沥青混合料级配、油石比、温度来控制质量。依托某高速公路下面层AC-25C沥青路面施工，以工地试验室现场检测和抽提试验数据为依据，分析系统采集数据的准确性和精度，为沥青混合料质量评价模型建立提供数据支持。拌和站为意大利生产的玛连尼4000型，如图1所示，系统平台如图2所示。

图1 玛连尼4000型拌和楼

图2 动态质量监控系统

3.1 级配、油石比对比

系统通过监控拌和站生产配合比实现数据的设定和改动，使用改动后的数据模拟拌和站实际生产过程，同时对模拟生产结果进行分析，绘制按照新配合比生产的级配曲线。选择系统获取油石比以及0.075mm、2.36mm和4.75mm关键筛孔通过率进行稳定性分析，结果如图3～图6所示。

图3 系统监控油石比波动图

针对沥青混合料生产级配，通过连续3 天拌和站取样进行抽提试验与系统对应日期采集获得生产数据对比，结果如图7 所示。同时，抽提试验得到油石比如图8所示。

图4 系统监控0.075mm筛孔波动图

图5 系统监控2.36mm筛孔波动图

图6 系统监控4.75mm筛孔波动图

图7 系统采集级配与抽提试验数据关系图

图8 系统采集油石比与试验数据曲线

由图3～图6可知，系统监控油石比以及0.075mm、2.36mm 和4.75mm 关键筛孔通过率监控数据整体较稳定，除0.075mm 筛孔通过率整体稍大于级配中值外，油石比以及2.36mm 筛孔和4.75mm 筛孔通过率均值围绕级配中值上下波动，满足规范要求。由图7、图8 可知，油石比、级配监控数据与室内抽提试验数据基本吻合，系统监测油石比波动范围较小。因此，动态质量监控系统采集的生产数据表现出较好的准确性，可以反映拌和阶段沥青混合料关键参数的情况。

3.2 温度对比

为判断系统监测沥青混合料出场温度准确性，采用插入式温度计对现场每车最后一锅沥青混合料进行温度测量，图9 为现场采集混合料温度，系统监测温度与现场采集温度关系如图10所示。

图9 沥青混合料现场温度采集

图10 系统采集温度与现场采集温度曲线图

由图10 可知，由采用插入式温度计测量每车最后一锅沥青混合料的温度浮动可知，玛连尼拌和站性能较为稳定，系统监测温度与现场采集温度基本一致，能够反映实际拌和温度。

4 质量评价模型建立

4.1 指标选取及模型建立

拌合站监控系统质量评价模型是基于拌合站监控系统能直接监控的指标，对沥青混合料质量控制指标筛选，选择油石比、温度以及0.075mm、2.36mm和4.75mm关键筛孔通过率进行研究。沥青混合料生产质量评价指数（BQI）是描述沥青混合料质量状况的具体指标，计算公式见式（1）。

根据BQI的计算结果，对沥青混合料质量设定“优、良、中、差”四个档次作为评价标准，见表1。

表1 拌和质量评价标准

4.2 关键参数权重确定

本文采用问卷调查法确定油石比、温度以及0.075mm、2.36mm和4.75mm关键筛孔通过率等关键参数的权重，问卷对象主要为建设单位、设计单位、监理单位和施工单位及科研院所。关键参数权重值汇总见表2。

表2 关键参数权重汇总值

4.3 质量评价

根据确定的关键参数权重指标，结合评价指标计算公式，建立评价计算模型见式（2）。

为了确定沥青混合料质量控制关键参数，针对某高速公路一天生产的沥青混合料超出质量管控范围情况，按式（2）计算评价指标并进行质量评定，结果得分为：[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，质量评定结果为良。计算结果表明，该沥青混合料拌和质量总体较好，但拌和质量稳定性有待进一步提高。