瀝青路面工程質(zhì)量變異性控制管理系統(tǒng)研究

1、西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目“瀝青路面工程質(zhì)量變異性控制管理系統(tǒng)的研究” 研究報(bào)告簡本瀝青路面工程質(zhì)量變異性控制管理系統(tǒng)研究報(bào)告簡本1 概述現(xiàn)狀1998年以滬滬寧、鐵四等等為代表的新新建高速公路路，在通車后后短期內(nèi)發(fā)生的局局部早期損壞壞，引起了普普遍的關(guān)注，并并進(jìn)行了多方方面的努力?！皯?yīng)該看到，在在采取措施后后，許多地方方的水損害得得到了有效的的遏制。然而而，由于瀝青青混合料的離離析及不均勻勻問題并沒有有得到根本的的解決，水損損害問題仍然然沒有得到徹徹底的解決。” 2001年沈金安的文章接著指出“瀝青混合料的離析不僅是造成路面早期損壞的根本原因，即使暫時沒有損壞，對瀝青混合料的使用性能也有嚴(yán)重的影響。

2、” “離析是混合料粗細(xì)集料和瀝青含量的不均勻，偏離了設(shè)計(jì)級配，從而使配合比設(shè)計(jì)成為一種擺設(shè)，等于瀝青路面的質(zhì)量完全失控了。”2005年6月月8月，課課題組分別對對遼寧沈山、鐵鐵四兩條公路路瀝青加鋪層層大修工程進(jìn)進(jìn)行了實(shí)測；又查閱了22002年449月結(jié)合合上海市科技技發(fā)展基金重重點(diǎn)項(xiàng)目分題題“重交通道路路瀝青面層混混合料組成與與施工變異性性研究”中上海浦東東高速公路的的測定數(shù)據(jù)。由由于這兩地的的高速公路建建設(shè)水平有一一定的代表性性，可以確認(rèn)認(rèn)：瀝青混合合料“離析及不均均勻問題并沒沒有得到根本本的解決”的論斷依然然存在。分析原因之前，有有兩點(diǎn)需要界界定。（1）這次HMMA變異性的的研究熱，起起因

3、在于早期期損壞，而并并非出自推行行瀝青路面可可靠性設(shè)計(jì)；因此，研究究內(nèi)容偏重于于HMA組成成結(jié)構(gòu)的均勻勻性。但是組組成結(jié)構(gòu)的變變異性恰恰是是路面可靠性性的一個關(guān)鍵鍵所在，因而而有利于推進(jìn)進(jìn)20世紀(jì)880年代以來來，因變異過過大，路面結(jié)結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)設(shè)計(jì)暫緩的現(xiàn)現(xiàn)實(shí)。（2）離析還是是專指組成的的不均勻?yàn)楹煤?，即混合料料粗?xì)集料和和瀝青含量的的不均勻。原因分析為什么“離析及及不均勻問題題并沒有得到到根本的解決決”，可以從不不同的角度與與層面分析，從從技術(shù)層面的的主要原因：（1）按使用性性能原則設(shè)計(jì)計(jì)的瀝青混合合料沒有工藝藝特性指標(biāo)的的約束HMA沒有一個個像水泥混凝凝土坍落度那那樣的工藝指指標(biāo)；為了與

4、與現(xiàn)場工藝條條件協(xié)調(diào)，配配合比必然要要有一個不斷斷調(diào)試的階段段，甚至于歷歷經(jīng)失敗到成成功。（2）監(jiān)控不力力離析問題沒能根根本解決與監(jiān)監(jiān)控不力密切切相關(guān)，因?yàn)闉楝F(xiàn)行的檢測測抽樣存在隨隨意性。規(guī)范范條文指出“鉆孔測試壓壓實(shí)度都是事事后檢查，且且報(bào)告弄虛作作假”，所以需要要以定量統(tǒng)計(jì)計(jì)的面控為基基礎(chǔ)，針對薄薄弱部位實(shí)現(xiàn)現(xiàn)確定性的定定點(diǎn)檢測，才才能把住關(guān)并并發(fā)現(xiàn)問題。但但是，并沒有有路段變異分分布的數(shù)據(jù)。（3）缺乏總體體協(xié)調(diào)平衡通過大量包括原原材料規(guī)格質(zhì)質(zhì)量的工藝對對策研究，在在解決問題方方面，已經(jīng)積積累有許多方方法和經(jīng)驗(yàn)，但但是總體來說說方法往往比比較孤立，經(jīng)經(jīng)驗(yàn)還是具有有局限性。例例如JTG F4

5、0-22004，就就瀝青路面的的壓實(shí)，改變變?yōu)椤安扇≈攸c(diǎn)對對碾壓工藝進(jìn)進(jìn)行過程控制制，適度鉆孔孔抽檢壓實(shí)度度的方法”，雖然條文文對碾壓工藝藝規(guī)定詳細(xì)，但但即使局限于于碾壓，也缺缺乏一個能針針對不同現(xiàn)場場實(shí)際情況進(jìn)進(jìn)行協(xié)調(diào)的、定定量的、可操操作的過程控控制方法。指導(dǎo)思想從歷史的角度而而言，新形勢勢、新問題需需要新理念、新新方法。高速交通對路面面抗滑、抗轍轍、防噪音等等功能的要求求，自20世世紀(jì)60年代代起以專題命命名的國際會會議，無論名名稱、內(nèi)容與與數(shù)量，不斷斷擴(kuò)大；但是是，直到19993年具有有權(quán)威性的瀝瀝青路面國際際會議（第七七屆）才第一一次涉及路面面表面功能，大大會就路面使使用性能包括括結(jié)

