概述

我国高速公路的沥青路面普遍达不到设计使用寿命，一般使用5~8年或3~4年甚至施工完毕至竣工验收期间就出现了早期的损坏，严重影响了行车舒适性和安全性，需要进行大规模的维修，因此造成资金的大量损失，也造成了不良的社会影响。

目前为止，国产及进口拌和机几乎都没有数据采集系统，仅仅通过试验室人员少量的取样试验和对打印数据的事后分析来控制混合料批量生产质量，没有对数据进行实时在线的监测和处理分析，导致现有的沥青混合料生产质量评价系统基本失效。通过对热拌混合料批量生产特性和现有质量评价系统的分析，认为热拌混合料批量生产质量控制主要存在以下问题：(1)检测样本量太小、批量生产代表性取样难度较大且抽提筛分试验复杂繁琐等，使检测结果不具备代表性，难以根据检测数据立刻做出判断并采取措施，从而导致现有单一的抽样检测手段难以对批量生产质量进行有效控制；(2)拌和机操作人员对机械比较熟悉，却对混合料质量控制不甚了解，而试验人员根据规定频率随机取样并进行事后检测，使得混合料生产和质量检测相脱节；(3)热仓料变异性难以避免，且热料取样和筛分相当困难，导致对其级配的检验量远远不够，从而使配合比实时调整缺少基础数据；(4)拌和楼打印数据处理工作量巨大且过于繁琐，难以实时处理，使得数据实时采集不能充分发挥作用中国沥青网sinoasphalt.com。

目前我国公路建设总体质量水平得到了很大的提高，路面施工总体硬件设施比较完备，但是建设的路面还是容易出现早期的病害，沥青路面的施工质量控制和质量保证体系的研究没有引起足够的重视。

《公路沥青路面施工技术规范》，施工质量管理与检查验收中提到：“高速公路、一级公路沥青路面应加强施工过程质量控制，实行动态质量管理”，目前，只是通过规范要求来确定每个施工过程中监控系统采取的控制界限，不能及时有效地将生产数据进行采集分析，没有一套监控系统可靠性检验标准。

基于目前沥青混合料施工过程中存在的这些问题，本文依托某一级公路路面工程，路面结构形式为：4cm细粒式沥青混凝土AC-13C+6cm中粒式沥青混凝土AC-20C。对动态质量监控系统进行深入研究，目的为提高沥青路面施工质量、延长路面使用寿命，为实现沥青路面施工信息化生产管理提供技术支撑。

沥青混合料质量动态监控系统开发简介

沥青混合料质量动态监控系统主要包括拌和站监控和施工现场摊铺碾压监控。沥青混合料动态监控系统实时监控参数：油石比、出料温度、筛孔通过率，集料、沥青和矿粉的用量。这些参数用来评价沥青混合料的稳定性，是拌和楼调整的基础，在施工过程中至关重要，其中沥青用量及关键筛孔的通过率最为重要，因而本次研究中将油石比及关键筛孔的通过率作为沥青路面施工过程动态质量控制的关键指标。沥青路面若要达到规定的压实度，沥青混合料的摊铺温度和压路机的行驶速度必须达到规定的要求，现场摊铺压实的控制指标主要有：混合料摊铺温度，压路机碾压温度、速度。由于沥青混合料拌和站监控关键因素较多，本文中主要就拌和站监控系统一些控制参数做相关介绍。

有互联网状态下监控系统的实现

有网络状态下的系统开发主要是以下面4个子系统来实现，分别是：数据采集软件系统；数据采集硬件系统；数据处理分析系统；网络传输系统。

(1)数据采集软件系统：在沥青拌和楼和现场施工机械上，安装使用VC6.0设计的专用数据采集软件，实时将生产数据采集发送到现有服务器；服务器软件采用B/S模式并基于网络的Web应用程序架构；用户可在办公电脑上打开IE浏览器，在地址栏中输入ID地址，点击登录后，直接进入系统进行查看、分析和下载。

