沥青路面施工质量信息化控制技术研究

'学校代码？？麵分类号：Ｕ４１６．２密级：公开ＵＤＣｔ６２５学号：１４２５６１工程硕士学位论文沥青路面施工质量信息化控制技术研究研究生姓名：施炎导师姓名：高英副教授曹荣吉研高申请学位类别工程硕士学位授予单位东南大学丁稃领域名称交通运输工程论文答辩日期２０１７年５月５日．研宄方向道路与铁道工稃学位授予日期年月日答辩委员会主席许涛评阅人李艇吴春颖年月曰 争、南：硕士学位论文沥青路面施工质量信息化控制技术研究专业名称：交通运输工程研究生姓名：施炎导师姓名：高英副教授 ＲＥＳＥＡＲＣＨＯＮＩＮＦＯＲＭＡＴＩＺＡＴＩＯＮＣＯＮＴＲＯＬＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＯＦＡＳＰＨＡＬＴＰＡＶＥＭＥＮＴＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＵＡＬＩＴＹＱＡＴｈｅｓｉｓＳｕｂｍｉｔｔｅｄｔｏＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＦｏｒｔｈｅＰｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌＤｅｒｅｅｏｆＭａｓｔｅｒｏｆＥｎｉｎｅｅｒｉｎｇｇｇＢＹＳｈｉＹａｎＳｕｅｒｖｉｓｅｄｂｐｙＡｓｓｏｃｉａｔｅｐｒｏｆｅｓｓｏｒＧａｏＹｉｎｇＳｃｈｏｏｌｏｆＴｒａｎｓｏｒｔａｔｉｏｎｐＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＤｅｃｅｍｂｅｒ２０１７ 东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研宄工作及取得的研宄成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研宄成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研宄所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。似、研宄生签名：日期：＿东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研宄所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括以电子信息形式刊登）论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布（包括以电子信息形式刊登）授权东南大学研究生院办理。研宄生签名：ｉＬ备、导师签名＾＾日期： ？５摘要在沥青路面施工过程中，施工质量控制不足以及施工变异性都是影响路面最终质量的重要因素，而且沥青路面的使用寿命和服务水平会因任意环节的质量缺陷而缩短和降低。如何将信息技术与具体的施工机械结合，实现对施工过程某些质量参数的控制，是保证沥青路面、施工质量的均匀性与稳定性的关键。故本文提出建立道路施工质量信息化监控方案，对拌和运输以及摊铺环节的施工质量进行远程监控。首先，结合大量工程数据以及室内实验，对生产过程中各参数数据的变异性及其影响进、行分析，并且通过设计正交试验研宄了油石比级配以及温度的施工变异性对路面高温、低温、水稳等性能的影响，最终确定沥青含量、级配以及温度等作为沥青路面施工质量过程控一制的关键参数，为下步各过程信息化控制研宄提供方向性指导。其次，基于道路施工过程信息化监控方案的设计原理，通，以拌和站为主要监控目标过控制终端（ＩＰＣ）、ＧＰＲＳ数据终端等设备构成拌和站数据采集设备定时扫描本地数据库进行数据采集，得到油石比、各关键筛孔通率以及温度等关键参数；建立了以控制图原理为基础、。的后台动态预警机制，通过报警规则和换料判别对关键指标数据判断分析短信预警第三，结合传热学相关理论，采用有限元软件ＡＢＡＱＵＳ建立了内沥青混合料的温度场模型，、环境温度、覆盖情况以及太阳辐射等，对影响运输过程温度离析的重要因素包括时间因素进行了分析，并且通过射频识别技术（ＲＦＩＤ）建立了以运输时间为控制要素的运料车信息化监控机制，对运输车辆进行管控。，研宄了铺面温度离析第四，通过在摊铺机上加装的以红外温度传感器阵列以及距离传感器等外部硬件设备为基础的沥青路面摊铺温度实时采集设备，对摊铺速度和铺面温度的准确测量利用ＧＳ＋Ｖｅｒｓｉｏｎ和ＡｒｃＧＩＳ软件对各空间插值法进行比较，优选三次样条函数将铺；面离散的温度点数据扩展为面数据，并且开发了基于ＭＡＴＬＡＢ摊铺温度云图绘制程序，直观地展示铺面温度分布情况。一，最后，构建了信息化监控平台给用户提供种方便快捷的访问方式，实时査询当前各环节的施工状况，并结合；同时通过平台历史数据査询和分析功能获取施工数据平台图表分析结果，有助于对阶段性生产质量进行评价总结，以及査找拌和过程中存在的问题和原因，进行施工改进。关键词：沥青路面施工质量信息化远程监控夏 ＡｂｓｔｒａｃｔＡｂｓｔｒａｃｔＢｏｔｈｔｈｅｌａｃｋｏｆｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｕａｌｉｔｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｖａｒａｂｉｌｉｔａｒｅｉｍｏｒｔａｎｔｆａｃｔｏｒｓｑｙｉｙｐｏｆｔｈｅｆｉｎａｌｕａｌｉｔｏｆｔｈｅａｖｅｍｅｎｔｉｎｔｈｅｒｏｃｅｓｓｏｆａｓｈａｌｔａｖｅｍｅｎｔｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．Ａｎｄｔｈｅｓｅｒｖｉｃｅｑｙｐｐｐｐｌｉｆｅａｎｄｓｅｒｖｉｃｅｌｅｖｅｌｏｆａｓｐｈａｌｔａｖｅｍｅｎｔｗｉｌｌｒｅｄｕｃｅｄｕｅｔｏａｎｕａｌｉｔｄｅｆｅｃｔｓ．Ｔｈｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆｐｙｑｙｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｓｐｅｃｉｆｉｃｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｍａｃｈｉｎｅｒｙｗｉｌｌａｃｈｉｅｖｅｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｓｏｍｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｑｕａｌｉｔｙｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｗｈｉｃｈｉｓｖｅｒｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈｅｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆａｓａａｖｅｍｅｎｔｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｕａｌｉｔ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅｔｈｉｓａｅｒｒｏｏｓｅｄｈｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔｏｆｒｏａｄｐｈｌｔｐｑｙ，ｐｐｐｐｔｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｒｏｃｅｓｓｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｍｏｎｉｔｏｒｉｎｒｏｒａｍ．ｐｇｐｇＦｔｔｅｖａｅａｃｈａａｍｅｔｅａｔａｔｃｔｏｎｔｓｉｒｓｌｈｒｉａｂｉｌｉｔｏｆｒｒｄｉｎｈｅｒｏｄｕｉｒｏｃｅｓｓａｎｄｉｉｎｆｌｕｅｎｃｅａｒｅｙ，ｙｐｐｐａｎａｚｅｄｔｈｒｏｕｈａｒｅａｍｏｕｎｔｓｏｆｄａａｏｆｅｎｉｎｅｅｒｉｎａｎｄｉｎｄｏｏｒｅｘｅｒｍｅｎ．ＡｎｄｔｈｅｉｎｕｅｎｃｅｏｆｌｙｇｌｇｔｇｇｐｉｔｓｆｌＯＡＣｒａｄａｔｉｏｎａｎｄｔｅｍｅｒａｔｕｒｅｏｎｔｈｅｈｉｈｔｅｍｅｒａｔｕｒｅｌｏｗｔｅｍｅｒａｔｕｒｅａｎｄｗａｔｅｒｓｔａｂｉｌｉｔｏｆｔｈｅ，ｇｐｇｐ，ｐｙａｖｅｍｅｎｔｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄｂｏｒｔｈｏｏｎａｌｄｅｓｉｎ．ＯＡＣｒａｄａｔｉｏｎａｎｄｔｅｍｅｒａｔｕｒｅａｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄａｓｋｅｐｙｇｇ，ｐｙｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆａｓｐｈａｌｔｐａｖｅｍｅｎｔｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｑｕａｌｉｔｙｐｒｏｃｅｓｓｃｏｎｔｒｏｌｗｉｉｉｃｈｒｏｖｉｄｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ，ｐｇｕｉｄａｎｃｅｆｏｒｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｉｎｅｖｅｒｙｐｒｏｃｅｓｓ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｄｅｓｉｎｒｉｎｃｉｌｅｓｏｆｒｏａｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｒｏｃｅｓｓｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｍｏｎｉｔｏｒｉｎ，ｇｐｐｐｇｒｏｒａｍｔａｋｉｎｔｈｅｍｉｘｉｎｓｔａｔｉｏｎａｓｔｈｅｍａｉｎｔａｒｅｔｔｈｅｄａｔａａｃｕｉｓｉｔｉｏｎｅｕｉｍｅｎｔｉｎｃｌｕｄｉｎＩＰＣｐｇ，ｇｇ，ｑｑｐｇｇａｎｄＧＰＲＳｓｃａｎｔｈｅｌｏｃａｌｄａｔａｂａｓｅｒｅｇｕｌａｒｌｙｔｏｃｏｌｌｅｃｔｄａｔａ．ＯＡＣ，ｔｈｅｋｅｙｓｉｅｖｅａｓｓｒａｔｅ，ｔｅｍｅｒａｔｕｒｅｐｐａｎｄｍａｎｙｏｔｈｅｒｋｅｙａｒａｍｅｔｅｒｓａｒｅｃｏｌｌｅｃｔｅｄｉｎｔｈｉｓｒｏｃｅｓｓ．Ｂａｃｋｒｏｕｎｄｄｎａｍｉｃｅａｒｌｗａｒｎｉｎｐｐｇｙｙｇｍｅｃｈａｎｉｓｍａｒｅｂｕｉｌｔｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｐｒｉｎｃｉｌｅｏｆｃｏｎｔｒｏｌｃｈａｒｔ．Ｔｈｅｋｅｙｉｎｄｉｃａｔｏｒｓｄａｔａａｒｅａｎａｌｚｅｄｐｙｔｈｒｏｕｈａｌａｒｍｒｕｌｅｓａｎｄｒｅｆｕｅｌｉｎｇｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ．ＳＭＳｗａｒｎｉｎｇｗｉｌｌｂｅｓｅｎｔｉｆｎｅｃｅｓｓａｒ．ｇｙＴｈｉｒｄｌｙｔｅｍｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄｍｏｄｅｌｏｆａｓｈａｌｔｍｉｘｔｕｒｅｉｎｔｒａｎｓｏｒｔｔｒｕｃｋｉｓｂｕｉｌｔｔｈｒｏｕｈＡＢＡＵＳ，ｐｐｐｇＱｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｔｈｅｏｒｙ．Ｔｉｍｅａｍｂｉｅｎｔｔｅｍｅｒａｔｕｒｅｃｏｖｅｒａｅａｎｄｓｏｌａｒｒａｄｉａｔｉｏｎａｒｅ，，，ｐｇａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｍａｎａｇｅｍｅｎｔｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｆｒｅｉｇｈｔｃａｒｗｈｉｃｈｔａｋｅｓｔｈｅｔｒａｎｓｐｏｒｔｔｉｍｅａｓｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｅｌｅｍｅｎｔａｒｅｂｕｉｌｔｔｈｒｏｕｇｈＲＦＩＤ．Ｉｔｃａｎｃｏｎｔｒｏｌｔｒａｎｓｐｏｒｔｖｅｈｉｃｌｅｓ．Ｆｏｕｒｔｈｌａｖｅｍｅｎｔｔｅｍｅｒａｔｕｒｅｓｅｒｅａｔｉｏｎｉｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ｐａｖｉｎｓｅｅｄａｎｄａｖｅｍｅｎｔｔｅｍｅｒａｔｕｒｅｙ，ｐｐｇｇｇｐｐｐａｒｅａｃｃｕｒａｔｅｌｙｍｅａｓｕｒｅｄｔｈｒｏｕｈｔｈｅｉｎｆｒａｒｅｄｔｅｍｅｒａｔｕｒｅｓｅｎｓｏｒａｒｒａｍｏｕｎｔｅｄｏｎｔｈｅａｖｅｒａｎｄｇｐｙｐ－ａｓｈａｌｔａｖｅｍｅｎｔｔｅｍｅｒａｔｕｒｅｒｅａｌｔｉｍｅａｃｕｉｓｔｏｎｅｔｔｔｔｐｐｐｑｉｉｑｕｉｐｍｅｎ．ＳｐａｃｅｉｎｅｒｐｏｌａｉｏｎｍｅｈｏｄｓａｒｅｃｏｍｐａｒｅｄｔｈｒｏｕｇｈＧＳ＋ＶｅｒｓｉｏｎａｎｄＡｒｃＧＩＳｓｏｆｔｗａｒｅ．ＴｈｅＣｕｂｉｃｓｐｌｉｎｅｆｕｎｃｔｉｏｎｉｓｒｅｆｅｒｒｅｄｔｏｅｘｔｅｎｄｐｔｈｅｄｉｓｃｒｅｔｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｐｏｉｎｔｄａｔａｔｏｓｕｒｆａｃｅｄａｔａ．ＡｎｄｔｈｅｐａｖｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｌｏｕｄｄｒａｗｉｎｇｓｏｆｔｗａｒｅｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｂａｓｅｄｏｎＭＡＴＬＡＢ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅｐａｖｅｍｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｃａｎｂｅｄｉｓｐｌａｙｅｄｉｎｔｕｉｔｉｖｅｌｙ．Ｆｉｎａｌｌｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｍｏｎｉｔｏｒｉｎｌａｔｆｏｒｍｉｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｗｈｉｃｈｒｏｖｉｄｅｕｓｅｒｓｗｉｔｈａｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｙ，ｇｐ，ｐｗａｔｏａｃｃｅｓｓｓｅｒｓｃａｎａｃｃｅｓｓｔｅｓｅｒｖｅｒｔｒｏｕｒｏｗｓｅｒｎＰＣａｎｄｕｅｒｔｅｃｕｒｒｅｎｔｃｏｎｓｃｔｏｎｙ．Ｕｈｈｈｂｉｈｔｒｕｉｇｑｙｏｆｔｈｅｖａｒｉｏｕｓａｓｐｅｃｔｓｏｆｔｈｅｓｉｔｕａｔｉｏｎｉｎｒｅａｌｔｉｍｅ．Ｍｅａｎｔｉｍｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｄａｔａｃａｎｂｅｏｔｔｈｒｏｕｈ，ｇｇｈｉｓｔｏｒｉｃａｌｄａｔａｑｕｅｒｙａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｆｉｉｎｃｔｉｏｎｓ．Ａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｃａｎｂｅａｎａｌｙｚｅｄｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｃｈａｒｔｉｎｔｈｅｔｔｔｈｅｓｔｐｌａｔｆｏｒｍ．Ｔｈｉｓｉｓｈｅｉｐｆｉｉｌｏｅｖａｌｕａｅｔｈｅｕａｌｉｔｏｆａｅｏｆｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｎｄｆｉｎｄｔｈｅｒｏｂｌｅｍｓｉｎｑｙｇｐｐｔｈｅｍｉｘｉｎｇｒｏｃｅｓｓａｎｄｉｍｒｏｖｅｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．ｐｐＫｅｙｗｏｒｄｓ：ＡｓｈａｌｔａｖｅｍｅｎｔＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｕａｌｉｔＩｎｆｏｒｍａｔｉｚａｔｉｏｎＲｅｍｏｔｅｃｏｎｔｒｏｌｐｐ；ｑｙ；；ｈｉ 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东南大学硕士学位论文第四章运料车温度场分析以及信息化监控技术研宄５６４１５６．运输过程混合料温度场模型４．１．１传热机理５６４．１．２沥青混合料运料车传热模型的构建５８４．１．３运料车温度场模型参数的确定５９４．２运料车温度场模型计算与分析６２４．２．１运料车温度场计算模型验证６２４２２．．单因素运料车温度场影响分析６３４２３．．多因素对运料车温度场综合影响分析６９４３７１．运料车信息化监控技术４３．１数据采集方法与设备７２．４．３．２运输信息化监控平台７４４．３３工７．程应用分析６４．４本章小结７７第五章基于温度离析的沥青路面摊铺过程信息化监控技术７８５．１摊铺温度离析实时采集设备７８５．１．１温度采集设备７９５．１．２速度、距离采集设备８０５１３１．．数据处理终端８５１４８２．．其他设备５１８３．．５设备原理构造５．２摊铺温度场云图绘制方法８４５２１．．数据扩展８５５．２．２点云绘制９１５．３摊铺过程信息化监控平台９３５．３．１实时监控及预警９４５．３．２波动及云图分析９６５．４本章小结９８Ｂ六章胃论与廳９９６１．主要研宄成果９９一６．２进步研究展望１００賴１０１参考文献１０３ＶＩ 第一章绪论第一章绪论１１．研究背景一作为种柔性路面、、施工周期短、行车舒适以，沥青混凝土路面具有平整度好无接缝及噪声低等优点，被广泛应用于我国高等级公路。沥青路面在服务期内的路用性能，除了设一１［］计理论、路用材料、维修养护以及施工技术外，施工过程中的质量管控也是关键因素之。”“一环节出现问题都会影响沥在沥青路面机械化的施工流程拌和、运输、摊铺、压实中，任意。青路面的强度、稳定性和耐久性实践和研宄表明，沥青混合料生产质量的变异性以及摊铺、，碾压施工质量的不均匀性，在路面产生薄弱环节发生的车辙坑槽、泛油等病害是导致沥一青路面早期损坏的原因之。在实际沥青路面建设过程中也发现，在混合料设计完全符合规范要求、室内试验评价也一，满足要求的前提下，同条高速公路，采用相同的原材料和混合料设计方法但不同标段的，沥青路面施工后的质量却存在较大差异，这表明高速公路由于施工水平的差异和波动使得路面质量的均匀性较差，产生较严重的离析现象，这是在混合料设计完全符合规范要求的情况下造成沥青路面发生较严重病害的重要原因一，进步表明了有效的施工过程质量控制是保证沥青路面质量的重要因素。目前、、施工技，我国道路研宄人员的主要研宄内容涉及沥青混合料设计理论路用材料术以及维修养护等领域，而鲜少对沥青路面施工质量控制和管理方面的内容进行深入的研宄。我国现行的沥青路面施工规范主要是技术方面的内容，基本没有涉及到有关质量管理模式、“”程序或方法等内容，绝大部分都是采用事前检验、事后把关。在沥青路面施工质量管理方面的传统管理方法。无论是沥青混合料的取样抽提、筛分或者进行室内马歇尔试验，还是铺筑“”一？后路面压实度、平整度等质量检测试验，结果般都是在事后甚至２３天后才得出，导致一一试验检测落后于生产过程个记录的作用。更进步地，当路，因而试验结果仅对生产起到、面出现质量问题时，无法追本溯源，不能识别是由于原材料拌和、运输还是摊铺碾压等哪个具体环节导致的路面质量缺陷，给工程问题原因分析以及整改措施造成极大的困难。因此、工过程数据甄别施工质量问题，及时对工程进行指导如何快速、及时准确地收集施，实时。，大家和调整，是当前工程施工质量控制亟待解决的问题当前的技术现状是对施工过程质量控制的重要性都有了普遍的共识，但对各环节施工质量缺乏有效的控制技术措施。因而如何在路面施工过程中把控施工质量、保证施工质量的均匀性和稳定性、始终贯彻设计意图，是提高路面工程质量。、延长路面使用寿命的关键在沥青路面施工过程中，从原材料质量到沥青混合料拌和、运输、摊铺、碾压等多环节的施工质量水平都会对沥青路面最终质量产生重要的影响，并且沥青路面的使用寿命和服务水平会因任意环节的缺陷而缩短和降低。因此，建立系统全面的沥青路面施工质量控制体系，将影响施工质量各环节、各方面的关键因素纳入控制体系中，实现施工质量全面控制，并且有效利用现代信息化技术控制施工质量，指导沥青路面生产过程。１ 东南大学硕士学位论文１．２国内外研宄现状１．２．１沥裔路面施工质■：控制技术研究现状Ｍ（１）质量管理的发展与应用沥青路面施工质量控制方法很大一部分借鉴了质量管理学的基本理论与主要方法。质量４管理的发展主要经历了质量检验［］、统计质量控制和全面质量管理三个重要的发展阶段。２０２０世纪３０年代世纪初到，是质量检验的发展阶段，也是质量管理科学理论的奠基阶“”段．），形成了以事后质量检验为主的质量控制特点。美国工程师泰勒（ＦＷ．Ｔａｙｌｏｒ提出了质３量的科学管理理论［】，要求在产品生产环节，根据技术标准并利用各种测试手段对半成品和成一道工序或者出厂一品进行质量检查，不允许任何不合格产品进入下，在定程度上起到质量控制作用。然而，在大生产背景下，传统质量检验方法由于信息反馈不及时对生产造成了很大的损“”思想应失，因而质量预防运而生，推动了质量控制理论的产生于发展。２０世纪３０年代，美“”“”国贝尔电话实验室成立的过程控制和产品控制两大课题研宄．Ａ．Ｓｈｅｗｈａｒｔ），其中休哈特（Ｗ提出的质量统计过程控制（ＳＰＣ）理论和控制图方法，以及道奇（Ｈ．Ｇ．Ｒｏｍｉｇ）提出的抽样检验理论奠定了统计质量控制阶段的理论基础，促使质量管理学科进入统计质量控制阶段。一这阶段突出了预防性质量控制方式，强调用数据说话，通过应用统计学方法对质量进行管“”“过程”理，将单纯依靠事后质量检验发展到质量控制。ＡＶＦｅｏｎｂａｕｍ全面质量管理阶段始于２０世纪６０年代。１９６１年，美国的费根堡姆（．．ｉｇ等）人提出了全面质量的概念，包括全面质量的质量管理、全过程的质量管理、全员性的质量管理三个基本内容，并逐步在世界范围内传播和应用，至今该理论仍在不断发展和完善之中。（２）沥青路面质量控制技术研宄一直以来，质量控制是决定工程建设质量的关键。目前，发达国家在沥青路面质量管理和控制这一领域的研宄水平和应用技术都处于一个领先水平。在美国，有关沥青路面施工质量管理和控制的理论与方法的技术体系已基本成型。２０世纪６０年代，ＡＡＳＨＴＯ通过铺筑沥青路面试验段对工程数据的变异性进行了分析，工程数据普遍存在的变异性结果论证了许多规范要求是不切实际的，并促进建立基于统计学，州际高速公路系统鼓励技术进步来提高施工速度的质量保证（ＱＡ）规范。同时，致力于推５［］动实施质量保证（ＱＡ）规范，通过该规范以最少的人力资源来监督日益增长的公路系统。２０世纪８０年代以来，在ＳＨＲＰ计划取得成果以及Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ沥青混合料设计方法得到推广以来，美国通过不断对质量控制（ＱＣ）／质量保证（ＱＡ）体系的深入研宄，更好地改进了ＣＡ的研一Ｑ／Ｑ宂成果，进步地促进了ＱＣ／ＱＡ规范在沥青路面的工程实践之中的应用９０年代中期，《美国联邦法规》的公路篇通过法律规定要求对州际公路项目必须采用ＱＡ７一［］体系，Ａ体系在各州的应，这举措增强了ＱＣ效应政策上的强制性要求极大地推动了Ｑ８［用Ａ指导］Ａ软件。１９９６年，ＡＡＳＨＴＯ与ＦＨＷＡ先后颁布和推出了Ｑ性规范和单机用户的Ｑ９【］程序。经过数十年的发展和演变，目前己经形成模式多样、功能完善的质量保证体系，并广２ 第一章绪论泛应用于各州的沥青路面施工项目。１９９９年，Ｍａｈｏｎｅｙ等人的调查结果显示，美国４０个州订一的交通部门均拥有了自己的ＱＣ／ＱＡ纲要，并且大多数州每年或每半年都要修次ＱＡ程序１〇［］。ＡＣ国一些州对施工质量数据有了十来年甚至数十年随着Ｑ／Ｑ体系在美国成功运用，美ｃｔＥｖａｕａｔｉｏｎＬｔ的积累。２００７年，ＡＡＳＨＴＯ建立了产品评估列表（ＡＰＥＬ，ＡＡＳＨＴＯＰｒｏｄｕｌｉＳ），［１１］要求各州将每个施工项目的质量评估数据上传至ＡＰＥＬ数据库，以实现质量数据共享。近２一［１］。Ｌａｖａｓｓａｒ等人年来，美国些学者开始利用数据库对质量数据进行研宄２００９年，采用Ｆ检验和ｔ检验法对承包商ＱＣ数据与机构ＱＡ数据进行比较，结果表明各参数的平均差异具（）也可有统计相似性，因此，关于承包商的质量控制ＱＣ纳入公路机构的验收和支付因子过３【１】通过对Ａ程。２０１２年，Ｋａｒｉｍｉ等人ＱＣ和ＱＡ数据的统计分析，试图建立ＱＣ和Ｑ数据集之间的转换函数，以增强质量控制（ＱＣ）与质量保证（ＱＡ）数据相结合的路面ＨＭＡ验收的可能性。与发达国家相比，我国在沥青路面建设领域有关质量控制与管理技术方面还存在着较大一地吸纳并应用ｕｅｒａｖｅ沥的差距。在过去很长的个时期内，我国积极了美国在Ｓｐｐ青混合料设计方法、路面长期使用性能（ＬＴＰＰ）等方面的研宄成果，但是基本上忽略其在沥青路面施工质量管理技术上的研宄和应用。因此，与发达国家相比，我国对于沥青混合料施工质量控制的研宄起步较晚并且发展缓慢。针对沥青路面施工质量控制技术的应用，我国最早开始于京津塘高速公路修建时期，在工程成功运用了平均值－世界银行聘用的外国监理工程师的指导下，极差控制图对工程中连续生产所得到的质量数据（沥青含量等）进行了整理分析，并取得了良好的效果。１４［］１９８２年在传统的休哈特质量控制理论上推陈出新，首次提出了两，我国张公绪教授。同时在８０，、种质量诊断理论，为统计质量诊断理论开辟了新方向年代东南大学长安大学等科研机构对路面可靠性以及指标参数变异性进行了研宄，为质量过程动态管理提供了理论基础和研宂方向。我国交通部工技术规范》ＪＴＪ０３２－９４列入了质量控制１９９４年发布的《公路沥青路面施（）技术，并对该方法原理及应用进行了简要介绍，称之为施工质量动态管理方法。