6、構(gòu)性與功功能性兩類作作為專題報(bào)告告。究其原因因就在于兩種種使用性能所所存在的相互互矛盾。例如如抗滑所要求求的構(gòu)造深度度、防噪聲所所需的多孔結(jié)結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度、穩(wěn)穩(wěn)定性間的矛矛盾，攤鋪后后、碾壓前的的平整度最佳佳等等。許多多研究已經(jīng)表表明19988年大面積水水損害的出現(xiàn)現(xiàn)，恰恰在于于片面強(qiáng)調(diào)了了抗滑、平整整度等功能要要求，而新頒頒布的JTJJ 032-94對級配配又提供了一一個較寬而又又能偏粗的允允許范圍。所所設(shè)計(jì)的HMMA，雖然結(jié)結(jié)構(gòu)性使用性性能與抗滑滿滿足試驗(yàn)要求求，殊不知其其級配離析特特性與壓實(shí)性性能已經(jīng)發(fā)生生了變化。歷史經(jīng)驗(yàn)表明，路路面工程是一一個多因素相相互矛盾而又又統(tǒng)一的動態(tài)態(tài)變化的集合合

7、體，因此需需要以信息論論、系統(tǒng)論、控控制論為指導(dǎo)導(dǎo)思想，以實(shí)實(shí)現(xiàn)工程質(zhì)量量變異的控制制。為此：第一，實(shí)施變異異的控制首先先要分析清楚楚變異的來源源與分布。歸納研究動態(tài)，當(dāng)當(dāng)前離析與不不均勻的研究究偏重于包括括原材料規(guī)格格質(zhì)量的施工工工藝，這反反映出變異來來源于施工過過程的認(rèn)識。這這有它對的一一面，因?yàn)闉r瀝青混合料隨隨工藝過程而而變化（見圖圖1-1）：但有其局限限性。HMAA作為具有一一定粘性的散散粒體，離析析是其固有的的特性。19998年出現(xiàn)現(xiàn)的大面積水水損害足以證證明：單純按按使用性能、沒沒有工藝指標(biāo)標(biāo)約束所設(shè)計(jì)計(jì)出來的HMMA組成，就就是瀝青路面面變異的另一一個重要來源源。圖1-1 瀝青青

8、混合料隨工工藝過程的變變化對于變異的分布布，嚴(yán)格來說說是缺乏研究究，因?yàn)樗鶞y測定的級配曲曲線各粒級的的偏差，并不不是瀝青路面面變異的分布布。所要控制制的工程質(zhì)量量是以路段為為單元的，路路段各點(diǎn)HMMA組成結(jié)構(gòu)構(gòu)變異的分布布。定量統(tǒng)計(jì)計(jì)路段變異分分布的重要意意義在于它不不僅是由面檢檢到點(diǎn)檢的基基礎(chǔ)；而且是是找準(zhǔn)原因，從從而落實(shí)對策策針對性的基基礎(chǔ)。第二，控制是以以信息為基礎(chǔ)礎(chǔ)的反饋。以路段工程質(zhì)量量變異性控制制為目的的反反饋需要宏觀觀與細(xì)觀兩類類信息。宏觀觀的信息是路路段各點(diǎn)質(zhì)量量的動態(tài)變化化。以什么為為指標(biāo)！密度度、構(gòu)造深度度還是力學(xué)指指標(biāo)？為了分分析原因還需需要的內(nèi)部指指標(biāo)傳統(tǒng)用抽抽提試驗(yàn)和

9、密密度，然而無無法及時反饋饋，因?yàn)榇降綔y定出來，工工程已經(jīng)進(jìn)行行到數(shù)百米之之外。由于反反饋控制的基基礎(chǔ)是客觀規(guī)規(guī)律，而客觀觀規(guī)律又是以以信息的采集集與分析為基基礎(chǔ)，所以課課題組最大的的工作量在信信息的采集與與分析。進(jìn)程課題研究以上述述3個關(guān)鍵技技術(shù)為重點(diǎn)。22005年首首先就沈山、鐵鐵四兩條高速速公路瀝青面面層大中修為為依托工程進(jìn)進(jìn)行了現(xiàn)場測測定、研究；為深入分析析較為全面而而系統(tǒng)的現(xiàn)場場數(shù)據(jù)，20006-20007年集中中開展了以離離析評價(jià)體系系與組成結(jié)構(gòu)構(gòu)細(xì)觀分析為為中心的基礎(chǔ)礎(chǔ)研究；直到到2007年年秋，基于兩兩個基礎(chǔ)研究究的突破，才才有可能重點(diǎn)點(diǎn)進(jìn)行整合性性的研究，從從而實(shí)現(xiàn)了合合同

10、規(guī)定的研研究目的。課題組在宏觀信信息方面采用用力學(xué)指標(biāo)，不不僅在于其包包容性、無破破損，更因?yàn)闉榭梢耘c工藝藝過程控制相相結(jié)合，這是是由于在振動動壓路機(jī)上的的加速度動力力響應(yīng)測定裝裝置所采集的的信息是一個個動態(tài)的、工工藝全過程的的信息。因?yàn)闉槟雺旱某跏际紶顟B(tài)沉淀了了碾壓前各工工藝過程的信信息。所以它它的意義可以以超越智能壓壓路機(jī)所定的的目標(biāo)，關(guān)鍵鍵在于信息分分析技術(shù)。數(shù)字圖像法用于于芯樣的分析析已有不少研研究，仍有技技術(shù)創(chuàng)新的空空間，但更缺缺乏的是整合合研究。與抽抽提試驗(yàn)等傳傳統(tǒng)方法相比比，優(yōu)勢不僅僅在快，而且且有利于內(nèi)部部結(jié)構(gòu)分析；課題采用了了與傳統(tǒng)方法法相結(jié)合的技技術(shù)路線。級配離析評價(jià)體體系

11、的建立，并并作為一個信信息，融合于于反饋控制，也也使動態(tài)反饋饋控制不再停停留在施工過過程控制范疇疇。配套技術(shù)合同規(guī)定“研究究的目的在于于對高速公路路瀝青路面工工程，提出一一套具有過程程監(jiān)控與信息息反饋控制特特色的、能控控制工程質(zhì)量量變異性的控控制配套技術(shù)術(shù)”。課題研究究提出的技術(shù)術(shù)成果，包括括信息采集與與分析技術(shù)和和控制技術(shù)兩兩個方面:（1）信息采集集與分析技術(shù)術(shù)包括：以料堆法空間間分布均方差差為指標(biāo)評價(jià)價(jià)HMA的離離析特性；以加速度動力力響應(yīng)為指標(biāo)標(biāo)評價(jià)碾壓過過程HMA組組成結(jié)構(gòu)狀態(tài)態(tài)的變化；以孔洞分布為為指標(biāo)評價(jià)HHMA空隙結(jié)結(jié)構(gòu)的分布狀狀態(tài)；以紅外攝像的的溫度場分布布為指標(biāo)評價(jià)價(jià)工藝過程

