【QC成果】提高公路路面沥青混凝土强度、降低沥青消耗（全面）

1、2013年度 华北油田QC小 组活动成果【QC成果】提高公路路面沥青混凝土强度 、降低沥青消耗 小 组名称： 发 表 人：单位名称： 2013年6月30日目录一、小 组概况2二、课题选择及目标设定4三、现状调查5四、原因分析11五、主要结论和目标12六、巩固措施和下一步计划15一、小 组概况小 组自2010年成立,人员主要是工程技术服务处试验检测站和工程一处的 员工.工作涵盖了 我公司的 产品质量的 检测和试验.小 组自成立以来,在“优化配合比设计、降低沥青消耗、提高沥青混凝土强度 ”这个课题方面进行了 活动和研究.为了 提高工程质量、提升经济效益,我们小 组成员通力合作,集思广益,取得了 可

2、喜的 成绩.我们的 彩色沥青混凝土路面技术应用项目,荣获中国石油华北油田公司“精细与创新-第七届青年科技成果报告会”三等奖.表1:小 组简介 小 组名称：成立时间：2010年3月注册编号：1001本次活动时间：2013.3.12013.11.30组 长： 活动次数：10次顾问： 小 组类型：现场型QC教育时间：60小 时/人 制表人：万梅 表2:小 组成员状况简介 职务职务姓名学历性别年龄现在岗位1组长试验检测中心主任2组员工程技术服务处主任3组员工程师4组员工程师5组员助理工程师6组员助理工程师7组员助理工程师8组员助理工程师9组员工程一处主任10组员技术员11组员助理工程师制表人： 二、课

3、题选择及目标设定1、沥青含量与路用性能：沥青含量的 大 小 ,是控制沥青混凝土的 重要指标,如果沥青含油量大 ,沥青路面容易产生车辙、拥包、搓板、泛油等现象.例如:2002年我们修的 北站路红绿灯停车交叉路口,就是因为沥青混合料的 沥青用量偏高或细料偏多,造成路面的 车辙、拥包等现象.如果沥青含量小 ,沥青路面容易出现松散、坑槽等现象.例如：2006年采油三厂光明路也出现了 松散、坑槽.确定沥青混合料的 沥青含量从本质上讲是设计一个合理的 沥青膜厚度 .通常认为,混合料中有效沥青的 膜太薄固然不行,但太厚了 将使游离的 自由沥青太多,成为集料产生相对位移的 润滑剂.沥青混合料中沥青的 用量,对

4、沥青混合料的 路用性能影响非常大 ,当沥青用量很少时,沥青不足以形成结构沥青的 薄膜来黏结矿料颗粒,随着沥青用量的 增加,结构沥青逐渐形成,使沥青与矿料之间的 黏附力随着沥青用量的 增加而增加;当沥青用量足以形成薄膜并充分黏附在矿粉颗粒表面时,沥青胶浆具有最高的 黏附力,随后,如果沥青用量过多,逐渐将矿粉颗粒推开,在颗粒间形成未与矿粉交互作用的 “自由沥青”,则沥青胶浆的 黏结力随着自由沥青的 增加而降低.当沥青用量增加到某一用量时,沥青混合料的 黏结力主要取决于自由沥青,随着沥青用量的 增加,沥青不仅起着黏结剂的 作用,而且起着润滑剂的 作用,从而降低了 粗集料的 相互密排作用,也就减少了

5、沥青混合料的 内摩擦角.因此,沥青用量应控制在一个合理的 范围内,最佳沥青用量是配合比设计中的 一项重要工作.2、对于半刚性路面而言,如果基层未发生破坏,那么车辙都是在沥青混凝土面层上产生的 .而路面面层高温稳定性差的 主要原因有如下几个方面：沥青混凝土含油量过高,沥青对温度 的 敏感性高,粗集料偏少或破碎面少导致嵌锁力下降,细集料中河砂用量过多,沥青混凝土压实度 满足不了 要求等等都会影响沥青混凝土面层的 质量.沥青混合料配合比设计,是路面施工的 关键.必须考虑诸多因素.今年的 沥青混合料配合比设计.我们改变了 以往的 配合比设计.响应华北油田科技创新,坚持低碳发展,践行精细化管理,走出了

6、一条有华北油田特色的 科学发展之路.首先工程技术服务处,在总结历年施工经验的 基础上,从沥青混合料配合比设计下手,适当调整沥青混合料沥青含量,按“经济、适用”原则作了 适当的 调整,调高了 碎石骨料的 用量,降低了 细集料用量,不仅提高了 沥青混合料的 强度 ,还节约了 沥青用量.三、现状调查1、马歇尔稳定度 试验：我国规范规定用马歇尔试验方法确定沥青用量.根据当地的 实践经验选择适宜的 沥青用量,分别制作几组级配的 马歇尔试件,测定V米A,初选一组满足或接近设计要求的 级配作为设计级配.沥青混合料中沥青用量表示方法有油石比和沥青含量两种.本试验依据为JTG E20-2011沥青混合料马歇尔稳

7、定度 试验,采用标准击实法制作沥青混合料试件,供实验室进行沥青混合料物理力学性质试验使用.以下是2009年至2013年马歇尔稳定度 试验结果：2、车辙是指在路面上车辆集中通过的 位置沿道路纵向产生的 带状凹槽.在一个行车道上它总是成双出现,使路表呈现凹陷,如W形状.车辙是高速公路沥青路面的 一种主要病害,是导致路面破坏的 主要原因.随着我国高等级公路建设的 迅猛发展,交通量、车辆荷载的 不断增大 和车辆行驶的 渠道化,车辙病害有进一步加剧的 趋势,为此,必须给予充分的 关注.在影响沥青混合料高温性能的 所有因素中,油石比是一个重要的 影响指标.我们通过对两种级配类型(AC-16C、AC-13C

8、)进行的 大 量车辙试验,分析不同油石比对沥青混合料高温车辙的 影响.（1） 级配选用：研究表明夏季高温车辙主要发生在上、中面层,所以我们一般采用两种级配类型：AC-13C和AC-16C并在每种级配中采用三种级配曲线走向进行车辙试验.沥青采用重交通70号沥青.其级配曲线走向图见图1、图2.图1 AC-16C级配曲线图 图2 AC-13C级配曲线图（2） 车辙试验结果：按上述采用的 级配1、2、3分别成型不同油石比车辙板试件并采用自动车辙仪,按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTG E20-2011)进行试验,试验结果见表1、表2.表1 AC-16 车辙试验结果AC-16油石比(%)变形1变

9、形2动稳定度 DS(次/米米)级配13.51.7651.8934921.94.51.4111.5175943.4 5.51.7721.9733134.3 级配23.81.0331.09610000.0 4.81.0061.0749264.7 5.81.2641.3487500.0 级配33.81.1861.2638181.8 4.51.3841.4945727.3 5.51.8632.2861400.0 表2 AC-13 车辙试验结果AC-13油石比(%)变形1变形2动稳定度 DS(次/米米)级配13.81.4141.494 7875.0 4.81.1631.240 8181.8 5.81.6

10、961.839 4405.6 级配23.90.9491.013 9843.8 4.91.2211.296 8400.0 5.91.5491.658 5779.8 级配34.51.2461.313 9403.0 5.51.6091.719 5727.3 6.51.7621.917 4064.5 为了 更直观的 发现动稳定DS的 变化规律,将其用图表的 形式表现出来,见图3-图8.从表1、表2和图3-图8可以看出,沥青用量对混合料的 抗车辙能力有极为明显的 影响.随着沥青用量的 不断增大 沥青混合料抵抗车辙变形能力逐渐降低.只有级配1出现一次增大 的 情况.可能与沥青含量过低及级配有关.因此,适当