２００４年出台ＴＧＦ４０－２００４的《公路沥青路面施工技术规范》Ｊ中对施工质量动态管理进行了补充，对与工（）程质量相关的管理、检査、验收等环节做出了技术规定，用来指导业主对于施工质量进行管理，通过验证性试验对工程质量进行评价并确认是否验收。近十年来，国内不少科研工作者也开始认识到沥青路面施工质量控制对于沥青路面使用性能的重要影响一些影响沥青路面使用性能的关键质量参数的选取以及控制方法等内容，对进行了研究。，并提出了很多有益的建议和措施“”１５［］２００６年，东南大学于新提出了使用移动质控线作为控制图的质控上、下限对沥青路面施工过程中的质量参数进行控制，同时运用Ｄｅｌｐｈｉ语言开发了沥青路面施工质量动态控制系统。，并将该系统软件成功地应用于江苏省的沥青混凝土路面高速公路施工过程中１６１７［［］］２００７年，运，长安大学郭大进在对施工过程中各质量指标变异性影响分析的基础上３ 东南大学硕士学位论文用层次分析法（ＡＨＰ）对各指标在施工过程中对沥青路面施工质量影响的权重进行计算，筛选出其中影响较大的指标参数，并应用控制图进行施工质量控制，以达到过程控制的目的。２００８年，重庆交通大学袁权光以大量试验及检测数据为基础，对影响沥青路面施工质量且具有变异性的主要技术参数（原材料参数、沥青混合料的级配、沥青含量等）进行了研宄，主要分析了各参数的变异水平、分布规律以及对路面性能的影响，在此基础上提出了减小施工变异性的具体措施，最终建立了适合云南省实际情况的沥青路面施工质量管理体系。１９２０［］１５年，长安大学杨志鹏针对青海省沥青路面施工过程中存在的质量问题，从原材料的管理、拌和站生产、沥青混合料的运输、摊铺以及碾压各环节对施工质量提出了相应的改进方法和质量控制要点，为青海省沥青路面建设的后续工程质量控制提供了经验参考。２（）２０［］１５年，重庆交通大学黄丽芳根据ＳＭＡ沥青路面在山岭重丘地区的建设特点，提出“将过程质量控制方法应用于沥青路面施工过程中，建立具有双重控制界限的小批量施工控制”图，对过程质量参数包括油石比、级配、温度以及压实度等进行控制，以保证施工质量的稳，延长ＳＭＡ沥青路面的使用寿命定性。除此之外，随着质量管理体系和方法开始进入中国，部分公路建设项目开始建立起自己一的ＱＣ／ＱＡ体系，定程度上改善了我国沥青路面质量２００３，。年广东省高速公路有限公司联合华南理工大学与在开阳高速公路沥青混凝土路面施工过程中建立了ＱＣ／ＱＡ体系，并开发和应用了ＱＣ／ＱＡ计算机管理系统。然而，目前建立的ＱＣ／ＱＡ体系还存在控制指标设置完“”，善、评价标准不合理检测频率过低而无法真实反映施工水平，以及还存在严重的假数据、“”伪标准等问题。因而，这些施工质量管理体系还不具备真正的管理效能。目前，随着质量管理学的理论与方法的快速发展，国内外对其在沥青路面施工质量控制与管理领域的应用有了一定的研究。但即使在发达国家，有关沥青路面施工质量管理体系仍然不完整，质量控制技术与方法与其他行业内竞争性产品（如钢铁、汽车等制造业）比较仍处于落后的状态一。基于这样种现状，对当前研宄成果进行总结，建立出科学合理的指标体系以及控制方法，对保证当前沥青路面建设质量具有重要意义。１２２．．沥青路面施工信息化控制技术研究现状随着科学技术的发展，信息技术、计算机技术等广泛应用于各种领域，故利用信息技术来改变传统公路工程施工过程质量控制方式己成为技术发展的必然要求。沥青路面施工信息化控制技术属于前瞻性技术，将当前先进的信息和计算机技术与施工机械结合，为沥青路面施工质量提供新的控制工具和方法。２０９０－世纪年代，欧洲首先开展了机群智能控制技术的研究。在欧盟ＢｒｉｔｅＥｕＲａｍＩＩＩ计“？划支持下，在９９７１９９９，１年之间由法国等五个国家的七家单位合作实施了计算机集成道路”２１］建设计划ＴｈＩｄ［（ｅｃｏｍｐｕｔｅｒｎｔｅｇｒａｔｅＲｏａｄＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｒｏｅｃｔ），为浙青路面施工提供全新ｐｊ的控制与监测工具，由。近年来美国意识到信息化施工技术的重要性美国爱荷华州立大学带“’’头，美国联邦公路管理局支持的混凝土路面研究的长期战略（ＣＰＲｏａｄｍａｐ）中将智能施工和混凝土路面质量保证（ＱＡ）放在了整个战略的第三步，并积极推进智能施工技术。４ 第一章绪论２２［］转运车技术最早由美国ＲＯＡＤＴＥＣ公司开发，是针对运输过程和摊铺机输料部分产生的级配离析和温度离析，实现到场沥青混合料的二次混拌均化。自该技术开发以来，在美国市场上得到了广泛运用，并且规定在国家级、州级及州际公路的热拌沥青混合料路面施工过程中要使用转运车。随着红外热成像技术的成熟，美国首先提出利用红外热成像仪对混合料温度进行全面监２３［】１。ｅｂｅｓｔａ２００４测，为路面检测提供了００％的有效测量范围在德克萨斯州，Ｓ等人在年开发一一一，了种红外线传感器，使用根带有系列传感器的横杆跨过预定的路面推行前进并进行２４一［］－ＩＲ温度测量开发出了第代ＰＡＶＥ沥青混合料摊铺红外检测系统，并在美国。ＭＯＢＡ公司ＶＥ－得到广泛应用，其中ＰＡＩＲ系统及所记录相关参数方式成为采集质量控制数据的首选方法；一ＭＯＢＡ公司又二ＰＡＶＥ－ＩＲｃａｎ摊铺温度管理系统近年来Ｓ，简化了第代系统多个，推出第代一温度传感器探头的复杂设备，而只采用单红外探头对铺面温度扫描。一００国外对压实环节的控制较为重视直致力于智能压实的研宄。２１年，德国ＢＯＭＡＧ，【２５］ＡＭＡｓａｔＭａｎａｅｒ）公司针对沥青路面的压实特性，ｌ，推出了配备有沥青压实专家系统（ｐｈｇ，的压路机，可在压实过程中在线实时检测沥青层的密实度和温度并通过自动调节压路机钢２６ＢＯＭＡＧ第五代智能压路机［］还引入了ＧＰＳ定位技术对压轮来保证最优的压实效果，；同时路机的位置轨迹信息进行追踪，并在驾驶室内的ＰＣ机上实时显示，便于操作人员根据压实２７密实度的要求ｎａ［］通过。瑞典Ｄａｃ状态能够随时调节工作参数，以满足沥青路面目标ｙｐ公司对压路机配置密实度仪、密实度分析仪以及ＧＰＳ定位系统来实现全面的压实管理，查找压实２８［］效果差的区域并实时显示压实结果图ＭＭ－ＷｉｒｔｅｎＨＣ超级路面压实系。ＨＡｇ公司研制的Ｑ、统振幅以及行驶速度，能够在最短，可在记录和显示压实状况的同时自动调校压路机振频时间内到达理想的压实效果，提高了压路机的工作效率。日本Ｓａｋａｉ公司推出的智能压路机同样包括ＧＰＳ、温度传感器和加速度传感器，通过压实度检测系对路面压实质量进行控制。２００２一重工在国家８６３计划国内对沥青路面施工信息化控制技术的研宄还很少。年，三“”“”“一一重大专项经费的支持下机群智能化工程机械，通过对工程建设中单机智能化和机群”监控与优化调度等方向的研宄，追求路面质量最优的目标，以实现施工过程中对群机作业机２９【］工质量。械的调整和控制，达到最优状态，保证沥青路面整体施３Ｑ一【】对于原材料质量控制技术的研宄国内还处于探索阶段。西安依恩驰公司推出款沥青指纹识别快速检测系统，利用红外光谱检测技术形成沥红外吸收光谱图，通过分析光谱图的特征吸收峰判断品牌型号，、哈尔滨工业大学等，实现快速、准确、智能检测并与长安大学机构联合建立了几十个沥青品牌多大上万个标本库。关于拌和楼信息化控制，长安大学在研究沥青混合料生产过程动态质量监控机理的理论，基础上，建立了监控模型并开发了符合规范要求的沥青混合料生产质量监控系统，用于沥青混合料拌和质量控制。上海瑞路公司自主研发了沥青混合料动态质量监控系统，该系统实现了由低效率的事后检测向高效率的实时检测的转变，提高沥青路面质量以及管理效率的同时还可有效节约建设资金，并在２０１１年该系统获得了实用新型专利授权。上海同望也研发了智能施工监控系统。，并在相关工程上得到了应用５ 东南大学硕士学位论文关于压实，国内在上个世纪８０年代后开始对压实检测技术进行研究，例如河北工业大学开发出压实度连续检测系统、西南交通大学开发了路基压实度检测仪ＩＣＣＣ等，但目前国内一对沥青路面智能压实的研宄还很少。中科院沈阳自动化研宄所李正等人在２００５年提出开发种基于ＧＳＭ通信的压路机远程监控系统，它通过对在压路机上安装传感器采集这些质量参３［１］数实现全程动态监控。武汉大学黄声享在２００６年成功研制出的碾压施工质量ＧＰＳ实时监一控系统，为填筑工程施工质量提供了种全新的有效过程控制手段。２０１４年，东南大学张李３２］－［结合动态测量技术ＧＰＳＲＴＫ立路面压实过程监控系统压遍数控制沥青路面明，建，通过碾压实质量。目前各种现代化信息技术在沥青路面施工过程控制中的应用有了一定的研宄，但研究主一一要是对道路施工的某施工工序或某施工环节，将信息技术与具体的施工机械结合，实现对施工过程某些质量参数的控制，而没有形成对道路施工质量全过程的控制，从而不能有效的控制施工过程中的质量问题。因此，对沥青路面施工质量的控制需要解决两个问题，即全、过程和实时控制，包括对拌和、运输摊铺、压实等工序的控制，同时利用信息化施工技术解决传统检测过程滞后于道路施工，实现实时控制并指导施工过程，从而提高工作效率，降低生产成本，全面保证道路施工质量。１．３主要研究内容及技术路线本文的研究内容主要包括以下几个方面：（１）沥青路面施工过程关键参数变异性影响分析从沥青路面施工各过程，包括拌和、运输以及摊铺环节入手探宄影响沥青路面施工质量的关键参数。同时结合工程实例以及室内实验，根据检测数据对各关键参数的变异性以及其、、、对路面高温低温水稳等性能的影响进行分析，最终确定沥青混合料级配沥青含量以及温度等作为关键控制参数一，为下步各过程信息化控制研究提供方向性指导。（２）基于拌和站信息化监控的沥青混合料质量控制技术研宄根据传统沥青路面质量监控模式存在问题，提出道路施工信息化监控方案，包含对拌和、运输、摊铺等环节的监控，并且分别从数据采集、传输、处理、展示并辅助于信息反馈来实现施工质量信息化控制。论文以拌和站为主要监控目标，对拌和过程中的沥青含量、关键筛孔通过率以及拌和温度等关键指标数据进行监控，并且解决数据的自动连续采集、实时传输和有效分析与反馈方面的技术问题，建立起有效的信息化监控机制，实现对沥青拌和过程中混合料生产质量的远程实时监控。（３）运料车温度场分析以及信息化监控技术研宂结合传热学相关理论，采用有限元软件ＡＢＡＱＵＳ建立运料车内沥青混合料的温度场模型，模拟沥青混合料在运输过程中的温度变化，对影响运输过程温度离析的重要因素，包括时间、环境温度、保温措施以及太阳辐射等因素进行分析，并且建立以运输时间为控制要素的运料车信息化监控机制，从而消除或减轻混合料的温度离析现象，防止低温混合料流入下６ 第一章绪论一施工环节，保证后续施工环节温度的均匀性和有效性。（４）基于温度离析的沥青路面摊铺过程信息化监控技术通过在摊铺机上加装的以红外温度传感器阵列以及距离传感器等外部硬件设备为基础的沥青路面摊铺温度实时采集设备，对摊铺速度和温度的全面、准确测量。同时利用ＧＳ＋Ｖｅｒｓｉｃｍ和ＡｒｃＧＩＳ软件对各空间插值法进行比较三次样条函数将铺面离散的温度点数据扩展，优选为面数据，并且开发了基于ＭＡＴＬＡＢ摊铺温度云图绘制程序，直观地展示铺面温度分布情况。最后，通过摊铺过程信息化监控机制，实现对摊铺过程远程监控、实时预警的目的，满足全面、连续、实时监控沥青路面摊铺温度离析的工程技术需求。１１针对以上研宄内容，本文主要的技术路线如图．所示：￣ｒ＾ＴｌＩ据据理息ｆ＾关键参数选取１＾＾＾１ＴＴＴＴＴ变异性影响分析道路施工过程信息化监控方案设计＇＇—Ｊ：：ｉ沥音混合料拌和过程质置控制运料车温度场分析以及信息化基于温度离析的摊铺过程信息！｜｜｜｜｜！技术研宄监控技术研宄化监控技术研宄ＩＩＩＬｆ４＊￡Ｋｔｉｆ＂－－－－＇＂？＇—－？？．干干个，．－Ｔ．／〒干ｙ〈：「：基ｙ）／拌预＼（）摊！＼騰和均警－－－－－－铺运丨ｊ丨丨丨温于：！丨鑿户ｉ站ｉ？！值规：料ｉ丨Ｓ！ｉ度§ｇ车§度ｉ－数控则丨ｉｉＩＩ岂；ｉ丨｜、渠据制ｉ—控！丨丨１、！ｉｉｉＳ愚１Ｓ！菜３Ｉ！１１§！丨丨ｆ！ｉ＾丨Ｈｉ１＿：术确：丨丨设逼形丨析法丨丨ｊ集塑＾Ｖ／＾ｙＶＬＡＪ．．…—］＝—．．．．．．．．．＝：１＝—……―：构建信息化监控平台丨ｉＩＩＩｉ拌运摊！｜和｜输｜铺ｊ！控控控丨：制制制丨图１．１技术路线图７ 第二章沥青路面施工过程关键参数变异性影响分析第二章沥青路面施工过程关键参数变异性影响分析一，分别为事前控制、事中控制和事后控制施工质量控制般分为三个阶段，体现了全面质量管理的特点。目前，我国沥青路面施工过程中各项指标的检测方法和评价标准都是按照规范要求进行的，而规范中确定的控制指标大都是基于路面施工过程中的中间产品或最终产。，品确定的衡量指标，属于事后控制因此即使在发现控制指标不符合要求时，往往也己经错过了在施工过程中最佳的改进时机。沥青路面施工质量控制的实质是对沥青混合料生产、运输、摊铺和碾压过程的质量进行，确定各过程的关键控制参数控制，在保证原材料质量的基础上，通过先进的检测方法和反，馈改进措施，针对沥青路面施工进行全过程质量控制能够有效地提高沥青路面的施工质量。