12、溫溫度分布狀態(tài)態(tài)的動態(tài)變化化；以激光構(gòu)造深深度比為指標(biāo)標(biāo)評價(jià)竣工后后路面現(xiàn)場的的不均勻性；以數(shù)字圖像法法的D2與A2、與為指標(biāo)評評價(jià)HMA的的內(nèi)部組成結(jié)結(jié)構(gòu)。（2）控制技術(shù)術(shù)包括：從材料設(shè)計(jì)層層面對級配離離析的控制；控制級配微分分布的方法與與標(biāo)準(zhǔn)；瀝青層路段碾碾壓的過程控控制；在面控的基礎(chǔ)礎(chǔ)上實(shí)施選點(diǎn)點(diǎn)檢測；基于紅外攝像像法路段溫度度場的檢測，進(jìn)進(jìn)行場的控制制；基于宏觀與細(xì)細(xì)觀信息調(diào)整整系統(tǒng)控制。需要說明：所所建的配套技技術(shù)是對已有有的補(bǔ)充與發(fā)發(fā)展，而不是是取代。配套技術(shù)可可不同的組合合以針對不同同的情況。簡簡本以對規(guī)范范的“支持”與“補(bǔ)充”為重點(diǎn)。對規(guī)范的支持與與補(bǔ)充規(guī)范JTG FF40-2

13、0004的兩點(diǎn)點(diǎn)認(rèn)識在JTG F440-20004中，修訂訂的內(nèi)容共112條，與HHMA組成結(jié)結(jié)構(gòu)性相關(guān)的的占7條，修修訂有兩點(diǎn)認(rèn)認(rèn)識在條文說說明中得到了了明確：針對當(dāng)前國內(nèi)外外莫不以“按使用性能能設(shè)計(jì)HMAA”為指導(dǎo)思想想，條文說明明5.3.11指出“一個好的設(shè)設(shè)計(jì)應(yīng)該是具具有良好的使使用性能，施施工操作性好好及變異性小小、容易壓實(shí)實(shí)”。針對早期損壞，條文說明11.4.7指出“瀝青路面成敗與否，壓實(shí)是最重要的工序。許多高速公路瀝青路面發(fā)生早期損壞，大多數(shù)都與壓實(shí)不足有關(guān)，因此壓實(shí)度的評定至關(guān)重要”。據(jù)此，條文“最最大的修改”是：要求“瀝青路面的的壓實(shí)度，采采取重點(diǎn)對碾碾壓工藝進(jìn)行行過程控制，

14、并并適度鉆孔抽抽檢壓實(shí)度的的方法”。上述兩點(diǎn)認(rèn)識對對于HMA組組成結(jié)構(gòu)變異異是要害；改改進(jìn)措施基于于發(fā)現(xiàn)了原有有方法的問題題，修訂有理理，會有一定定效果，但未未必能解決問問題。項(xiàng)目合同規(guī)定“提出一套具具有過程監(jiān)控控與信息反饋饋控制特色的的、能控制工工程質(zhì)量變異異性的控制配配套技術(shù)”，并明確以以是否實(shí)現(xiàn)對對規(guī)范的“支持”與“補(bǔ)充”作為檢驗(yàn)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，而兩點(diǎn)點(diǎn)認(rèn)識指明了了重點(diǎn)。從設(shè)計(jì)層面實(shí)現(xiàn)現(xiàn)對HMA級級配離析的控控制必要性1996-19998年隨著著滬寧高速的的陸續(xù)通車，水水損害不斷；為什么經(jīng)過過了使用性能能多指標(biāo)試驗(yàn)驗(yàn)研究的多碎碎石瀝青混合合料（SACC）出現(xiàn)水損損害是有爭論論的?，F(xiàn)在分分析反映出

15、級級配離析問題題的根據(jù)，不不僅僅在當(dāng)年年實(shí)測空隙率率、級配變異異，而是用級級配離析研究究所得出的回回歸公式，對對SAC滬寧寧高速建議值值（19955年）與SAAC修訂完善善后的建議值值（20011年），計(jì)算算、分析的結(jié)結(jié)果由表2-1，表2-2，修訂后后SAC的離離析特性以均均方差為指標(biāo)標(biāo)，約減少了了一半。料堆法的選擇早在1997年年NAPA就就指出“合適的混合合料設(shè)計(jì)對消消除離析是重重要的”。為什么沒沒有提出設(shè)計(jì)計(jì)HMA要兼兼顧使用性能能與工藝特性性？原因就在在于缺乏HMMA工藝特性性的評價(jià)指標(biāo)標(biāo)與方法。文文獻(xiàn)表明化工工、制藥以及及采礦等行業(yè)業(yè)都有各自不不同的散體離離析評價(jià)，但但是HMA是是具

16、有一定粘粘性的散粒體體。沒有搜索索到這種非理理想散粒體離離析特性的研研究報(bào)告。選擇料堆法有多多種原因，最最重要的啟發(fā)發(fā)在自組織臨臨界性理論（SSOC），它它始于物理學(xué)學(xué)領(lǐng)域利用沙沙堆模型研究究顆粒物質(zhì)有有關(guān)運(yùn)動基礎(chǔ)礎(chǔ)上，由美國國理論物理所所1987年年提出。這是是為解釋無序序的、非線性性復(fù)雜系統(tǒng)的的行為特征提提出的新概念念，是控制大大量廣延耗散散動力系統(tǒng)的的普遍原則，已已成為現(xiàn)代非非平衡態(tài)統(tǒng)計(jì)計(jì)物理學(xué)最基基本的概念之之一。表2-1 SAAC-16級級配設(shè)計(jì)的發(fā)發(fā)展一覽表項(xiàng)目Pi：通過下列列篩孔（mmm）的質(zhì)量（%）191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075滬寧