11、减少沥青用量,加大 压实功,使混合料充分嵌挤,不留下大 的 空隙率是提高沥青路面高稳定性能的 重要措施.通过马歇尔试验确定出各级配曲线的 最佳沥青用量,AC-16级配1、2、3的 最佳油石比分别为4.3%、4.7%、4.9%;AC-13级配1、2、3的 最佳油石比分别为4.7%、5.1%、5.6%.然后在最佳油石比下进行了 车辙试验,其结果如表3所示.四、原因分析从表3及图3-8中可以看出,随着沥青用量的 不断增大 ,车辙动稳定度 不断降低,混合料抵抗车辙变形的 能力明显减少,这表明,在沥青混合料组成中,沥青用量对混合料的 抗车辙能力有极为显著的 影响.其主要原因是由沥青性质决定的 ,沥青用量

12、较少时,沥青混合料具有较高的 劲度 ,随着沥青用量的 增加,自由沥青相对比例逐渐增大 ,沥青混合料劲度 随之降低.从试验结果中可以发现,单从高温车辙方面考虑,在最佳沥青用量下混合料抵抗车辙变形的 能力并不是最好的 ,这是因为最佳沥青用量的 确定是综合各方面的 因素设计出来的 ,高温性能仅仅是其中一个方面,此外,在实际的 路面施工中,还要考虑路面的 水稳性能、疲劳破坏性能以及耐老化性能等多方面的 指标.其次,沥青路面的 破坏并不是完全由于高温性能不足引起的 ,因此,不能单一地只考虑某一方面的 因素来确定最佳沥青沥青用量,而是要使混合料的 综合性能达到最佳.因此适当减少沥青用量,加大 压实功,使混

13、合料充分嵌挤,不留下大 的 空隙率是提高沥青路面高稳定性的 重要措施,尤其是对超载车和重载车特别多的 路段,更是如此.五、主要结论和目标1、对同一种级配曲线而言,随着沥青用量的 不断增大 ,动稳定度 总体的 变化趋势是减少的 ,抵抗车辙变形的 能力也随之减弱.但并不是说,沥青用量越小 ,其抵抗车辙的 变形能力也就越好.2、由于油石比对沥青混合料抗车辙性能有明显的 影响,在夏季炎热的 高温地区,在配合比设计得出的 最佳沥青用量OAC的 基础上,以减少0.3%之后的 沥青用量作为设计沥青用量往往是适宜的 .3、最佳沥青用量是使混合料各方面性能达到最优的 沥青用量,并不是抵抗高温车辙变形能力最佳的

14、沥青用量,因此,单从高温方面来考虑,最佳沥青用量并不是最理想的 沥青用量,而是要低于这个用量.4、施工时严格控制沥青用量对控制沥青混凝土的 质量有极为重要的 意义,我们要用科学的 手段和精密的 仪器,为公司拌和站的 生产提供可靠的 试验数据. 5、在2009以后几年里,我们加强精细管理、促进管理提升,持续强化技术改进,不断调整级配和沥青用量,使沥青混合料的 综合性能达到最佳.按沥青占混合料节约0.2个百分点计算,每年生产1万吨沥青混凝土节约沥青成本20万元,2013年路桥公司生产了 4万吨的 沥青混凝土,节约沥青成本80万元.通过这些年调整配合比和沥青用量,既保证质量,又节约了 能源,降低了

15、成本,实现了 管理创新和节能降耗. 6、提高沥青混凝土强度 .在2013年油田矿区“五路一环”道路工程施工中,采用了 优化的 沥青混凝土配合比设计,并取得了 较好的 成效.六、巩固措施和下一步计划我们的 QC小 组活动,一贯以“持之以恒”作为活动原则.为巩固这次活动成果,我们决定：1、在明年的 QC小 组活动中,继续巩固今年的 活动成果,为公司拌和站提供可靠的 、科学的 试验数据;2、对小 组成员加强质量教育.质量教育可以使QC小 组成员提高质量意识,充分认识到产品质量的 重要性,增强参与意识,更加自觉地参加QC小 组活动;3、围绕企业的 经营战略、方针目标和现场存在的 问题,以改进质量、降低消耗,提高人的 素质和经济效益为目的 ,运用质量管理