(2)数据采集硬件系统：在沥青混合料拌和楼、摊铺机、压路机等控制系统中，安装数据采集发送的“黑匣子”设备，仅需一次性完成初始化配置，进行数据采集发送；充分利用基于物联网传感技术和现有网络技术，实现数据的无线发送。

(3)数据处理分析系统：其中含有配合比计算及调整系统、实时监测及统计系统、专家辅助决策系统。该部分主要依托于构建数据库及人机交互界面，关键技术是开发核心的数据库分析计算模型，通过编制计算软件，实现对提取数据的实时处理和分析。在此基础上，通过内嵌Excel数-图转化程序，借助人机界面查询系统，根据用户要求显示各种数据图表，从而提高判断效率。

(4)网络传输系统：该部分实现途径在于开发互联网应用程序，主要包括网站建设及服务器调试。该系统采用客户器/服务器结构和浏览器/服务器结构混合模式，以服务器为载体来实现数据的实时远距离传输，使技术人员浏览网页即可随时获取各项数据。

无互联网状态下监控系统的实现

沥青混合料动态监控系统在无网络状况下按照以下的操作办法进行实时监控。无网络状况下数据的上传通过以下途径实现。打开发送数据的软件数据上传软件，对需要发送监控数据时间参数进行设置，进行数据的发送。

沥青混合料质量动态监控系统可靠性检验

通过沥青混合料进行抽提试验结果与拌和站动态质量监控系统检测结果进行对比分析，使得动态质量监控系统能够准确的监控每盘沥青混合料的质量、级配、关键筛孔的通过率。抽提试验能较好地反映沥青混合料拌和站施工质量动态监控系统监控级配是否准确，对各关键筛孔通过率进行对比分析，检查监控系统的有效性。

沥青混合料级配的分形特性

(1)沥青混合料的分形特性。沥青混合料是一种多相复合材料，沥青是多相复合材料中唯一的连续相，其他的集料材料皆为分散相。沥青混合料是具有复杂结构的非均值、多相和多层次的复合体系，其宏观力学行为呈现出不确定性、不规则性、模糊性和非线性性。沥青混合料集料级配具有明显的分形特征，依据沥青混合料级配分形特性及自相似性来检验质量动态监控系统的可靠性。

(2)密级配沥青混合料集料粒径分布的分形模型。对于不同粒径的集料，表征集料特征尺寸的粒径(筛孔径)具有一定的分布特征。大量的研究已经提出集料粒径分布函数的分布模型。

沥青混合料抽提试验

(1)阿加线3标动态监控系统抽提试验一：2013年8月23日，时间为8：50：19，对拌和站进行抽提试验，监控系统分析得出的级配曲线图和级配对比图，抽提试验得到的油石比为5.0%，监控系统得到的油石比为4.84%，监控系统得到的油石比稍微偏低。

通过级配分形理论来评价监控系统得到的混合料级配和抽提试验得到的混合料级配是否一致。通过绘制筛孔尺寸和级配双对数坐标图，由拟合直线的斜率计算得出混合料级配上、中、下限、监控级配、目标级配和抽提试验的混合料的级配分形维数。

可以看出混合料目标级配、监控级配和抽提级配的分形维数在中值级配和下限级配分形维数之间，混合料粗料多、细料少，监控级配的分行维数(2.457)与抽提级配的分形维数(2.453)非常接近，说明试验的两种混合料在矿料级配上是自相似的。从级配图中可以看出，监控级配和抽提级配曲线图与目标级配图有一点差别，目标级配分形维数偏大。从数据可以看出动态质量监控系统能够准确有效的监控沥青混合料的矿料级配，其监控值较为准确。