17、高速試驗(yàn)路（1993）100976549.537.52820.5149.56滬寧高速建議值（1995）9510070905070305022371628122381861348修訂完善的建議議值（20001）100901007590557030502237162812231017815610現(xiàn)場檢測（1999）范圍98.510092.29580.183.661.964.933.938.424.12817.221.914.817.29.713.88.7127.39.0均值99.494.082.163.536.226.419.315.711.810.48.2變異系數(shù)0.811.111.511.65

18、4.744.198.775.0912.512.16.14表2-2 離析析評價(jià)的方法法計(jì)算滬寧高高速不同時期期的離析特性性 指指標(biāo)時期粗粒級/中粒級級細(xì)粒級含量（%）集料離析特性N=(P19P13.22)/(P133.2P2.366)(P2.36P0.3) / (P199P0.3)早期0.92300.4（P113.2=770）27%70800.47100.4（P113.2=880）0.19000.4（P113.2=990）5060修訂后0.30900.416%3040圖2-1 級配配混合料離析析試驗(yàn)（料堆堆法）正因?yàn)榧壟潆x析析是散粒體的的固有屬性，為為評價(jià)這一特特性就需要在在簡化受力的的同時創(chuàng)造

19、一一個最小約束束的條件，充分發(fā)揮自自組織特性，用料堆空間間分布的變異異，表征散粒粒體這一固有有屬性；從而而提高了指標(biāo)標(biāo)的靈敏度與與重現(xiàn)性。試試驗(yàn)?zāi)Ｐ腿鐖D圖2-1。操作方法見指南南的附錄?；诮y(tǒng)計(jì)物理理學(xué)的計(jì)算公公式如下： （11）式中：S2離析方差；NR料堆試試驗(yàn)分區(qū)個數(shù)數(shù)，如果本試試驗(yàn)中只選取取“前”、“頂”、“后”、“左”、“右”五個分區(qū)作作為衡量標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)，則NR=5；n為集料組組分個數(shù)，即即篩孔尺寸個個數(shù)；pi為第ii個篩孔尺寸寸下的標(biāo)準(zhǔn)百百分比含量（未未離析的），%；pij為第第i個篩孔尺尺寸的集料，在在第j個分區(qū)區(qū)內(nèi)的百分比比含量（離析析后的），%。三層次評價(jià)體系系為評價(jià)HMA級級配

20、離析一方方面服務(wù)于路路面工程，另另一方面指導(dǎo)導(dǎo)集料的生產(chǎn)產(chǎn)與冷料的供供應(yīng)，有必要要建立反映歷歷經(jīng)集料瀝青混合料料現(xiàn)場施工傳傳遞、設(shè)計(jì)配比發(fā)發(fā)生變異的評評價(jià)體系。集料級配離析的的評價(jià)改用滑滑板法（圖22-2），因因集料無粘性性，在按料堆堆法前、后、中中、左、右55個分區(qū)取樣樣時容易出現(xiàn)現(xiàn)滑落崩塌的的干擾；并經(jīng)經(jīng)比較試驗(yàn)，滑滑板法與料堆堆法總體規(guī)律律一致。圖2-2 滑板板法的試驗(yàn)設(shè)設(shè)備瀝青路面離析評評價(jià)體系以NNCAT為基基礎(chǔ)（表2-3），對依依托工程各段段按級配的變變異分為輕度度、中度、重重度三類，并并分別給出了了各段不同程程度的均方差差（表2-44）。表2-3 NCCAT離析評評價(jià)指標(biāo)及其其容

21、許變化范范圍檢測指標(biāo)輕度離析中度離析重度離析級配變化一個篩孔5%兩個篩孔100%四個篩孔155%瀝青含量變化0.3%0.75%0.75%11.3%1.3%空隙率變化2.5%4.5%4.5%6.5%6.5%表2-4 不同同路段、不同同級配均方差差的統(tǒng)計(jì)路段類型離析程度最大值最小值均值標(biāo)準(zhǔn)差變異系數(shù)A段SMA-16輕6.374.775.670.6220.110中10.2410.2410.240.0000.000重總體10.244.776.431.9460.303AC-20輕7.575.446.650.8820.133中9.516.567.831.0860.139重17.1912.3914.793.

22、3990.230總體17.195.448.673.3670.389B段（一）AC-16輕9.586.048.392.0340.242中12.067.289.581.8260.191重總體12.066.049.141.8630.204（二）AC16輕11.006.348.431.8540.220中13.368.3211.182.5930.232重14.8813.7114.300.8260.058總體14.886.3410.432.9740.285（總）AC-16輕11.006.048.411.7740.211中13.367.2810.182.1240.209重14.8813.7114.300.8

23、260.058總體14.886.049.852.5590.260即使用最簡單的的方法，也反反映出三層次次相互緊密的的聯(lián)系： 式中：Sp為瀝瀝青路面現(xiàn)場場取樣的均方差；Sa為料堆法HHMA級配離離析的均方差；Sg為料堆法集集料級配的均均方差；為相應(yīng)的換換算系數(shù)。表2-5 三層層次評價(jià)體系系相關(guān)要素一一覽表級配類型SgSakgSpka輕度離析中度離析重度離析輕度離析中度離析重度離析AC-206021.60.3574.8-7.557.5-11.011.00.2-0.3340.34-0.50.5SMA-16256.60.2644.2-6.00(6.0-9.0)(9.0)0.6-0.99(0.9-1.4