本章从沥青混合料生产、运输、摊铺和碾压过程入手，结合专家调研结果和现代信息化控制技术要求，初步选取沥青含量、级配以及各环节温度作为影响沥青路面施工质量的关键参数。同时结合工程实例以及室内实验，首先分析各关键参数的数据变异性，再分析各关键参数对于路面性能的影响。２．１关键参数选取沥青路面施工过程中涉及的指标非常多，通过查阅文献和专家经验判断，结合《公路沥－２００４）的规定青路面施工技术规范》（ＪＴＧＦ４０，，制定出专家调查表列出对沥青路面性能有５影响的指标，让专家选择认为最关键的个指标，并给出相应的权重，要求选择的控制指标不得多于５个，且权重总和等于１００％。专家调查表形式如表２．１所示。２１表．专家惫见咨询表＂＂＂待定关键指标建议选择关键指标（请打Ｖ）建议权重混合料级配油石比室内马歇尔马歇尔稳定度配合比试验沥青饱和度矿料间隙率路面空隙率（压实度）路面平整度路面构造深度路面厚度路面渗水系数路面离析（温度、级配）合计１００￣＂专家表共收回３３份１１６，６，，其中业主单位份、施工单位１份科研单位份并对专家调查表进行统计，将每个指标所获得的权重相累加２．２，统计结果如表所示。９ 东南大学硕士学位论文表２．２专家调査表结果统计￣￣￣待定关键指标１１施工单位科研机构百分比（％）混合料级配１８０３１５Ｕ５６１０１８油石比１２４０８５５０５１５８０室内空隙率１３０１５５５５３４０１０马歇尔稳定度２０１００３０１沥青饱和度〇〇〇〇〇矿料间隙率７０２０２０１１０３路面压实度１８０３６０１３５６７５２０路面平整度０３５〇３５１路面构造深度０１０〇１０〇路面厚度１４０１７３７５３８８１２路面渗水系数８０８２２５１８７６（温度９０４１０１２路面离析、级配）１３０１９０合计００１６００６００３３００１００１１￣２２可工作者对沥青路面关键指标的选择意见基本相同从表．以发现，道路，即普遍认为影响沥青路面质量的５项关键指标分别为沥青混合料级配、油石比、路面压实度、路面离析以及路面厚度一。其中温度离析作为路面离析的重要控制指标之，随着先进检测技术的应用开始逐渐引起大家的重视，因此，温度也应沥青路面质量的关键控制指标。本文拟采用在施工过程中（主要包括拌和、运输和摊铺环节）控制关键参数指标达到路面质量的整体控制，因此所选择的控制指标不仅要与路面质量密切相关，还应在施工过程中能够通过信息化技术进行采集，，所以本文综合专家调研结果和信息化控制要求初步确定沥青混合料级配、油石比以及温度作为关键控制指标。２．２沥齡量沥青含量是指混合料中沥青与沥青混合料的质量比，是沥青混合料设计和生产的关键指标。研宄表明，当沥青含量实际值偏离最佳设计值达到±０．３％时，就会对沥青混合料的使用性能产生较大的影响。当沥青含量较少时，混合料组成中沥青不能完全裹覆集料而减小集料一，方面混合料的强度也会显著降低间的粘聚力由此导致混合料在施工时难以压实，另，路面通车后容易产生开裂、松散等各种病害；当沥青含量过高时，引起混合料孔隙率减小，在高温天气下容易产生泛油等病害一“”，更进步地，过多的自由沥青沥青在集料间产生，导致集料间间距増大，减弱了混合料的抗剪强度，车辆荷载作用时会直接破坏路面结构。因此，沥青含量在质量过程控制中需要重点考虑。２．２．１沥青含置变异性目前，检测沥青混合料中沥青含量较为常用的两种仪器分别为离心抽提仪和燃烧仪。本文分别采用抽提法、燃烧法对不同沥青含量的混合料进行室内试验研究，所用混合料均来自某高速公路施工过程一，取样位置为拌和楼出料口下方设置个取料器，在拌和楼放料过程中１０ 第二章沥青路面施工过程关键参数变异性影响分析，获取沥青混合料样品，将获取的沥青混合料通过四分法逐步分为四份随机取两份做抽提试。３。验，另两份做燃烧试验同时对拌和楼自动打印数据进行统计分析，其结果见表２．表２．３沥青含量检测结果￣ｉ＊浙青含量（％）变异系数设计沥青用量检测万法备注数量最大值最小值平均值（％）（％）抽提法２０１９７３＾８５１９Ｌ４Ｓ２０４ｕ－燃烧法．０８３．７９３．９４０．８８３．８５下面层Ｓｐ２５拌和楼打印数据２００３．９５３．８２３．８８０．３４５２０４４．２１抽提法．８４５４．３５．６６２０４５８４２９４－燃烧法．３９１５４３中面层．．．４．Ｓｕｐ２０拌和楼打印数据２００４．３８４．２７４．３４０．３９７２０５７８．５２２５抽提法．５３．５．０燃烧法２０５．８５．６７５．７５０．６７５．６６上面层ＳＭＡ－１３拌和楼打印数据２００５．７６５．６３５．７０．４５８由表２．３可知，无论哪种试验方法得到的检测结果都表明，在沥青混合料生产过程中沥青含量都会产生一定的变异性，这是由于拌和过程中各因素的影响使得沥青含量不定量的偏一离目标值。表中结果表明，，在拌和楼生产过程中对于油石比的控制较为稳定，变异系数般不超过２％。由于不同的试验条件和方法都会影响试验结果的变异性，因此引入拌和楼打印数据，结果表明拌和结果仍存在变异性。但考虑到拌和楼打印数据准确性较髙，能够真实反映混合料生产情况，，具有很好的使用和参考价值。因此，在施工过程中可通过逐盘打印数据及时掌握沥青含量变化情况，发现并解决异常问题。２．２．２沥育含；■变异性对沥育路面使用性能的影响沥青含量变异性对沥青路面性能具有较大的影响一。般而言，当混合料中沥青发生变化２时．４，沥青混合料的黏结力会发生变化，从而影响沥青混合料的力学性能。通过表列出的不同沥青含量沥青混合料的马歇尔试验技术指标，对沥青混合料生产过程中沥青含量对各技术指标的影响进行分析。表２．４沥育混合料马歇尔试验结果毛体积饱和度沥青含量计算理论最空隙率矿料间隙率稳定度流值相对密＾ＶＦＡ（％））ＶＭＡ（％）（ＫＮ）（０．１ｍｍ）＿大相对密度（％，、度（％）１５２．３８８２．５６２６ｉ８ＵＪ４Ｗ１０５９３０６３．５４４５．５１．１５８．７２４．９２．４０３２３１．３７３２．４．２４１３２５３３４７１３６４１１．２．２．．．．３．３５３３５４４４５２６４．１．１４５９３５１．２．１８２．３３．５６７８．．４．５７１１．６２．４２２２．５１９３．９１３０．３３．７９３８．４．９２．４２７２．５０９３．３１３．７７５．６１２．０８３９．７５３２４３５２２１３１１１１１４２．．．４９２．３．９８３．．．３图２．１和图２．２芬别给出了畜定度和空隙率与沥青含量之间的关系。１１ 东南大学硕士学位论文稳定度空隙率１１［ＩＨ：ｉｉＬｉｌｌｉｉｌ，ｉＬｉｉｉｌｉｉＩ圓圓圓ｌｉ４４４４．４４４４４３．５３．９４．２．．６．９５．３３５３．９．２．．６．９５．３沥青含量（％）沥青含量（％）图２．１沥青含量与稳定度的关系图２．２沥青含量与空隙率的关系由表２．２中数据可知，沥青含量的变化对沥青混合料的空隙率和稳定度的影响较为明显。随着沥青用量的增加，集料表面被沥青完全包裹，骨料之间的空隙逐渐被沥青填充，空隙率逐渐减小当沥青用量较少时，在进行马歇尔稳定度试验时，混合料中的骨料之间主要为嵌；挤力，稳定度小，随着沥青用量的增大，沥青的粘结力和润滑作用逐渐凸显，使稳定度逐渐增大，，，混合料稳定度呈下降趋势但当沥青用量过大时沥青的润滑作用显著。ＪＴ４０－２００４０《公路沥青路面施工技术规范ＧＦ》中对沥青用量规定的允．３％，（）许偏差为２－从图．１２．２中可见，在所测的沥青含量范围内，沥青含量每增加０．３％，混合料的孔隙率平均减小０．７５ｋＮ．，混合料的稳定度在沥青含量４．４，平均增加．，４４％之％％之前１３３在沥青含量后．１６ｋＮ。由此可，，平均减小１见沥青含量的变异性对于沥青混合料的性能具有显著影响，在施工过程中应注意控制其变异性。２．３混合料级配除沥青含量之外，沥青混合料级配也是影响混合料品质及性能的关键因素。大量研宄表明，、低温抗裂性矿质混合料的级配在很大程度上决定了沥青路面的高温稳定性、水稳定性以及耐久性等性能。级配的变化将直接导致路面压实度的变化，而压实度是否满足要求直接决定了路面的承载力和抗水损害能力。２．３．１沥青混合料级配变异性一目前，沥青混合料级配检测般采用离心抽提法、热料仓筛分法以及燃烧法，而国内使用较多的是离心抽提法，。现分别采用抽提和燃烧两种方法对沥青混合料级配进行检测检测数据如表２．５所示。１２ 第二章沥青路面施工过程关键参数变异性影响分析表２．５沥青混合料级配变异系数￣￣￣￣￣￣￣２６１１９１１２９５４７５２．３６１．１８０６０３０５００７５筛孔尺寸．０＂＂＂抽提法０３９Ｌ２４１．９７２．２７１．８４２．４８５．８７６．９３７＾５１４ｍ１０４下面层１３－１．７２３．８７４．７３５．７５．８１６．３３５．６４４．６６５．４９８．５４Ｓ２５燃烧法．７７ｕｐ＾抽提法／３．１８２．１２２．５６２．７１４．３１５．０７７．５２７．１１８．２４５．３２中面层＇＾＇２－蠢燃烧法／．５２６．１１６．６８７．０６５．１４６．１３６．７８１３．７４１４．３５１６．６４Ｓｕｐ２０Ｓ抽提法／／１．１８２．７３３．１２４．０２４．１３５．６８７．３２６．１７３．５８上面层数－．．燃烧法／／１．２１２３２１．９７１８１２．５１２．７１８．６５１０７１３．１９ＳＭＡ１３．３？图２．４２．６分别给出了不同沥青混合料采用燃烧法和抽提法的级配检测结果变异系数对比图。鬮ＩＳｒ＾；：＿Ｋ：［｜０．０７５０．１５０．３０．６．１．．７．．．．．１．．１．１．．．３．２１１８２３６４５９５１３２１９２６５００７５０５０３０６８２３６４７５９５１９筛孔尺寸ｍｍ筛孔尺寸ｍｍ（）（）２３Ｓｕ－２５混合料级配通过率变异系数图２４Ｓｕ－２０图．下面层ｐ．中面层ｐ混合料级配通过率变异系数防刃抽提法ｒ＿燃烧法Ｍ－１４＿ｇ１。團固’Ｉ圍ｌ，４？ｉ鼠Ｐｒａ０．０７５０．１５０．３０．６１．１８２．３６４．７５９．５１３．２筛孔尺寸（ｍｍ）２５ＳＭＡ－１３图．上面层混合料级配通过率变异系数一２一由表．５可知样，两种方法的检测结果都表明，即使是生产同，和浙青含量的变异性种沥青混合料，但是在不同的拌和批次中，由于各种因素的影响其级配之间会存在较大的差一异，即混合料生产过程中级配也会产生定的变异性。但和油石比的生产变异性相比之下，？级配检测结果的变异系数在１％１６％范围内不等，即在沥青混合料的生产过程中对级配的控制结果较差，生产波动较大，尤其是小粒径筛孔。２？从图．３图２．５中可见，小粒径筛孔的通过率变异系数相比于大粒径的有较为明显的增１３ 东南大学硕士学位论文大，尤其是采用燃烧法测得的结果，随着筛孔孔径变细，通过率的变异系数明显提高，这是，影响了测量数据的准确性，可能是由于燃烧过程中，细集料存在结团现象同时筛孔越细，，试验误差就越大试验的操作难度越大。因此，在沥青混合料的拌和过程中，要注意混合料的配合比波动，尤其是级配波动。２．３．２沥青混合料级配变异性对沥青路面性能的影响沥青混合料的级配发生变化，首先改变的是混合料的内部结构，集料之间的嵌挤作用发生改变，从而碾压成型时所需的压实功不同，沥青路面最终的压实度也会发生变化。美国６］ＮＣＨＲＰ［的相关研究表明，如果假设集料密度和压实功不变，那么混合料级配组成的变异性一可能会对体积参数特别是空隙率ＶＶ产生较大的影响。本文采用ＰＱＩ密度仪对同施工断面－．．密度值进行测量，了解沥青路面断面压实度分布情况２６、图２７。图为某高速公路中面层ＡＣ２０型沥青混合料横断面压实度检测结果分布图。一一￣一—■？一——断面１断面２■断面？２１断面晒３十＿４十断面４２－．４８＾９，＊３－２－．３２■■■■Ｉ■■■■■■■■里■Ｉ■Ｉ■Ｉ■ｉ，ｉ■■ｉ■垂■■ｉ■．■ｉ■ｉ■■■ｉ■ｉ．■ＩＩＩＩＩＩＩＩＩ？Ｉ番Ｉｉｉｉｉｉｉ垂０１２３４５６７８９１０ＩＩ１２１３１４１５０Ｉ２３４５６７８９１０１１１２１３１４１５距离中央分隔带距离（ｒａ）距离中央分隔带距离（ｍ）图２．６横断面密度分布图图２．７横断面空隙率分布图“”从全断面数据来看，断面密度大体呈反Ｗ形状，表现为断面边缘和中间的混合料密度“Ｗ”要小于其他位置，同时断面空隙率分布形状呈正形状，表现为断面边缘和中间的空隙率要大于其他位置，即断面边缘和中间的压实度要小于其他位置。因此，在断面两边和摊铺机拼缝处，压实的铺面具有密度小、空隙率大、压实度小的特点。大量工程实践表明，由于施工工艺和施工机械的影响，在摊铺机拼缝和边缘处容易产生混合料的级配离析，级配实测值与设计值相比会产生较大的变化。为分析混合料级配变异性对压实度的影响，有针对性地选择该标段内铺面温度控制良好的区域对沥青混合料进行取样和试验，避免低温对路面压实度的影响，取样位置为摊铺机后典型位置，按规范规定的方法取样进行级配检测，检测方法采用抽提法２．６。检测结果如表所示。４１ 第二章沥音路面施工过程关键参数变异性影响分析表２．６级配检测结果筛孔尺寸（ｍｍ）空隙油石比（％）２６１１１９５４７５２１１１．．５９６３．２．．．３６．８０．６０．３０．５００７５（％）￣￣￣￣￣４．０．８７４７．１４１００９３２８６．１３７９．０３６２．９３３８２４９１６＾１１．９３８．５７６７５＾４ｌＪＴ４２７１００４．５７７２３．３７．７．６６５５８．９８．４８３．３６６．２７３９．２６．０７１６１２１８．６７．５６．４１２３２６１７１７１１２７７４３．．３３１００９４．