抽提试验和监控系统得到的混合料级配分形维数非常接近，动态质量监控得到的沥青混合料矿料级配与实际情况一致，在此基础上得到的混合料矿料级配可以准确地监控混合料的实际级配情况。级配分形维数的差值不超过0.03，可以定义0.03作为抽提试验得到的级配分形维数和监控级配分形维数差值的界限，来判定两种级配是否相似。3标中AC-13沥青混合料和其他标段拌和站沥青混合料按同样的方法进行校核，直到满足要求为止。

(2)动态质量监控系统合格沥青混合料生产级配分形维数研究。计算8月24日3标AC-20沥青混合料224组合格级配的分形维数，数值基本在2.44~2.47之间，极差0.03，圈出的部分关键筛孔通过率和油石比满足要求，由于其他筛孔通过率出现一些偏差导致级配分形维数有变化，但整体极差不超过0.03。

各档石料及沥青用量配比评价

就某时段3标AC-13中371盘沥青混合料各档石料及沥青用量情况进行评价。从结果中可以看出，混合料生产过程中各档石料及沥青掺配比例变异性较大，对此进行人工严格控制生产过程，再对289盘沥青混合料监控数据进行分析，混合料中各档石料的掺配比例变异系数明显减小。

由于拌和站存在个体性差异，根据拌和站动态质量监控系统得到的配合比监控数据，对其进行统计分析初步得到该拌和站合理的配比控制上下限。

沥青混合料施工质量动态监控系统质量失稳标准控制

经过调整后并且配合施工质量实时监控的沥青混合料拌和站动态监控系统，其检测的关键筛孔通过率波动范围远小于规范要求的范围，为了更好地减少施工过程中沥青混合料拌和产生的变异性，这里通过对拌和站实时检测的数据进行分析，通过统计学的理论分析其合理的质量控制标准。

统计理论表明，产品质量过程控制正常情况下符合正态分布。正态分布中如果产品质量特征值落在μ±3σ之间的概率为99.73%，落在其之外的概率为100%~99.73%=0.27%。

对3标8月13日~8月30日拌和站AC-13沥青混合料油石比、关键筛孔通过率实时检测的2　900多盘混合料数据进行分析，实时检测数据的散点图，对这些数据进行平均值、标准差、变异系数的计算，计算μ±3σ统计学控制界限数据，与规范上下限进行比较。

通过对3标AC-13沥青混合料的2　946个数据进行分析可以发现，油石比监测数据分析结果统计得到的上下限和规范中要求的基本一致，但是从集料和矿粉的筛孔通过率的数据分析，统计计算得到的上下限比规范要求的上下限要小得多，该标段的拌和楼能较为稳定地控制各档筛的筛孔通过率，所以为提高生产质量，可以依据8月份的经验数据，调整质量动态监控系统的控制上下限，这样能提高混合料生产的稳定性。按调整后的控制标准进行施工，通过日常性能检测数据发现路面施工质量明显改善，施工均匀性较好，无形中延长了路面的使用寿命。

结语

(1)对动态质量监控系统的实现途径进行深入研究，包含有4个子系统来实现施工数据的实时采集、计算处理和传输，并且开发了在无线网络状态下数据采集和分析的操作程序，实现了无网络状态下对施工质量的监控。

(2)沥青混合料集料级配具有明显的分形特征，依据沥青混合料级配分形特性及自相似性来检验质量动态监控系统的可靠性。通过现场对沥青混合料抽提试验对拌和站监控系统的提示数据进行检验，分析比较不同方式得到级配通过率和百分比的分形维数。试验表明动态质量监控系统能较好地反应施工的实际情况，实时为管理者和决策者提供施工质量控制依据。

(3)通过对监控系统一段时间内检测保存的关键筛孔通过率统计、进行分析，发现施工质量进人工严格控制以后，施工质量指标变异系数明显降低，通过统计分析，就施工单位3标拌和站做了施工质量标准新界定，减小施工变异性，保证施工过程按设计要求稳定生产。

(4)手机即时得到沥青拌和站开机生产、生产结束、质量偏差报警的短信通知，在线实时监控查看拌和机的工作状态、施工当天的数据统计和分析。