24、)(1.4)相對頻數(shù)16 13.2 9.5 相對頻數(shù)16 13.2 9.5 （1）相對頻數(shù)相對頻數(shù)16 4.75 0.616 4.75 0.6（1）相對頻數(shù)4.75 2.36 1.18相對頻數(shù)4.75 2.36 1.18（2）相對頻數(shù)相對頻數(shù)13.2 4.75 1.1813.2 4.75 1.18（2）相對頻數(shù)相對頻數(shù)9.5 4.75 2.36相對頻數(shù)相對頻數(shù)9.5 4.75 2.36（3）4.75 1.18 0.64.75 1.18 0.6（3）圖2-3 相鄰鄰三檔集料干干擾情況圖2-4 非相相鄰三檔集料料干擾情況表2-5所給出出的數(shù)據(jù)，SSp取自依托工工程路面現(xiàn)場場，故有一個個波動范圍。S

25、a 與Sg來自試驗(yàn)測定；取兩種級配類型，AC-20與SMA-16，分別采用料堆法與滑板法進(jìn)行符合規(guī)范建議值范圍內(nèi)的無瀝青與有瀝青時的混合料的級配離析試驗(yàn)，包括上限、中值、下限、走向、走向共5種級配；對于Sa，每種級配按料堆前、中、后、左、右5個分區(qū)取樣抽提試驗(yàn)，與各自的初始級配相比，經(jīng)計(jì)算共得25個均方差，表2-5的Sa為總平均；對于Sg按滑板法的6個分區(qū)篩分，與各自的初始級配比較，經(jīng)計(jì)算得6個均方差，表2-5的Sg為總平均。初步結(jié)論HMA級配是一一個復(fù)雜性問問題，隨著條條件而千變?nèi)f萬化，因此重重要在于建立立一個能反映映其自身特性性的評價(jià)體系系，按自組織織原則建立起起來的HMAA級配離析評評價(jià)

26、方法，從從現(xiàn)有試驗(yàn)范范圍來看，有有良好的敏感感性、重現(xiàn)性性、規(guī)律性；即便試驗(yàn)的的工作量不小小，從全局而而言仍屬小樣樣本，但畢竟竟提供了一個個從無到有的的良好開端和和擴(kuò)大應(yīng)用改改進(jìn)完善的工工作基礎(chǔ)。（1）抗離析級級配的基本原原則： = 1 * GB3 相鄰多粒級的的無粘性集料料，其離析程程度遠(yuǎn)小于非非相鄰粒級的的集料（圖22-3，圖22-4）。 = 2 * GB3 由于粘性的存存在細(xì)粒級在在HMA基本本上不離析，而而在無粘性的的集料混合料料則離析顯著著。因此，提提高HMA的粘性性，有利于提提高粗級配的的抗離析特性性（圖2-55）。（1）集料級配配混合料 （2）瀝青混混合料圖2-5 ACC-20規(guī)

27、范范中值為設(shè)計(jì)計(jì)級配經(jīng)料堆堆法空間5個個區(qū)的分布 = 3 * GB3 HMA抗離析析級配設(shè)計(jì)的的基本原則與與連續(xù)級配原原則的干涉填充理論不不同，宜“以中粒級為為主，控制粗粗粒級與細(xì)粒粒級的用量”。由圖2-66，細(xì)觀分析析證明，已經(jīng)經(jīng)是骨架-密密實(shí)型的，要要注意提高cc值；已經(jīng)是是懸浮-密實(shí)實(shí)型的要注意意提高值；即粗細(xì)細(xì)要協(xié)調(diào)。圖2-6 不同同粗集料微分分布條件下AA2、D2值與抗剪性性能 2）驗(yàn)證與檢驗(yàn)驗(yàn)采用SAC作作為驗(yàn)證的數(shù)數(shù)據(jù)，如表22-2。 = 2 * GB3 對SMA-116型HMAA的檢驗(yàn)表明明，以均方差差為指標(biāo)的級級配離析小于于AC型，但但對空隙率的的敏感性甚為為顯著，必須須分類

28、提出離離析標(biāo)準(zhǔn)。 = 3 * GB3 用離析試驗(yàn)（包包括離析程度度以及不同離離析程度下取取樣的使用性性能測定）表表明對AC-20型HMMA而言，可可分為三種情情況：因粘性性的存在一般般級配離析并并不嚴(yán)重，但但在證明確實(shí)實(shí)存在抗離析析的級配同時時，也發(fā)現(xiàn)了了當(dāng)粗、中、細(xì)細(xì)三檔粒級不不協(xié)調(diào)時出現(xiàn)現(xiàn)了突變。目目前發(fā)現(xiàn)的突突變與級配曲曲線走向有關(guān)關(guān)，這說明現(xiàn)現(xiàn)行的級配建建議值范圍的的提法并不合合理，它沒能能排除突變類類。 = 4 * GB3 增加瀝青混合合料拌合廠的的熱倉，與調(diào)整熱倉粒粒級配置，既既提高了微分分布的精度，也也用以適應(yīng)按按“以中粒級為為主，控制粗粗粒級與細(xì)粒粒級用量”原則設(shè)計(jì)配配合比后，

29、微微分布的變動動。 = 5 * GB3 NAPA19997年對于于斷級配、SS型混合料離離析特性過于于否定，但國國內(nèi)有些對于于S型也過分分肯定，要害害在于一定條條件下的綜合合協(xié)調(diào)平衡。因因此一個合理理的評價(jià)級配配離析試驗(yàn)方方法十分重要要。3）應(yīng)用在為實(shí)現(xiàn)按使用用性能與工藝藝特性統(tǒng)一的的原則設(shè)計(jì)HHMA，當(dāng)前前可用離析評評價(jià)體系、方方法、指標(biāo)，檢檢驗(yàn)已有的HHMA設(shè)計(jì)方方案。在面控的基礎(chǔ)上上實(shí)施選點(diǎn)檢檢測概況眾所周知，監(jiān)控控不力的關(guān)鍵鍵在于現(xiàn)行抽抽樣檢測選點(diǎn)點(diǎn)時的隨意性性。理想的方方式是基于面面控的選點(diǎn)檢檢測，對此較較有前景的有有如下三類；各有不同的的優(yōu)缺點(diǎn)，正正處于不斷改改進(jìn)之中。寄予厚望的核