０７８８．０３７８．６７６５．９４．．．．６８．７６．７３５．５５７４．．３５１００９６．１７８８．４７７９．８６５．３７４２．４３２６．９３１７１３１２．７３８．８７６．７７５．４３４．４５４１１７７７１Ａ７２．３８００９５．４７８８．１７８０．６３６７．５３４２．１７２７．５３．１３．１９．２５．８４．４１１１１１７．．４００９７．０３８８．３８０．７３６７．４７４３．４２５．５７６．３３．９３８．５６．５５３４．０２４．３６１００９４．５７８８．０３８０．５６５．２４０．９２５．８１６．５１２．１８．４７６．６５．３７５．７６４２９４．８３７５７７８．４１２５．３３１１２２７７３６５５７．１００９８．．３６２９７６．４７．８．．８３．５．９６４２４７７８４０．２７２４．５２７７１．１００９３．４８．３．４７６４．１７１５．９３．２８．９３．３５．８７６，５５４１５４０２３２７５５２７６．２５００９３．６７８７．５７９．６４．３．１６．１１２．１８．６．５．．８９８８８１．４．３７１００９４．１７．２３７０．０３４２１３２６．４１６．９１２．６７８．９３７．０７５７７５．７７４．３１１００９６．７８８Ｊ７９．７３６５．２４２．１３２４．７７１５．７３１１．７７８．２７６．４３５．３３４．１８４．３９１００９４８７．８７７．７３６４．０３４１．６７２７．０７１７．７１３．２７９．１７６．９３５．５３５．３５４．４１１００９５．２３８８．３３８０．８６７．２３４３．３７２７．３７１７．７１３．１８．９７６．７５．２４．６４４３５１００９４．０７４４１５．５４１２２７５２３５２．３７８８７８．２６．６３．３３２１６．．９．０３６．８．．０．４１．６．５７．１１．７３７５７．３３００９４６８８．８８０．４６．４３４１．６２７１８７３９．１３．１．６５．２３４．１２１００９３．３７８６．４７７．４３６３．２３３９．０７２５．２７１７．０３１３．１９．１６．８５．３３６．７８￣对级配检测虿果分别采雨灰色１联分析和逐步回归＾进数据处理分析。（１）灰色关联分析法在混合料级配变异性对压实度的影响分析过程中发现，对沥青路面压实度影响因素众多，包括油石比和各档筛孔通过率，各因素间变化错综复杂，为了能够理清每个因素与沥青路面压实度之间的关系色关联分析理论作为量化手段，，利用灰对沥青路面空隙率的变化过程进行定量描述和比较分析，寻找众多因素中影响最大的因素。灰色关联度计算过程分为以下几个步骤：①确定参考序列和比较序列＝…义《参考序列：义＾（２）⑴，义，，（）。｛。。。｝＝－＝．．／１ｍ比较序列《，２３：尤（１）２（，，），岑（），，（），｛＾尤｝②原始数据处理由于各因素计量单位不同，因而原始数据存在量纲和数量级上的差异，不便于比较，或者比较时难以得出结论。因此，在计算关联度之前，通常对原始数据进行无量纲化处理。对所有数据进行均值化处理，得到新的参考数列Ｙ〇和比较数列Ｙｉ。＝ｒ⑴…ｒ？…ｒ００，，。⑵，，０（）卜楚，，，｛雙专｝＝丄义＝ｎ其中５。⑴（ｋｌ，２，３，…，）文。ｎｋ＾＼……＝⑴ｙ⑵ｙ（？）＝ｙ，，，，，，伏；；｝专亨给｝１５ 东南大学硕士学位论文＝丄＝ｎ）其中Ｚ文Ｘ⑴（ｋｌ，２，３，，ｎｉ＝ｉ③计算参考序列和比较序列的关联系数ｍｉｎｍｉｎｌ－Ｙ＾ｍａｘｍａｘ—Ａ＋：ＹｋＣ：）Ｘｋ）｝（Ａ）｛）／＾＾ｔ／；ｆｒ＾ｔｌ＾｜＼＾—－Ｙ－ａ＞＋７ｍａｘａ）（ｋ）／ｔｎａｘＦＹ）０＾ｆｏ＾ｋ＼｜＾］＇＝＝Ｚ其中ｌ，２，…ｎｌ２３…，ｍ：ｋ３，，；，，，ｅ，关联系数之间的显著性差异需要用分辨系数来提升，（〇式中Ｐ为分辨系数Ｐ，ｌ），－－通常取夕＝｝１１１１１｝丨：〇．５。称为两级最小差⑷＾⑷，１叫叫；（）＾⑷为两级最大差。｜｜｜④计算关联度＝丄，？，？ｔＴｉｈ是比较数列与参考数列Ｘ。间关联程度的数量表示。⑤关联度排序影响因素的重要程度通过关联度的大小来判断，关联度ｈ值越大，与Ｘ发展趋势越。接近，Ｘ．对Ｘ的影响越大。，。将上述级配检测结果数据带入灰色关联分析式中，分别计算油石比以及各档筛孔通过率与路面空隙率间的关联度，计算结果见表２．７。表２．７级配检测结果与路面空隙率间的关联度计算油石比筛孔通过率（％）影响因素＇（％）１９１６１３．２９．５４．７５２．３６１．１８０．６０．３０．１５０．０７５ＹｘＹｉｒ３７４ｒｓｒ６ＹｉＹｚｒ９ｒ，〇／？ｒ１２絲度０．６１３０１１１１．．６９０．６９０．６１００．６３０．６３３０．５９００．５８８０．５９２０．６５０６０２０．６０５￣２＞＝＞＞＝根据表．５的数据对各影响因素的关联度计算结果进行排序，／／／６２３ｎ。；＾＞＞＞＞７５ｍｍｍｍｈ■说明对路面空隙率影响较大的因素有４．，ｌ９，ｈ６ＬｉＡ／？１６ｍｍ０．３ｍｍ９．５ｍｍ，４．７５ｍｍ，和的筛孔通过率以及油石比其中影响最大的是筛孔通过率，１１８最小的是．ｍｍ筛孔通过率。（２）逐步回归分析一通过灰色关联分析法分析了各影响因素对路面空隙率的影响程度，进步地，它们之间的数量依赖关系还需通过建立合适的回归模型进行计量分析。在混合料级配变异性对压实度的影响分析的问题中，影响因变量空隙率的因素有很多，如果以所有因素作为变量建立回归模型一些变量对因变量的影响并不大，那么回归模型中包含太多的变量，且其中，有些自变量之间存在大量的信息重叠，导致得到的回归方程稳定性较差，从而影响模型精度。“”回归方程本文采用逐步回归分析建立最优，只包含所有对因变量影响比较显著的变量，而不包括对因变量不显著的变量。采用ＳＰＳＳ软件系统，对表２．６原始数据进行逐步回归分２２１１１析，得到结果如表．８、．９、３．０、３．所示。１６ 第二章沥青路面施工过程关键参数变异性影响分析＊表２．８输入潑去的变量￣＂ｍｌｉｘｉｉ－＝＞＝ｍｍ＊－－１４／步进（准则＜．．７５：Ｆｔｏｅｎｔｅｒ的概率００５０，Ｆｔｏｒｅｍｏｖｅ的概率０．１００）。２－＜＝－－＞＝１９ｍｍ／ｔ０，Ｆｒｅｍ１）步进（准则：Ｆｏｅｎｔｅｒ的概率．０５０ｔｏｏｖｅ的概率０．００。－＝－－＝３ｍｒａ－＜＞：Ｆｔｏｅｎｔｅｒ的概率０，Ｆｒ０．３／步进（准则．０５０ｔｏｅｍｏｖｅ的概率０．１００）。ａ？因变量：空隙率表２．９棋型汇总￣ｉｉｒＯ调整ｒ方标准估计的误差ｓ１Ｉ＾８３１１０．９００．８９０．４３７７４ｂ２２．０３２５９４０．９５５．９１０９００．ｃ．３０．９６８．９３７０．９２２０２８６７７ａ：４７５ｍｍ？预测（常量．。变量），ｍｍｂ．预测变量：常量）４．７５ｍｍ１９。，，（ｃ：量４７５ｍｍ１？．预测（常．９ｍｍ０．３ｍｍ变量），，，表２．１０方差分析表１Ｆ１１平方和ｄｆｉｉＳｉｉｂ１４．０５９Ｉ１４．０５９７２．７７００．０００１残差２．８７４１５０．１９２总计１６．９３３１６ｃ回归１５．４４６２７．７２３７２．６９５０．０００２１４８７残差．１４０．１０６总计１６．９３３１６＊５４３５２８８４？１０回归１．８６．６．３０．０００３残差１．０６９１３０．０８２６１总计１．９３３６ａ？因变量：空隙率ｂ？预测变量：常量，４．７５ｍｍ。（）ｃ．预测变量：（常量），４．７５ｍｍ，１９ｍｍ。ｄ．预测变量：（常量），４．７５ｍｍ，１９ｍｍ，０．３ｍｍ。表２．１１系数回归表－Ｉ非标准化系数标准系数Ｓｉ模型ｔｇ＆．Ｂ标准误差试用版３３９３７１量）．３３Ｕ０．２４９０．０００（常－－－４７５ｍ０．６８７０．９１１８．５６６０．．ｍ．０８０００００６０７１００９７７７４常量）．７．８．０．０００（－－－．２４．７５ｍｍ０４３８０．０９１０５８１４．８０１．．００００－－－１９ｍｍ０１．１．．３９００８０．４３７３６１３０．０００７６．７５９７．８２２（常量．３４０９０．０００）４７５－７－－．．４３４３．４７８００４．ｍｍ０．３２００９４００．１７ 东南大学硕士学位论文－１１１－－１０００９ｍｍ０．５４００．６０．６０３４．６６．０－－－０．３ｍｍ０１２５５．．６９８０．３００．１９２．２００４２ａ？因变量：空隙率根据表２．８分析结果可知，通过对自变量进行引入和剔除分析，得到对因变量空隙率影７５ｍｍ一、１９ｍｍ０响显著相关的自变量有４．和．３ｍｍ筛孔通过率，这点与灰色关联分析得出的一结论略有不同，但其引入的变量仍是灰色关联分析中影响程度排序靠前的因素，具有定相似性。“”除此之外，通过对各模型回归方程进行显著性检验，确定最优的回归方程。表２．９中Ｒ方为方程的确定性系数？，用来表示方程中自变量Ｘ对因变量Ｙ的解释程度，Ｒ方取值在０１１Ｘ对Ｙ的之间，且其值越接近，表明方程中解释能力越强，换句话说，方程拟合程度越好。表中结果为／＞＞２次之。？忠和，表明模型３对原始数据的拟合程度最好，模型但相差不大表２．１０中Ｆ检验值是检验回归方程的线性关系是否显著，结果为ｆ＞尸＞厂，其２３６和＆相差不大中，表明模型１和２的回归方程线性关系更为显著，即因变量空隙率与自变量Ｘ４．７５及父１９有显著线性关系。表２．１１中ｔ检验值是对模型方程中的回归系数进行显著性检２７５ｍｍ１验，结果表明模型中各自变量回归系数的Ｐ值（Ｓｉｇ．）均为０，说明４．和９ｍｍ筛孔通过率的回归系数通过了显著性检验。“”２２－１根据以上分析结果，采用模型作为最优回归方程，可得到回归分析方程式：－－＝０－１）Ｙ．４３８＾０．３９１Ｘ＋６０．７１０（２４７５１９－式２１表明，在混合料级配中，对路面空隙率影响显著相关的参数为４．７５ｍｍ和１９ｍｍ筛一－２０４孔通过率，这结论也符合ＡＣ在实际生产过程中两个重要的参数．７５ｉｍｎ，即作为混合－１ＡＣ料级配的关键筛孔进行控制，９ｍｍ为２０的公称最大粒径来区分混合料级配类型。同时根据回归系数在回归方程中表示自变量Ｘ对因变量Ｙ影响大小的参数，回归系数越大表明Ｘ对Ｙ影响越大，正回归系数表明Ｙ随Ｘ增大而增大，负回归系数表明Ｙ随Ｘ增大而减小，４５ｍｍ筛孔通过率影响程度大于一来判断回归方程中．７１９ｍｍ筛孔通过率，这点与灰色关联分析结果完全相同。由于自变量回归系数为负，因变量空隙率Ｙ随自变量４．７５ｍｍ和１９ｍｍ筛孔通过率Ｘ４，．７５、Ｘ１９增大而减小，反而言之即关键筛孔通过率越小，级配越粗压实度越低，这是因为大量粗集料之间的嵌挤使混合料难以压实，而且混合料是按照最佳油石比进行生产，随着级配的变化，混合料中细集料的增加或减少，会影响集料的比表面积，从而影响有效沥青膜的厚度，在相同的压实条件下，路面得到的压实度会有所不同。综上所述，沥青混合料的级配对沥青路面质量尤其是压实度会产生直接的影响，因此，级配应作为混合料生产环节重要的控制指标。２．４混合料温度沥青混合料温度是沥青路面施工过程中的重要控制参数，包括沥青混合料生产环节的拌和温度（出厂温度）、运输环节的到场温度、摊铺环节的摊铺温度以及碾压环节的碾压温度等１８ 第二章沥青路面施工过程关键参数变异性影响分析具体参数。由于混合料温度参数所涉及的环节众多，并且任何环节造成温度损失的因素有很一多，从而导致较为严重的温度离析。在同碾压工艺下，高温区域在压实过程中容易产生横向裂纹以及严重的表面推移现象，影响路面平整度，大大降低了行车舒适性；而低温区域在压实过程中不易压实，导致路面压实度较低、空隙率増大，运营期易出现坑槽等病害。因此，对混合料温度的控制可有效提高路面施工质量，减少路面早期损害，延长路面使用寿命。２．４．１沥青混合料温度变异性（１）拌和温度在所有温度参数中，起决定性控制作用的是拌和温度（出厂温度），其高低直接影响了后续环节沥青混合料温度的髙低。因此，在沥青混合料生产过程中，应严格检验、控制温度指标，每车沥青混合料均应使用水银温度计（或数显插入式热电偶温度计）检测其出厂温度，或者通过传感器自动检测并逐盘评定拌和温度。本研宄利用自主研发的沥青拌和楼信息化采集系统对沥青混合料生产过程中的各项指标进行采集，其中包括混合料拌和温度。通过该数据采集系统对江苏某市快速干线工程路面中面层Ｓｕｐ－２０改性沥青混合料生产过程中的拌和楼主机数据进行实时采集，得到的原始数据。一一对同混合料类型段时间内的生产数据进行数据统计，得到表２．１２的统计结果。表２．１２沥青混合料出厂温度￣施工日期ｉｉ出厂温度范围ｒｃ）出厂温度平均值ｒｃ）变异系数（％）－－２０１６５－１９１９６１５４１８１１７５３Ａ３－－２０１６５－２４６６０１４５１８７１７３５０．２２０－－－１６５２５７６０１４７１８５１７２４．９８－－－２０１６５３０４３７１４６１８６１７６３．２１￣一混合料类型在不同时间段内生产根据沥青混合料出厂温度检测数据可知，其变异，同水平不同。通过查阅当地历史天气状况发现，变异系数大的沥青混合料生产时间段之前多雨水天气，，而集料干湿状态对沥青混合料，空气湿度大集料受天气状况的影响处于潮湿状态的出厂温度会产生较大的影响，引起不同程度的波动。表２．１２中数据表明，干燥集料状态下的混合料出厂温度变异性控制在３％左右，而潮湿集料状态下会达到５％，即当拌和站使用潮湿集料进行沥青混合料生产时，其出厂温度波动较大，这可能是由于潮湿集料含水率不均匀造成集料加热温度的稳定性较差，从而导致沥青混合料拌和过程温度不均匀。当沥青混合料拌和楼集料加热温度设置相同时，集料潮湿状况下°３￣４Ｃ。