QC成果提高公路路面沥青混凝土强度降低沥青消耗.docx

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QC成果提高公路路面沥青混凝土强度降低沥青消耗

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

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，取得了可喜的成绩。

2012年10月我们的《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：

10—01

本次活动时间：

2013.3.1～2013.11.30

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

小组成员状况

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VMA，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JTGE20-2011沥青混合料马歇尔稳定度试验，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）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1AC-16C级配曲线图

图2AC-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》（JTGE20-2011）进行试验，试验结果见表1、表2。

表1AC-16车辙试验结果

AC-16

油石比（%）

变形1

变形2

动稳定度DS（次/mm）

级配1

3.5

1.765

1.893

4921.9

4.5

1.411

1.517

5943.4

5.5

1.772

1.973

3134.3

级配2

3.8

1.033

1.096

10000.0

4.8

1.006

1.074

9264.7

5.8

1.264

1.348

7500.0

级配3

3.8

1.186

1.263

8181.8

4.5

1.384

1.494

5727.3

5.5

1.863

2.286

1400.0

表2AC-13车辙试验结果

AC-13

油石比（%）

变形1

变形2

动稳定度DS（次/mm）

级配1

3.8

1.414

1.494

7875.0

4.8

1.163

1.240

8181.8

5.8

1.696

1.839

4405.6

级配2

3.9

0.949

1.013

9843.8

4.9

1.221

1.296

8400.0

5.9

1.549

1.658

5779.8

级配3

4.5

1.246

1.313

9403.0

5.5

1.609

1.719

5727.3

6.5

1.762

1.917

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，运用质量管理的理论和方法开展更多的QC活动。

通过这次qc，我们深刻认识到科学技术是精细化管理，节能减排的强有力保障。

在2008年前，我们缺乏精密的检测仪器，级配等设计更多是靠经验，属于粗放式。

自2009年购入了燃烧法油石比测定仪，使得我们可以精确测定沥青混凝土中的沥青用量，近几年通过大量试验，使得沥青混凝土油石比逐年下降，趋于最佳。

不但节约了沥青成本，提高了经济效益，而且节约了能源，减少了污染排放。

这也是我们切实落实集团公司精细化管理，节能减排的具体措施。