30、核子密度儀，因因測定結(jié)果與與成分相關(guān)，而而成分分布是是不均勻的，有有可能被當(dāng)前前試用的無核核密度儀所代代替，但需要要多次測定方方可連續(xù)成網(wǎng)網(wǎng)供選點(diǎn)之用用。 = 2 * GB3 通過構(gòu)造深度度比，無論是是激光法、數(shù)數(shù)字圖像法，是是當(dāng)前國內(nèi)外外的一個熱點(diǎn)點(diǎn)；本課題結(jié)結(jié)合國情給出出了均勻區(qū)域域構(gòu)造深度的的預(yù)估模型，分分類標(biāo)準(zhǔn)有所所改進(jìn)。 = 3 * GB3 連續(xù)檢測法的的優(yōu)勢在于：將傳感器裝裝在壓路機(jī)上上，為檢測選選點(diǎn)所提供的的連續(xù)測定數(shù)數(shù)據(jù)也就是碾碾壓過程的信信息。碾壓難難以獲得的過過程信息，可可通過反饋分分析發(fā)展為供供全過程的工工程質(zhì)量控制制所用。壓實(shí)實(shí)計(jì)法早在220世紀(jì)800年代就由DDyna

31、paac公司開發(fā)發(fā)并供工程應(yīng)應(yīng)用，由于局局限于孤立的的信號分析，指指標(biāo)沒有明確確的物理意義義，影響到擴(kuò)擴(kuò)大工程應(yīng)用用。選擇動力響應(yīng)法法為主，配合合構(gòu)造深度比比振動壓路機(jī)在無無約束的理想想狀態(tài)下呈簡簡諧振動，響響應(yīng)信號為規(guī)規(guī)則的正弦波波，但當(dāng)位于于被壓材料之之上，由于來來自材料的作作用力（F）呈呈現(xiàn)復(fù)雜的振振動形態(tài)，頻頻率成分隨之之變化，產(chǎn)生生諧波。不同同的被壓材料料，當(dāng)加速度度傳感器安裝裝在振動輪軸軸，由現(xiàn)場實(shí)實(shí)測數(shù)據(jù)頻譜譜分析，頻譜譜圖大致歸納納為5類。細(xì)細(xì)粒土、二灰灰土如前三種種，碎石土、二二灰碎石隨含含石量為后33種，瀝青層層屬第5種。據(jù)此，證證實(shí)孤立信號號分析的局限限性，需采用用動力響

32、應(yīng)法法。圖2-7 含有有1次諧波的的頻譜圖圖2-8含有114次諧波波的頻譜圖圖2-9 含有有1/2次、115次諧波波的頻譜圖圖2-10 含含有多次諧波波及分?jǐn)?shù)諧波波的頻譜圖圖2-11 頻頻率比較復(fù)雜雜的頻譜圖無論是室內(nèi)、現(xiàn)現(xiàn)場振動壓、壓壓實(shí)過程，、都都可歸為如下下模型（圖22-12）：式中，激振力（P）已知，也可測定校核；壓路機(jī)振動質(zhì)量（M）已知，（振動加速度）由加速度傳感器測定，F(xiàn)為系統(tǒng)的抗力，即被壓材料對施力體的反作用力。反力F隨壓密而不斷增長，隨過壓損傷而衰減。上式可用非線性性振動理論進(jìn)進(jìn)行數(shù)值模擬擬；也是由用用動力學(xué)評價(jià)價(jià)方法實(shí)現(xiàn)碾碾壓質(zhì)量識別別的理論根據(jù)據(jù)。圖2-12 振振動壓實(shí)模型

33、型瀝青路面工程應(yīng)應(yīng)用的可行性性結(jié)合牡丹江綏綏芬河高等級級公路碎石土土路基（199982000）和和沈大高速公公路擴(kuò)建，大大量采用砂礫礫、山皮、石石渣路基填料料（200112004），動動力響應(yīng)法歷歷經(jīng)黑龍江與與遼寧兩次立立項(xiàng)路基壓實(shí)實(shí)度質(zhì)量控制制的研究，雖雖然兩個項(xiàng)目目鑒定都有較較高的評價(jià)，由由于公路路基基深受壓實(shí)度度理念和傳統(tǒng)統(tǒng)的束縛，只只是因?yàn)樘盍狭系牧Ａ虾苛可醺撸鳛闉槌鲆?guī)范范范圍，而又急急需解決的特特殊問題來處處理。但是信信息傳到鐵路路行業(yè)，上下下都十分重視視，決定進(jìn)入入相關(guān)規(guī)范，并并制定了在這這一輪高速鐵鐵路建設(shè)路基基工程檢測推推廣應(yīng)用的工工作安排。公路行業(yè)采用壓壓實(shí)度為指標(biāo)標(biāo)的

34、傳統(tǒng)可以以追溯到細(xì)粒粒土路基，但但到粗粒土和和瀝青混合料料，情況發(fā)生生了變化，第第一，以粒料料為主的混合合料，級配離離析是其基本本屬性，因此此壓實(shí)度的分分母不再是常常數(shù)；第二，細(xì)細(xì)粒土最大密密實(shí)度、最佳佳含水量下最最穩(wěn)定的規(guī)律律也不再適用用。和碾壓過過程聯(lián)系的動動力響應(yīng)可以以得到的不僅僅是碾壓終了了的分布，而而且是分布的的動態(tài)變化！即便如此，還還是存在有不不同的疑慮，對對此探討的結(jié)結(jié)論：關(guān)于有序作業(yè)業(yè)確實(shí)，緊跟攤鋪鋪機(jī)往往以有有序開始的碾碾壓作業(yè)，逐逐步變?yōu)闊o序序。有序不是是為了采用動動力響應(yīng)法；無序必然形形成過壓與漏漏壓，成為不不均勻。組成成結(jié)構(gòu)變異的的組織原因，必必須杜絕。在在這個指導(dǎo)思思