沥青混合料的出厂温度平均低于干燥状况下因此，在混合料生产过程中，应尽量使用干燥的集料，，做好集料防水措施保证沥青混合料生产时温度的稳定性，从而保证混合料温度在各施工环节的稳定性。（２）运输温度沥青混合料在拌和厂完成拌和向摊铺现场运输的过程中，由于混合料的温度远高于周围环境温度，，即使在炎热的夏天环境温度也比沥青混合料温度低很多，通过热传导、对流和辐射三种热量交换方式，会造成沥青混合料的热量损失，其温度在到达现场时较之前有不同１９ 东南大学硕士学位论文程度的降低，影响混合料温度的因素有很多，包括混合料出厂。而在沥青混合料运输过程中温度、环境温度、运距以及保温方式等等，都会造成运料车内混合料热量损失，车内混合料０－２００４会形成不同程度的温度差。《公路沥青路面施工技术规范》（ＪＴＧＦ４）中对沥青混合料一运输到场温度做了最低限值的严格规定，防止过低的沥青混合料流入下施工环节，从而影响浙青路面施工质量。（３）摊铺温度由于沥青混合料在存储，、运输以及摊铺过程中都有不同程度的热量损失导致在摊铺时铺面温度均匀性较差，温，出现不同程度的温度离析现象。与集料离析现象不同的是度离析，所以在施工过程中往往不易被察觉无法直接通过视觉观测。故本文借助温度测试设备对铺面温度均匀性进行监测，通过在摊铺机后架设的红外温度传感器阵列，在摊铺机不断向前摊一铺的过程中按定的时间间隔对机后铺面混合料温度进行实时采集，连续采集多辆运料车在，并绘制混合料沿纵断面的温度分布图，图２．８（ａ）摊铺过程中铺面混合料温度数据，并对其一－，图２ｂ）２１３，５中两辆运料车摊铺温度做了具体分析．８（图．其中前１分钟为第车混合料摊铺时间，后１４分钟为第二车混合料摊铺时间。—？一一？—一－．．ｒ边缘３０ｍ３５ｍ拼缝＇车歳１８０１车２车３车４车５车６’，２°－Ｖ：．３０ＩＩＩ■Ｉ．Ｉ．■．■■．■．．．．．．Ｉ．．Ｉ．ＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩ＂〇９：００９：３０１０：００１０：３０９：００９：１５９：３０时间时间ａ（）连续多辆车（ｂ）两辆车２８图．纵断面温度分布图第一车平均温度ｎｏ一？－第二车平均温度「平均温度－１５０＾Ｉ－１４５１＊－１４０Ｉ．｜｜｜｜ｉ．ｉ．，，｜，０１２３４５６位罝（ｍ）图２．９横断面温度分布图由纵断面温度分布图２．８（ｂ）可知，摊铺机两侧边缘和拼缝位置温度明显低于中间段的一，，，温度拼缝处的温度最低；并且同车料在摊铺卸料过程中混合料大量暴露在环境中其温度会随着时间的增加而逐渐降低。同时结合图２．８（ａ），对连续多辆运料车在摊铺过程中铺２０ 第二章沥青路面施工过程关键参数变异性影响分析面平均温度统计分析可知，摊铺机在运料车卸料结束时存在收斗拢料的现象，导致铺面会出现周期性低温区域。一一由横断面温度分布图２．９可知，从辆料车摊铺的平均温度来看，第车摊铺温度比第°二车二？高，摊铺后各个位置温度比第车高出约０８Ｃ；并且从总体来看摊铺机后温度分布有一定的规律性，即在摊铺机两侧位置处由于大量的热量损失造成温度分布较低，靠近中央分°？．隔带，不５５Ｃ，比正常摊铺温度低约ＨＴＣｌｍ６０ｍ区ｌｍ之内温度较低超过１；在域属于正°１６０６ｍ常温度区域，温度分布均匀，温度相差较小，大体在Ｃ以上而超过的拼缝处温度急；°剧下降，比正常摊铺温度低２０Ｃ左右；所以这种低温区域只局限在距离边缘ｌｍ的范围内，且越靠近边缘温度损失越大，反之，随着向中间区间的靠扰，温度损失较少并保持良好的稳定性。—■———２６ｍｉｎ■ｉＳ４ｍｎ——？—ｍ２８ｉ１７０ｍｎ５６ｉｎ「车平均＂二车平均ｌ：一一＾、＾；＾＂－ｔ１６０一一＞１６０ｔ＾■１４０－．３５｛＊■■＊？Ｉ？崖》量？？１１－■－睡？－■量崖量１３〇１３５０２３５６０１２３４５６１４位置（ｍ）位置（ｍ＞一２１．１１图．０第车收斗温度分布图２第二车收斗温度分布—■一温差４０．３５■■－１０■？■■Ｉ■■■■■■垂■Ｉ■Ｉ？？■垂■Ｉ■Ｉ■Ｉ５ＩＩＩＩ■Ｉ９：００９：１５９：３０时间图２１２．摊铺机后横断面温差分布一从收斗时的温度分布图２．１０和２．１１来看，第车收斗（第１３ｍｉｎ、１４ｍｉｎ）时，温度比°ＨＴＣ￣３（ＴＣ二车收斗（第２７ｍｉｎ、２ｉｎ），５Ｃ摊铺平均温度低；第８ｍ时温度比摊铺平均温度低°一？１５Ｃ，第车收斗温度离析更严重些。从摊铺机后横断面温差分布图２．１２看出，前１５ｍｉｎ，°°一°６０３０Ｃ以上１４ｍｉｎ／３０即第车的温度差，即第二车的温度差８５于Ｃ，且其中％在；后。低°一二２５％低于２０Ｃ，分布更加均匀，这表明第车的温度离析要明显大于第车；并且全观测期°〇间断面温度差值均超过ｌＣ。２１ 东南大学硕士学位论文５０厂４０－－「Ｔ？－３５４０－：；！＇；■．｜■－３０了｜：＿２３０５ｇｉ：ｉＩｇ＇－嫌２〇－＊■Ｍ！；＿截０－丨！：塚２：１５「？＿＿＿Ｉ！Ｉｉ＿－１０－：：：ｌｏｉ■Ｉ＊Ｉ＊５－｜？？ＩＩ？？＊ＩＩ．．丄．．丄．丄．１．１．丄．１．１Ｉ．Ｉ■１．Ｉ．Ｉ．Ｘ■Ｉ．Ｉ．Ｉ．Ｉ．Ｉ１１丄ＱＱ１７０７１３０１４１６５１１５１８０１３０１３５１４０１４５１５０１５１６０１６１７０７１３５０１４５１５０１５５６０５５１５１８０温度ＣＣ温度（Ｘ：））（ａ）Ｏｍｉｎ（ｂ）１４ｍｉｎ２１３图．横断面温度分布频率从横断面温度分布频率图２．１３可以看出，正常摊铺（第Ｏｍｉｎ）时中间温度区域所占比重大，ｉｎ），极高与极低温度区域所占比重小基本呈现正态分布线形；而收斗（第１４ｍ时温度分°布区间向低温段偏移，温度极差减少，并且低温区所占频率高，１５５Ｃ以上的高温区己经不存在。因此，铺面温度检测结果表明铺面摊铺温度会存在较大的变异性。２．４．２沥青混合料温度变异性对沥青路面使用性能的影响沥青混合料的成型温度将直接影响路面的使用性能，为了测量温度变异对路面压实度的影响一，在路面碾压过程中，选择横断面同宽度范围内，避免集料离析对铺面压实度的影响，通过在初压压路机上安装的红外温度传感器对铺面温度数据进行采集，２．１４如图所示，待所，ＰＩ密，２１３所示有碾压工序完成后使用Ｑ度仪对不同温度区域的密度值进行测试结果如表．。｜图２．１４配备温度传感器设备的压路机２２ 第二章沥青路面施工过程关键参数变异性影响分析表２．１３不同温度区间的密度测试值密产值测试区间位置平均温度——１２３４平均值高温区１５０２．４０２２．３９６２．４１３２．４３５２．４１２低温区１２４２．３０７２．３１７２．３０３２．３４３２．３１８１５６２．４０４２．４２４２．３９８２．４５２２４２０高温区．２低温区丨３３２．２８３２．３０２２．３２５２．３１３２．３０６高温区１５８２．４１９２．４１４２．４３２．４４５２．４２７３低温区１２３２．３５３２．３４６２．３３９２．３４９２．３４７高温区１４２２．３８７２．３４６２．３９９２．４０２２．３８４４低温区１１７２．２９８２．２８９２．２８２２．３２１２２９８．高温区１４９２．３８５２．４１７２．３９１２．３８７２．３９５低温区１１４２．３４８２．３６６２．３３７２．３４６２．３４２１３８２．４１２２３７８２．３５１２．３６２２．３７５高温区．低温区１０９２．２９９２．３２８２．３４９２．３０６２．３２０一■一高温区一■一高温区４４９２一■一低滋区８一■－低温区「「２４２：＼一－－２．４０９６＼＂２－３８｜；ｇ＾■＾２－－．３６铐９４ｇ、、：八乂、？＾八／■２－．３０ＩＩ■Ｉ■■．１．１．ＩＩ．Ｉ．？■Ｉ．Ｉ■Ｉ．２？ＩＱ２ｇＱ２３４５６１２３４５６１测区测区２１５２１６图．髙低温区密度对比图图．髙低温区压实度对比图在同样的碾压情况下，不同的温度区间会影响沥青混合料的碾压效果，而且密度相差较大．１５，甚至有的区域压实度已不能满足质量要求。图２高温区与低温区的对比表示高、低温区的密度会存在较大的差异，高温区域的密度测量值普遍大于低温区域，差值在３？？ｉ０．０５３Ｏ．／２２６艮ｌＭｇｃｍ，换算成压实度贝ｊ差值在％５％之间，图．１所示，Ｐ铺面成型温度每降°低１０Ｃ，路面压实度会降低２％左右，而路面较大的压实度差异必将会大大增加路面出现早期损害的可能性。综上所述，沥青混合料温度离析对沥青路面压实质量有较大影响，因此，在各阶段的温度控制也应作为路面施工过程中的重要控制指标。２．５各参数影响性分析本节通过室内试验研宄沥青含量、混合料级配、混合料温度等关键因素对于沥青混合料马歇尔指标、高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性的影响。采用３因素３水平的正交试验方法，研究各因素对沥青混合料性能的影响程度。２３ 东南大学硕士学位论文２．５．１配合比设计７０＃基－选用常规的质沥青和质地坚硬的玄武岩，采用典型连续级配ＡＣ１３，通过马歇尔《Ｅ２０－２０法进行混合料的配合比设计，根据公路工程沥青及沥青混合料试验规程ＪＴＧ１１》中１的方法测试基质沥青的基本性能．４所示。，结果如表２２．１４０＃表７基质沥青主要技术指标。。７Ｗ２５。针入度软化点５。延度弹性恢复°基质浙青／０．１ｍｍ／Ｃ／ｃｍ／％＾６８Ｊ４〇５＾８１１５试验方法Ｔ０６０４Ｔ０６０６Ｔ０６０５Ｔ０６６２－－－－根据粒径的大小将集料分为四档：１＃（１０１５ｍｍ）、２＃（５１０ｍｍ）、３＃（３５ｍｍ）、４＃（０３ｍｍ）４种集料和矿粉的筛分结果如表２．１５所示。，表２．１５集料筛分结果筛孔（ｍｍ）通过百分率（％），＾￣１１２９３４Ｊ５２３６Ｕ８０＾０３〇１５０．０７５Ｉ＃７０８９！〇０３〇１〇１〇１〇１２＃９６．７６８．３６．６０．４０．３０．２０．２０．１０．１３＃０．０１０００７９５９．３５５３．１２３１．７０８１０．．．．．４＃１００．０１００．０１００．０８９．２６４．７３６．３１４．５５．８１．５１００１１１．１矿粉．０１００．０１００．０００．０００．０００．０９９．２８０６９．１￣《ＪＴＧＥ４２－２００５》中４按照公路工程集料试验规程的方法，测量种集料和矿粉的毛体积密度和表观密度，其中粗集料密度的测量方法是网篮法，细集料密度采用容量瓶法测得。结果如表２．１６所示。表２．１６集料的密度￣矿料种类表观相对密度毛体积相对密度吸水率ｉｍ２．９１５１８５１０．７７％２＃料２．７１４２．６８００．４７％３＃料２．６８９２．６５８０．４３％４＃料２．６５９２．６３３０．３７％２５５－矿粉．６５５２．６￣－参考《公路沥青路面施工技术规范ＪＴＧＦ４０－２００４》中对于ＡＣ１３级配范围的规定，在规一、２７２１５。范上限下限之间选择条级配，级配组成及级配曲线如表．１和图．所示２４ 第二章沥青路面施工过程关键参数变异性影响分析２１表．７级配组成筛孔通过率（％）１６１１２９ｉ５４Ｊ５２３６Ｕ８０６０３０Ｊ５０．０７５设计级配ｍ〇９５ＪＴＴＪ５ｌｌ３７２２９＾０１９＾８１１９８＾５６．２１００．０１００．０８５６８．０５０．０３８．０２８．０２０．０１５．０８．０规范上限．０１００．．１１１规范中值．０９５０７６５５３．０３７．０２６．５９．０３．５０．０６．０规范下限１００．０９０．０６８．０３８．０２４．０１５．０１０．０７．０５．０４．０ＡＣ－１３级配曲线图〇＋设计级配９〇＋规范上限／／厂〇Ａ８０＋规范下限／／／＋规范中值，以７０５°／／Ｓ／ｒＩＩＩＩＩＩＩＩＩＱ０．．．．．０７５０．１５０．３０．６１１８２３６４７５９５１３．２１６筛孔尺寸／ｍｍ２－图．１５ＡＣ１３级配曲线设计级配中１＃料、２＃料、３＃料、４＃料和矿粉的比例为１３：３３：１５：３１：８，其合成毛体积３３２．７］２／密度为２．６８１ｇ／ｃｍ，合成表观密度为ｇｃｍ。Ｃ－根据经验１３混合，５％，４，对Ａ料的油石比进行预估初步预估油石比按照油石比％、°４．５％、５％、５．５／。、６％制作马歇尔时间，马歇尔试件双面击实７５次，测试其各项指标，试验２８结果如表．１所示。２－表．１８ＡＣ１３混合料马歇尔指标￣￣油石比毛体积密度空隙率ＶＭＡＶＦＡ稳定度ｉｉｌ３／％／ｇ／ｃｍ／％／％／％／ｋＮ／ｍｍ４．０２．４０７４＾９３１１６８６１９７１８Ｘ）３２．８８４．５２．４１７３．８５１３．７１７１．９５１４．２６３．３１５０２．４１２．４１１４．３２７６．１９１１８８４．９５．３．５５２．４０６．１４．９．９．３００３７９３９．４２４．３８６．０２．４０４２．４６１５．４２８４．０５６．７６５．８５＂＂＂■各项马歇尔指标随油石比的变化如图２．１１所示。２５ 东南大学硕士学位论文毛体积密度孔隙率２５．４２０２．４１５Ｉ＾４”ｕｐ＾２２．４００４．０４．５５．０５．５６．０４．０４．５５．０５．５６．０油石比／％油石比／％ＶＭＡＶＦＡ１６０．８５＾０—．８０１５０＾－７５Ｉ｜０－７０Ｓ—＞ｌ４＾＾０．６５０１３．６０４．０４．５５．０５．５６．０４．０４．５５．０５．５６．０油石比／％油石比／％稳定度流值２０６＾＼／１５５Ｉ園１０４Ｉ｜聽５二ｒ３０２４．０４．５５．０５．５６．０４．０４．５５．０５．５６．０油石比／％油石比／％２６ＡＣ－１３混图．１合料马歇尔指标随油石比变化趋势根据图２．１６中各项马歇尔指标与油石比的关系，密度最大值对应的油石比ａｌ为４．５％，稳定度最大值对应的油石比ａ２为４．０％，目标孔隙率４％对应的油石比ａ３为４．４％，沥青饱和＝＝度中值７０％对应的油石比ａ４为４．３％，所以，ＯＡＣｌ（ａｌ＋ａ２＋ａ３＋ａ４）／４４．３％，各项指标均－＝＝．１％４．５％，所以ＯＡＣ２４．３％符合规范要求的油石比范围为４。综上诉述，最佳油石比ＯＡＣ＋ＯＡＣ＝（ＯＡＣ２）２４．３％。１／２．５．２正交试验设计沥青混合料的沥青含量、级配以及温度等因素对沥青混合料的使用性能都有较大的影响，由于各因素的交互影响，通过采用正交试验方法设计试验方案分析各因素对沥青混合料性能的影响程度－－。试验以《公路沥青路面施工技术规范ＪＴＧＦ４０２００４》中规定的沥青混合料ＡＣ（）１２－３．４．１级配范围为基础，设计级配Ａ２为章节中ＡＣ１３混合料配合比设计所选用的级配，其靠近规范中给定的级配中值，根据规范对矿料级配质量控制要求规定的允许偏差（０．０７５ｍｍ：２％，夕．３６ｍｍ：５％，２４．７５ｍｍ：６％），在规范的上下限中间分别取两条粗细不同的级配Ａ１和２６ 第二章沥青路面施工过程关键参数变异性影响分析Ａ３。级配组成如表２．１９和图２．１７所示。表２．１９级配组成筛孔通过率（％）Ｌ——１６１３２４Ｊ５２３６Ｕ８０６０３０Ａ５０．０７５ｉＳｘｌＩ５ＥＡ１，。９７．４８４．５５９．５４２５３３．５２３．４１５．８０．７７９Ｉ。。．１．３５：１６：３４：１０（５：）ｄｉｔｔｇ西己Ａ２１００．０９５ｊｙ７７５３ｊ３７２２９．０１９８１２．９８．５６２．．．（１３：３３：１５：３１：８）ｉｔ＆Ｓｉｔ３ｌＥＡ１〇〇〇９２．８７〇．７４６．５３２．２２４．６１６．０９．５６．０４．０（２１：３２：１３：２９：５）１００．０１００．０８５０６８．０５０．０３８．０２８．０２０．０１５．０８．０规范上限．规范中值１００．．１．０９５．０７６．５５３０３７．０２６５１９．０１３，５０．０６．０００６８０３８０２４００００７０规范下限１００．０９．．．．１５．１．．０５．０４．级配曲线图＋设计级配Ａ１９０十设计级配Ａ２／／／８〇７０＋规范上限／／／／ｒ６０＋臟顶／／／／＋规范中值５０＃丁ＩＩＩＩＩＩＩＩＩＱ０．０７５０．０．３０．６１．１８２．３６４．７５９．５１３．２１６１５筛孔尺寸／ｍｍ图２．１７级配曲线图１－１２，Ａ２Ｂ根据章节．４．中ＡＣ３混合料的配合比设计结果设计级配的最佳油石比２为４－．３％ＪＴＧＦ４０２００４》中０．３％，，《公路沥青路面施工技术规范（对沥青用量规定的允许偏差为）所以得到油石比的上限Ｂ１为４．０％，油石比的下限Ｂ３为４．６％。ＪＴ－２００４根据《公路沥青路面施工技术规范ＧＦ４０》中，（）规定的混合料的拌和温度范围分°°°：５０Ｃ、Ｃ２１６０３１７０别取三个水平，即Ｃｌ１：Ｃ、Ｃ：Ｃ，成型试件。在生产和科研中，经常需要做多因素多水平的实验。如果对每个因素不同水平的相互搭，３３，配进行全面实验的话，常常是困难的甚至是不可能的比如对于因素水平若进行全面３＝９的实验，则实验组数为３２７，而进行正交实验仅有次。这就是正交实验的最主要优点。正２７ 东南大学硕士学位论文“”一交实验设计正是研究和处理多因素实验的种科学方法，它利用正交表来安排实验。由于“”正交表的构造有均衡搭配的特点，利用它能够选出代表性较强的少数实验来求得最优或较优的实验条件。本文采用正交试验方法，分析各影响因素对于沥青混合料性能的影响程度。三因素三水平正交试验的正交表如表２．２０所示。２２０表．正交表＇＇＇＇级配类型油石比拌和温度试验５１Ａ１Ｂ１Ｃ１２Ａ１Ｂ２Ｃ２３Ａ１Ｂ３Ｃ３４Ａ２Ｂ１Ｃ２５Ａ２Ｂ２Ｃ３６Ａ２Ｂ３Ｃ１７Ａ３Ｂ１Ｃ３８Ａ３Ｂ２Ｃ１９Ａ３Ｂ３Ｃ２按照正交表中的试验条件，成型九组试件。按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程ＪＴＧＥ２０－２０１１》中的方法，用车辙试验中的动稳定度来评价沥青混合料的高温稳定性，车辙试件如图２．１８所示；用浸水马歇尔试验中的浸水残留稳定度来评价沥青混合料的水稳定性，°２－．１９０）马歇尔试件如图所示；用三点弯曲试验（１Ｃ中的梁底最大弯拉应变来评价沥青混合２０料的低温抗裂性能，小梁试件如图．２所示。■图２．１８车辙试件２８ 第二章沥青路面施工过程关键参数变异性影响分析｜ｐＢＨ｜图２．１９马歇尔试件ｍ：：：隨相丨图２．２０小梁试件２试验结果如表．２１所示。２－表．２１ＡＣ１３混合料试验结果￣￣￣＼因素＾＾拌和温度辅动稳定獅残留侧曲破＾试验等＼／％／Ｖ度／次／ｍｍ稳定度／％坏应变／＃＾１Ａ１４．０１６０７００８８．６２１６７２Ａ１４．３１７０９０８９３．１２６０７３Ａ１４．６１８０９４６９５．８２８５８４Ａ２４．０１７０１１７１８３．９１８５６５Ａ２４．３１８０１２２０８８．４２０４０６Ａ２４．６１６０１０６１９Ｌ５２０９６７Ａ３４．０１８０１６０９８１．１１０４０８Ａ３４．３１６０１８３１８３．２２１０８９Ａ３４．６１７０１６５０８４．９２１７９从表２．１９中可以看出，改变沥青混合料的级配、油石比和拌和温度时，混合料的高温抗车辙性能、水稳性能、低温抗裂性能均发生不同程度的改变。为了说明三种影响因素对混合料各项性能的影响程度，现对正交试验结果进行方差分析。２９ 东南大学硕士学位论文车辙动稳定度、浸水马歇尔残留稳定度、低温小梁弯曲破坏应变的方差分析结果分别如２２２－２２４表．表．所示。表２．２２车辙动稳定度方差分析结果ｉｌ偏差平方和自由度ｆＴＥｆ临界值＾１１０２３０５２３５．４５０１９．０００油石比３９１０８２１．２５８１９．０００拌和温度６０４２２０．１９４１９．０００误差３１０９４２表２．２３浸水马歇尔残留稳定度方差分析结果ｉｌ偏差平方和自由度ＦｔｅＦ临界值１３３．５２７２５１．６１５１９．０００５８２２２１油石比．３８０．５６７９．０００拌和温度１．９４７２０．７５３１９．０００误差２．５９０２表２．２４低溫小梁弯曲破坏应变方差分析结果ｉｌ偏差平方和自由度ＦｆｃｔＦ临界值＾９３８３１６２４Ｔ７７１９．０００油石比８１００７２２４．１２４１９．０００拌和温度８４０６０２０．４２８１９．０００误差１９６４２０２２２２－２４中可Ｆ比的大从表．表．２见，通过对比小，可以分析不同因素对于沥青混合料性能的影响程度。无论是车辙动稳定度、浸水马歇尔残留稳定度，还是低温小梁弯曲破坏应变，＞＞级配、油石比、拌和温度对他们的影响程度的大小，都呈现相同的趋势，即：级配油石比拌和温度。这说明，级配对于混合料各项性能的影响最大，其中级配对于车辙动稳定度和浸水马歇尔劈裂强度的影响达到了显著影响的水平。－从表２．２２．２４可见表２，拌和温度对于沥青混合料三种性能都影响甚微，Ｆ比的值远远小于临界值一一。这方面是由于拌和温度对于沥青混合料各项性能的影响有限；另方面是由于试验条件的限制，室内试验所控制的拌和温度会受到集料加热温度、拌和时间、环境温度等诸多因素的影响。２．６本章小结１）（，结果表明分别采用燃烧法和抽提法沥青混合料的沥青含量进行检测，在沥青混合一料生产过程中沥青含量会产生定的变异性，且采用燃烧炉法的测定结果的变异性略小于抽提法测定结果，说明在试验稳定性和可靠度方面，燃烧法要略好于抽提法。并且通过沥青混合料马歇尔试验结果发现，沥青含量微小的变异结果会对混合料性能有较为显著的影响。一（２）分别采用燃烧法和抽提法沥青混合料的级配进行检测，结果表明，即使是生产同一种沥青混合料，混，，但是在不同的拌和批次中合料级配会产生定的变异性并且筛孔尺寸３０ 第二章沥青路面施工过程关键参数变异性影响分析越小，，通过率变异系数越大。同时由抽提法得到的筛孔通过率变异系数更小数据离散性更小，试验精度更高。一（３）沥青混合料级配组成的变异会对路面压实度有定的影响，通过灰色关联分析和逐４步回归分析法得到的分析结果均表明对路面空隙率影响最大的因素为．７５ｍｍ筛孔通过率，４其次为１９ｍｍ筛孔通过率．７５ｍｍ９ｍｍ，并且逐步回归方程表明因变量空隙率随自变量和１筛孔通过率减小而最大，即关键筛孔通过率越小，级配越粗，空隙率越大，压实度越低，与实际状况相符。（４）混合料温度参数涉及拌和、运输以及摊铺等众多环节，并且任何环节造成温度损失。通的因素有很多，较大的温度变异性会产生严重的温度离析过对铺面不同温度区域的密度值检测结果发现，在同样的碾压情况下，高温区域的密度值普遍大于低温区域，并且最终铺面成型时的温度每下降ＨＴＣ，路面压实度就会降低２％左右，对路面施工质量影响较大。（５）通过室内试验研宄级配、沥青含量、拌和温度等关键因素对沥青混合料性能的影响。，确定所选级配的最佳油石比为４首先进行配合比设计．３％之后变换级配的粗细、沥青含量；，进行三因素三水平的正交试验的多少和拌和温度的高低，通过方差分析对正交试验数据进行处理，方差分析中的Ｆ比表明，，所研宄的三种因素中级配对于混合料性能的影响程度最大，其中对混合料的高温性能和水稳性能的影响都达到了显著水平，油石比对于混合料性能的影响程度其次，拌和温度对于混合料性能的影响最小。３１ 第三章基于拌和站远程监控的沥青混合料质釐控制技术研究第三章基于拌和站信息化监控的沥青混合料质量控制技术研究热拌沥青混合料拌和装置的基本要求是严格按照设计比例加热集料与沥青，拌和生产满足沥青混合料生产配合比要求的热拌沥青混合料。由于沥青混合料生产质量的好坏将直接影，响沥青路面的使用性能和使用寿命，因此，沥青混合料拌和设备作为混合料生产的重要设备其生产过程的稳定性，以及产品质量控制水平的好坏，是保证沥青路面施工质量的重要前提卿４］。目前对拌和楼沥青混合料生产质量多依赖于现场工作人员通过控制室计算机上的显示数据，凭借自身经验来对各热料仓称重结果以及相关参数进行调控，同时，根据拌和楼配备的打印机一，实时打印相关数据，并进行公示，这虽然对沥青混合料质量控制在定程度上起到一作用，但是方面拌和楼原始数据数据量较大且复杂，在没有进行处理的情况下，即使是专一一业人员通过原始数据也很难及时甄别出混合料的质量问题，另方面，数据公示对象具有定的局限性，使得沥青混合料的拌和质量仅控制在施工现场的少部分人手里，从而大大降低了混合料质量的监管力度一一。更进步地，传统热拌沥青混合料的取样检测方法虽然可以在定程度上识别出混合料质量的好坏，但由于其代表性差、操作繁琐、耗时长、采取措施存在。滞后性等缺点，无法满足工程管理的需求因此，在沥青混合料拌和生产过程中，缺乏有效地远程实时监控机制，不利于混合料生产管理，严重制约产品质量的提高。如何实现对拌和过程中沥青混合料生产质量的实时监控，对控制与提高沥青路面施工质量具有重要意义，也是当前沥青路面施工质量控制信息化亟需解决的问题。若能结合信息化，数据采集技术，实时获取每盘沥青混合料的生产参数，并结合计算机对数据的分析处理实时获取并判断每盘混合料中关键控制指标（油石比、级配拌和温度等）是否符合预定要求，止不合格的沥青混合料流入下一做到对沥青混合料生产质量的过程控制与动态管理，防施工环节一，保证路面质量的同时也在定程度上能够有效节约成本。这也是本章有关沥青混合料拌和过程监控系统设计的基本思路。３．１道路施工过程信息化监控方案设计传统的施工质量监控模式己无法适应当前髙效、高质的施工现状，，因此以物联网和计算机等现代信息技术为手段，建立道路施工过程信息化监控机制，实现远程控制、过程控制、实时监控和信息共享，解决传统质量监控模式效率低、反馈慢以及信息链不完整等问题。“”“”“”监，其中监信息化监控从字面上理解可以分为和控两部分也就是远程监视，在道路施工过程中，远程监视是指在施工现场监控利用智能终端设备采集施工过程中的关键质量控制参数，并通过３Ｇ、４Ｇ等无线传输技术接入到互联网将采集数据发送到远程中心服务器，远程中心服务器可以实时对这数据进行分析处理和存储。用户包括现场施工人员、上级管理部门领导、、、施工单位领导项目业主监理等都可以通过监控中心实时获取现场施工质量、“”施工进度等信息，及时发现施工过程中出现的异常情况和质量问题。而控也就是指远程控工过程中一方面通制，在道路施，是指在发现现场施工存在不符合规范要求的质量问题时，３３ 东南大学硕士学位论文过现场报警装置以及短信预警及时提醒和通知现场施工人员注意并进行改进一，另方面，通过专家意见进行短信反馈改进措施，及时纠正质量问题以保证道路施工质量。总而言之，远程监视即通过网络获取施工信息，了解施工质量，而远程控制则是在监视的基础上，通过反馈信息达到对施工质量的控制，两者的实现都需要借助于现代信息化技术手段。所要强调的是这里所提到的信息化监控是现场监控和远程监控相结合的监控方式，是一在现场监控按工程需求采集数据和简单处理的基础上，对监控范围内的所有设备数据进步一处理分析和深入挖掘，并进行集中管控，而不仅仅只是体现在信息传输的距离更远这层面上。道路施工过程中，有关沥青路面施工质量的问题涉及各环节工序，包括沥青混合料的拌和、运输、摊铺和压实等工序。由于监控的不同应用场合，其所采集参数的侧重点也不同，一因此方法上也有很大的区别，。