35、想，有序就就一定能做到到。注意，第第一，起始與與終了的各段段基準(zhǔn)線應(yīng)該該是斜的。第第二，由于定定位系統(tǒng)的費(fèi)費(fèi)用過高，用用人為控制，就就要及時分段段校正誤差。 = 2 * GB3 關(guān)于溫度的影影響溫度有影響，但但是80時溫度對動動力相應(yīng)的影影響不影響總總體規(guī)律，詳詳見總報(bào)告33.4。 = 3 * GB3 關(guān)于敏感性動力響應(yīng)初值與與終值之差有有大有小；曾曾因差值較小小的居多，而而疑慮指標(biāo)的的敏感性。但但從最大值與與最小值之差差約達(dá)20%，說明不是是敏感性問題題。初值、終終值之差甚小小反映了多次次碾壓具有正正反兩方面的的作用；以最最大值為界，前前段為波動上上升階段，隨隨碾壓而密實(shí)實(shí)化，而后段段為波動

36、衰減減階段，隨過過壓而局部損損傷。這恰恰恰反映了內(nèi)部部規(guī)律性的變變化。碾壓的過程控制制路段狀態(tài)的演化化與動態(tài)趨勢勢分析1）數(shù)據(jù)處理所關(guān)注的是路段段的質(zhì)量，因因此，首先按按路段，將各各點(diǎn)隨碾壓遍遍數(shù)的實(shí)測值值，如表2-6，計(jì)算均值值、標(biāo)準(zhǔn)差、變變異系數(shù)，統(tǒng)統(tǒng)計(jì)最大、最最小值，如表表2-7，并繪制成成圖，如圖22-13、圖圖2-13、圖圖2-15。表2-6 沈山山AC20響響應(yīng)表點(diǎn)號去1回1去2回2去3回3去4回4137.8738.0644.4738.7343.8435.9542.6533.03236.8537.8244.6438.438.7137.8740.2431.98337.4333.894

37、6.3139.7741.6333.6241.0933.94438.4634.4840.8233.2440.7433.3240.7432.3534.1334.8639.0833.9439.7832.8639.328.76633.1331.0439.4332.1136.9629.9236.3330.82732.3137.1744.0232.8536.3135.3437.529.73832.3332.1136.1735.9935.1633.9836.9830.04933.7137.9340.7436.3438.5935.2138.2730.291035.1536.2542.0733.3239.723

38、3.3836.8730.48續(xù)表點(diǎn)號去1回1去2回2去3回3去4回41135.1837.2541.935.7541.3634.2540.0232.231232.9234.837.0735.4838.8632.7135.4332.391333.9734.7336.6932.6638.8629.9937.8229.751432.9236.5237.0935.5838.1633.5239.7532.251532.8432.7634.8927.9934.2232.183528.661635.2137.1140.9834.7540.1234.4337.8132.311734.6135.9841.2134

39、.5441.0733.9138.3632.17表2-7 沈山山17點(diǎn)ACC20各碾壓壓遍數(shù)響應(yīng)統(tǒng)統(tǒng)計(jì)情況響應(yīng)統(tǒng)計(jì)一遍去一遍回二遍去二遍回三遍去三遍回四遍去四遍回均值34.64835.45640.44634.79139.06433.67338.48031.243標(biāo)準(zhǔn)差1.9742.1233.3132.8102.4431.9482.0891.539變異系數(shù)%5.6975.9878.1918.0756.2555.7845.4304.926最大值38.46038.06046.31039.77043.84037.87042.65033.940最小值32.31031.04034.89027.99034.2

40、2029.92035.00028.660極差6.1507.02011.42011.7809.6207.9507.6505.280圖2-13 沈沈山AC200各測點(diǎn)每遍遍的響應(yīng)均值值、最大值、最最小值和變異異系數(shù)2）動力響應(yīng)波波動三階段全面分析碾壓全全過程動力響響應(yīng)的變化，包包括 波動增長長、 = 2 * GB3 動態(tài)變化化、 = 3 * GB3 波動衰減減3個階段。波波動增長是嵌嵌擠化、密實(shí)實(shí)化的過程；當(dāng)多次振動動碾壓出現(xiàn)不不同程度的棱棱角破損，集集料碎裂等損損傷時，進(jìn)入入衰減階段。合合理的碾壓方方案應(yīng)不出現(xiàn)現(xiàn)波動衰減階階段，有效的的過程控制方方法應(yīng)從及時時避免進(jìn)入波波動衰減階段段。3）波動類

41、型由于各點(diǎn)材料與與初始狀態(tài)的的不均勻，所所以各點(diǎn)的壓壓實(shí)性能并不不相同，即使使碾壓過程各各點(diǎn)的碾壓工工藝操作完全全均勻，統(tǒng)計(jì)計(jì)值表達(dá)的各各點(diǎn)總和，是是欠壓、過壓壓和正好三種種情況的不同同組合。圖2-14 沈沈山SMA116各測點(diǎn)每每遍的響應(yīng)均均值、最大值值、最小值和和變異系數(shù)圖2-15 鐵鐵嶺AC200各測點(diǎn)每遍遍的響應(yīng)均值值、最大值、最最小值和變異異系數(shù)據(jù)此面控制所關(guān)關(guān)注的波動上上升與波動衰衰減兩個階段段，還可分為為A、B兩種種類型（表22-8），控制的的目標(biāo)是B型型。以波動衰衰減的B型為為例，均值雖雖然有所下降降，變異系數(shù)數(shù)的衰減表明明極差在縮小小，這時內(nèi)部部損傷并不大大，卻換得全全路段整

42、體進(jìn)進(jìn)一步的密實(shí)實(shí)。表2-8 波動動階段分類波動階段波動上升波動衰減類型ABAB均值最大值最小值變異系數(shù)狀況雖然總體增強(qiáng)，但并不均勻、穩(wěn)穩(wěn)定均勻穩(wěn)定地增強(qiáng)內(nèi)部損傷擴(kuò)展，出現(xiàn)剪脹趨勢內(nèi)部損傷不多，換來進(jìn)一步的密密實(shí)4）碾壓過程的的四種狀態(tài)動力響應(yīng)的3個個波動的階段段定3種狀態(tài)態(tài)，加上初始始狀態(tài)，所以以碾壓全過程程歷經(jīng)4個狀狀態(tài)，路段狀狀態(tài)的演化由由初始狀態(tài)出出發(fā)，經(jīng)增態(tài)態(tài)、動態(tài)而到到終態(tài)。控制制并不是事后后檢查，而是是要從動態(tài)中中作出趨勢性性的判斷，控控制終態(tài)；所所以，試拌試試鋪宜包括44個狀態(tài)。應(yīng)用實(shí)例1）AC型由圖2-13到到圖2-155，依托工程程3個路段的的波動階段分分類如表2-9。由圖

43、2-13，沈山山AC-200的碾壓已經(jīng)經(jīng)不宜再增，第第4遍的最小小值增長甚慢慢，而最大值值已出現(xiàn)負(fù)增增長，也就是是變異系數(shù)雖雖在緩慢下降降，是通過某某些點(diǎn)的損傷傷來實(shí)現(xiàn)的；而鐵嶺ACC-20碾壓壓3遍即可，因因?yàn)榈?遍開開始最大值很很少增長而最最小值已出現(xiàn)現(xiàn)負(fù)增長，因因而導(dǎo)致變異異系數(shù)的增大大。表2-9 碾壓壓過程趨勢判判斷的工程驗(yàn)驗(yàn)證級配類型路段波動階段分類主要影響因素AC-20興城段波動衰減B型集料混有較多不不合格材質(zhì)，級級配中度離析析，少量重度度AC-20鐵嶺段波動上升A型集料混有少量不不合格材質(zhì)，級級配中度離析析SMA-16興城段波動衰減A型工藝參數(shù)不協(xié)調(diào)調(diào)，級配中度度離析再從動力響應(yīng)

44、值值來分析。如如果說鐵嶺段段碾壓4遍，最最大動力響應(yīng)應(yīng)值達(dá)48.520（圖圖2-15），沈沈山興城段為為40.4446（圖2-13），包包含了機(jī)型不不同、動力響響應(yīng)值不能作作為排序依據(jù)據(jù)；那么，為為什么鐵嶺段段的均值隨碾碾壓遍數(shù)增長長，而興城段段第2遍出現(xiàn)現(xiàn)最大值后隨隨接衰減呢？原因恰恰在在材質(zhì)，課題題組進(jìn)入興城城段時中面層層已接近尾聲聲，余料較差差（總報(bào)告附附錄1，附表表1-5）。2）SMA型興城SMA-116（圖2-14）屬另另一種情況，碾碾壓3遍變異異系數(shù)連續(xù)不不斷增長反映映出碾壓工藝藝與材料壓實(shí)實(shí)性能不太適適應(yīng)，碾壓33遍空隙率波波動6.210.3%，全部大于于6%（見總總報(bào)告表4-4

45、），需重重新調(diào)整工藝藝。面向現(xiàn)實(shí)，簡化化工程應(yīng)用動態(tài)反饋系統(tǒng)控控制概要狹義地說，動力力響應(yīng)是一定定材料（原材材料與混合料料組成等）、在在一定碾壓工工藝（碾壓方方式、機(jī)型、工工藝參數(shù)等）和和環(huán)境（溫度度、基礎(chǔ)質(zhì)量量等）條件下下，用以控制制碾壓質(zhì)量（壓壓實(shí)度及其均均勻性）的一一種方法，并并不涉及最佳佳工藝選擇、施施工組織設(shè)計(jì)計(jì)以及HMAA的材料設(shè)計(jì)計(jì)。上述3個個實(shí)例表明動動力響應(yīng)法有有潛在的優(yōu)勢勢，在動態(tài)反饋饋系統(tǒng)控制理理念的指導(dǎo)下下，可以擴(kuò)大大功能，包括括三個層次： 分析信息，預(yù)預(yù)估趨勢；局局限于碾壓遍遍數(shù)，現(xiàn)場組組織以及個別別工藝參數(shù)的的實(shí)時反饋控控制。 = 2 * GB3 分析信息，面面積定

46、位；采采取補(bǔ)救性的的以及局部返返工等措施。 = 3 * GB3 分析信息，找找出原因，提提出改進(jìn)方案案，供下一部部分工程應(yīng)用用，即階段性性的動態(tài)反饋饋控制。第一層次，就事事論事，局限限于碾壓工序序；第三層次次，已涉及工工程質(zhì)量的全全部；第二層層次，雖不是是全部，但已已不受碾壓的的局限，是針針對具體問題題的一種補(bǔ)救救。應(yīng)該說最最適合當(dāng)前國國情的是階段段性動態(tài)反饋饋控制；因?yàn)闉楫?dāng)前HMAA質(zhì)量不均勻勻的原因往往往是綜合的。明明確究竟關(guān)鍵鍵何在，其他他各種因素所所占的地位，以以及對策的針針對性與協(xié)調(diào)調(diào)平衡作用，才才是最為重要要的。而對癥癥下藥的同時時，也是經(jīng)濟(jì)濟(jì)優(yōu)化的過程程，這樣可以以在眾多設(shè)備備、方法之中中，做出具有有針對性的最最佳選擇。為實(shí)現(xiàn)階段性動動態(tài)反饋系統(tǒng)統(tǒng)控制，基礎(chǔ)礎(chǔ)仍然是信息息論。為此，項(xiàng)項(xiàng)目就HMAA細(xì)觀分析等等作了進(jìn)一步步的研究，并并形成信息采采集與分析技技術(shù)各6項(xiàng)，并并提出了系統(tǒng)統(tǒng)控制調(diào)整的的方法、步驟驟。由于簡本本篇幅有限，故故簡本定位于于針對規(guī)范的的支持與補(bǔ)充充，涉及階段段性反饋性的的，從簡?；诩訌?qiáng)試拌試試鋪實(shí)現(xiàn)簡化化應(yīng)用當(dāng)前工程現(xiàn)場HHMA組成結(jié)結(jié)構(gòu)的變異，往往往是綜合癥癥。為治綜合合癥，兼顧到到方方面面，所所編寫的總報(bào)報(bào)告，作為一一個體系，就就會顯得復(fù)雜雜