但信息化监控的基本原理是样的即从信息生成和传输角度看，每个环节的监控子系统都由现场采集终端和智能终端组成，现场采集终端负责采集各相关参数，通过有线或其他方式传输到现场智能终端，通过数据分析处理得到各监控参数是否合理，直接用于现场施工指导，同时智能终端再通过３Ｇ等无线传输技术将数据传输到远程中心服务器处理并存储，经过深入挖掘分析对异常数据进行报警处理，并且远程用户可通过ＰＣ客户端连接服务器查看施工数据，并以意见反馈的形式指导施工过程。具体结构如图３．１所示。因此，根据信息的流转过程，道路施工过程信息化监控流程可分解为以下几部分，包括数据采集层、传输层、处理层、展示层，并辅助于信息反馈层。具体流程如图３．２所示。，Ｉ摊铺、碾压ｉＧＰＳＲＦＩＤ）ｌ！＾］＾晴气Ｉ、运输—、Ｗ振，！■’ＩＩｚ拌和远程中心服努器图３．１道路施工过程信息化监控结构图３４ 第三章基于拌和站远程监控的沥青混合料质量控制技术研究！是ｉ采ｉｉ土智能终端现导ｍ１＼丨｜｜，｜丨：：：：￣芩ｒ＃］｜３Ｇ／４Ｇ无线传输Ｉ丨输——层！ＩＩＥ￣＋＾远程中心服务器深（ｆ＼｜入挖分析｜＾＼＼Ｊ丨了是▼；理析！ｈ基于专家库，分丨！异常数据丨ＩＩＩ短信预警Ｉ丨ｉ－ｉ§ＰＣ客户端ｉ」找杳ｍ？专家意儿反馈７ｉ＾实时査询层ｉ；图３．２道路施工过程信息化监控流程图３．２沥青拌和站信息化监控技术沥青拌和站是生产沥青混合料的重要设备，很大程度上决定了生产出的混合料成品质量。是否符合设计要求，而沥青混合料质量的好坏将直接影响沥青路面的使用性能和使用寿命因此，基于上述道路施工过程信息化监控方案的设计原理，要实现对沥青拌和过程中混合料生产质量的远程实时监控，必须以施工后场拌和设备为主要监控目标，解决数据的自动连续采集、实时传输和有效分析与反馈这４方面的关键技术问题。３．２．１数据采集与传输根据拌和方式的不同，热拌沥青混合料拌和装置主要可分为间歇式和连续式拌和两种装“”“”置。由于间歇式拌和装置具有电子称量系统的二次计量以及振动筛的二次筛分装置，大大提高了各热料仓内分段级配的相对稳定性，所以在我国公路建设和养护过程中，主要采用间歇式拌和设备进行热拌沥青混合料的生产。其控制系统工作原理如图３．３所示。３５ 东南大学硕士学位论文Ｓ鼠５键盘标机ｉｔＩＩｔ上位机）（工控机Ｊｉｉｒ传感器系统＜模拟量信号—？可编程控制器ｐｌｃｃ称里、知皮寺）开关量信号ｒｙ执行机构（电磁阀、动力柜等）图３．３间歇式拌和设备控制系统工作原理（１）数据采集方法在对间歇式拌和设备控制系统工作原理以及生产流程了解的基础上，，结合目前研究现状对沥青拌和站数据采集方法有以下几种：３５①基于打印机数据流的数据采集方法【］根据《公路沥青路面施工技术规范》要求，沥青拌和站必须配打印机并实时打印生产数据，因此，该方法通过工控机的并口打印机截取打印机数据流，从中提取出沥青混合料中各种骨料、粉料和沥青的对应重量等生产数据。此方法安装简单，线路连接方便，对原始设备千扰性较小，但以打印机数据流为核心的结构从根本上无法解决其通用性且系统稳定性较差。３６３７３８［［］②基于图像识别的数据采集方法］【］一种是利用现有拌和站操作室中的工控机基于图像识别技术的数据采集可分为两种。，通过各种接口的摄像头或安装在工控机上的图像采集卡对工控机显示器界面进行准确捕获，并利用图像识别技术提取界面上各有效数据，得到集料数据、粉料数据、沥青数据和拌和温度数据等一。另种是通过对各热料仓内下落集料动态图像进行采集，利用图像处理技术对图像进行预处理、增强、分割、分析，最终得出集料级配。由于识别准确率较差，而后者针对热料仓的图像采集工作难度大且仅能获取级配波动情况，因此，该采集方法的实用性和通用性较差。３９③基于ＰＬＣ的数据采集方法［］该方法是直接从拌和站ＰＬＣ（可编程控制器）的４８５串口读取数据。ＰＬＣ技术是沥青拌和站的核心控制技术，在拌和过程中，通过工控机对ＰＬＣ下发用户自定义的指令信号以及根据采集的系统信息来执行相应的逻辑运算，并在此基础上输出指令控制各种执行机构（电磁３６ 第三章基于拌和站远程监控的沥青混合料质量控制技术研究阀、动力柜等）进行混合料拌和运作。同时大部分ＰＬＣ支持ＲＳ４８５通讯，通过４８５串口读取内部存储数据，即可获取ＰＬＣ在拌和过程所采集到的相关控制参数。该方法所获取的数据更为真实可靠，但其通用性较差，尤其是针对外国出产的沥青拌和设备，数据读取困难。④基于本地数据库的数据采集方法该方法是直接从拌和站工控机的本地数据库采集实时数据。工控机的本地数据库是用来保存拌和过程中所采集的控制参数，当产生新数。通过对拌和楼设备的本地数据库进行监控据时能够扫描到新数据，并把数据整理成服务程序需要的格式通过无线网络发送到远程服务器，即可采集到混合料级配和温度等数据。该方法安装简单，通用性强、稳定性好、准确度高，，对原有设备系统干扰性较小后期维护方便。一除此之外，还可套独立的计量系统通过给沥青拌和站架设，主要利用称重、温度等传感器系统进行数据采集，获取所要监控的相关拌和参数。此方法不依赖于原系统，能比较精，确的采集到实际需要的拌和数据，但由于外接设备复杂且系统不稳定容易受外界因素的影，费用相对较高响，不易实施。综合上述各方法的优缺点，本文选择第四种方法。该方法能够采集包括各热料仓热料、，沥青、集料加热温度和混合料拌和温度，沥青、矿粉的投放质量，以及拌和时间等信息实现对拌和过程混合料级配、温度以及拌和时间的控制，并且能够实现数据的连续、自动和实时采集。同时由于数据采集设备是对工控机本地数据库进行采集，安装环境稳定可靠，能够在长期使用中不会出现问题，且设备的安装与拌和楼控制系统不冲突，不影响拌和楼控制系统的运行。最重要的是该方法简单且通用性高，针对不同厂家和型号的拌和楼设备，都能够。快速匹配不同类型的数据库，准确完成各类型拌和楼的数据采集（２）数据采集设备一３一基于拌和站本地数据库的数据采集设备如图．４所示。设备由台控制终端、台交换一机一、台ＧＰＲＳ数据终端和台变压器组成。控制终端采用的是工业控制计算机（ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＰｅｒｓｏｎａｌＣｏｍｕｔｅｒ，ＩＰＣ）ｐ，能够很好地适应拌和现场高温、震动和灰尘等特征的复杂环境，并通过事先安装的数据采集程序对拌和楼工控机的本地数据库进行监控，，。当产生新数据时程序能够扫描到新数据并对数据进行过滤，只采集所需数据，同时把数据整理成服务程序需要的格式通过移动网络发送到远程服务器。“”一Ｓｗｉｔｃｈ）意为开关交换机（，是种用于电（光）信号转发的网络设备。利用两根网线通过交换机将控制终端与拌和楼原有电脑主机连接，建立起小型局域网实现信息共享，即通过该装置控制终端才可以读取拌和楼工控机的本地数据库。一ＤＴＵＧＰＲＳ数据终端内嵌个（ＤａｔａＴｒａｎｓｆｅｒｕｎｉｔ）通讯设备，主要功能是把远端设备的一ＰＲＭ卡数据通过无线的方式传送回后台中心服务器。通过插入张开通ＧＳ功能的ＳＩ，利用计算机拨号和远程服务器连接并组成专有网络，从而实现现场采集数据的３Ｇ／４Ｇ网络实时传输到远端服务器。一变压器是种利用电磁感应原理来改变交流电压的装置，通过变压器将电网２２０Ｖ交流电转变为１２Ｖ，分别给数据采集系统各主要设备供电。３７ 东南大学硕士学位论文通过以上设备组成拌和站信息化监控设备，其原理构造如图３．５所示。（３）数据采集软件拌和楼数据采集设备的重点在于数据采集程序，其主要功能是对拌和楼工控机的本地数据库进行监控，。数据采集主要采用的是定时扫描的方式扫描拌和楼控制程序的数据库当产生新数据时，程序能能够扫描到新数据，并把数据整理成服务程序需要的格式通过无线网络发送到远程服务器，同时数据采集程序能够根据数据库的型号和版本不同自行适应，只采集我们需要关心的数据。由于拌和楼厂家和型号不同，对应的数据库以及我们所需读取数据对应的表格、字段都一不同，因此，数据采集软件应采用种通用的数据采集方式。为保证能够准确有效地完成数据采集工作，在进行设备安装和程序调试时要做好以下两步。首先应根据所采集的数据库类型选择合适的对应关系成对拌和楼代号、拌和楼名称、验证码、更新时间等基本信息，并完３６，，的设置。如图．所示。关于拌和楼的代码拌和楼名称等其他信息由后台提供后台首先要一一个拌和楼，设置代码，创建，与上述代码致实现数据的发送和接收对接。其次是字段的对应关系设置，把拌和楼数据库的数据和远端目标库的数据库进行对应，主要对应的字段有出料时间和６个料仓的计量数据以及３个矿粉计量数据和沥青计量数据以及沥青加热温度、计量加热温度和混合料温度的对应关系，保证远程中心服务器接收数据来源的可靠性和准确性。重图３．４拌和楼信息化监控数据采集设备３８ 第三章基于拌和站远程监控的沥青混合料质量控制技术研究２２０Ｖ交流电变压器电源２２０Ｖ转控１ＧＰＲＳＣＯＭ１＾１■１机—交换机网线接口网线接口拌和楼电脑图３．５拌和楼信息化监控设备原理构造图５段对应关系表之商关系文本文件与ＥＸＣＬＥｉＳＳ执行ＳＯＬ？句ｆＨＨｌｌ丨丨丨｜拌和拍代码｜拌和柏名称：｜验证码：｜更新间雄｜抜号柽序迭择｜｜上传职夯３？｜Ｔ启动时间：２０１６年３月丨８曰］｜广是ＳＪ６用３６图．拌和楼数据采集软件设置界面３．２．２数据处理与分析根据沥青路面施工质量控制要求，结合拌和楼数据采集设备的实际采集数据，确定需要控制的关键指标包括混合料级配，而通、油石比、温度、关键筛孔通过率和拌和时间过拌和楼数据采集设备获取的有效数据仅包含各料仓计量数据、沥青计量数据、温度数据和出料时间等数据，未经处理的数据无法直观地体现出混合料的关键指标信息。因此，对原始数据处一一步工作，也步挖掘和分析的前提和基础理是后台服务器在接收到远端数据的第是数据进。由原始数据可知，混合料温度信息可由采集的温度数据直接得到，油石比可通过采集的质量数据进行简单的计算即可得到，拌和时间口进出料时间差计算得到。而关于混合料的级配以及关键筛孔通过率的计算则可根据每一次拌和时各料仓及矿料用量比例和生产配合比进－，３．１３１行计算级配计算表如表所示，同时各筛孔通过率计算公式如下：＝？？？Ｔ｛ＤＰ＋ＰＡ＋＋＋ＰＡ－）＾（３１）ｊ２２ｍｍｊｊｊ其中筛孔尺寸用Ｄ２、Ｄ３Ｄｎ表示，各个热料仓及粉料仓用Ｌ，、Ｌ２、Ｌ３３９ 东南大学硕士学位论文Ｌｍ表示，各仓实际用量比例用ＰｈＰ２、Ｐ３、Ｐｍ表示，表中Ａｙ表示Ｌｉ行和Ｄｊ列相交项，ｉＬＤＴＤＴＤＴＤ表示第个热料仓（ｉ）在第ｊ个筛孔（）下的通过率，分别用！、２）、３）ｊ（）（（ＴＤｎ表示各个筛孔的通过率。（）表３．１沥青混合料级配计算表筛孔尺寸（ｍｍ）料仓集料比例ＤｉＤ２Ｄ３Ｄ４Ｄ５ＤｅＤ７ＤｓＤ９．．．ＤｎＬｌＡｌｌＡ１２Ａｌ３Ａｌ４Ａ１５Ａ１６Ａｌ７Ａｌ８Ａ１９．．．ＡｉｎＰｉＬ２Ａ２１Ａ２２Ａ２３Ａ２４Ａ２５Ａ２６Ａ２７Ａ２８Ａ２９．．．Ａ２ｎＰ２Ｌ３Ａ３１Ａ３２Ａ３３Ａ３４Ａ３５Ａ３６Ａ３７Ａ３８Ａ３９．．．Ａ３ｎＰ３ＬｍＡｍｉＡｍ２Ａｍ３Ａｍ４Ａｍ５Ａｍ６Ａｍ７Ａｍ８Ａｍ９…ＡｍｎＰｍ级配Ｔ（Ｄｉ）Ｔ（Ｄ２）Ｔ（Ｄ３）Ｔ（Ｄ４）Ｔ（Ｄ５）Ｔ（Ｄ６）Ｔ（Ｄ７）Ｔ（Ｄ８）Ｔ（Ｄ９）．．．Ｔ（Ｄ？）／￣数据分析是指选择适当的统计分析方法对获取到的大量数据进行分析，提取有用信息并形成结论，从而对数据加以详细研究和概括总结的过程。通过应用统计方法对产品生产过程中的质量特征值的波动进行监控一，对异常情况及时发出警告，而控制图是种用统计方法设，能够直观地对过程质量特征值进行记录、分析、判断、监控和改进计的图，以达到对产品生产过程质量保证和改进的目的。“”目前，采用间歇式拌和设备生产沥青混合料的过程可定义为批量生产的过程，且通过拌和站信息化监控系统获取的关键指标能够代表每一拌锅混合料的质量特征值，因而采用统计质量控制作为数据分析的手段是最为合适的。同时，沥青混合料及其生产过程由于材料、设备、方法和环境等原因的影响而引起质量的变异性是其自身的固有属性。利用质量控制图可以及时发现由于系统原因造成的施工变异，避免对偶然性变异进行错误报警，降低沥青混合料生产过程的变异性。因此，本文提出利用质量控制图的数据分析方法并结合工程规范要求实现及时、准确纠，错，对不符合要求的数据进行信息预警和反馈便于工作人员及时纠正与调整，从而控制混合料生产过程，保证拌和质量。４Ｇ［］（１）控制图原理在正常情况下一，施工过程中的检测指标是服从正态分布的。正态分布具有个很重要的特ＣＴ±３〇■性．，即无论均值芦和标准差取何值，产品质量特性值落在＃之间的概率为９９７３％，■一－±３％３？落在ｐ〇之外的概率为０．２７，而超过侧，即大于（７或小于／＋３〇的概率为／２＝？１０．２７％／０．３５％１％。３．７。，如图所示一重要结论的影响根据正态分布这，休哈特控制图应运而生。控制图由中心线（ＣＬ）、上控制限（ＵＣＬ）和下控制限（ＬＣＬ），并有按时间顺序抽取的样本统计量数值点序列组成。当统计量数值点落在ＵＣＬ与ＬＣＬ之外或者数值点在ＵＣＬ和ＬＣＬ之间出现不随机排列，则表１明过程异常。这与休哈特认为的，对质量数据控制实现００％质量控制是不可能的，只要产品４０ 第三章基于拌和站远程监控的沥青混合料质量控制技术研究？“’’一质量特性值落在＂±３〇范围内，可认为生产过程是可控的，这质量控制理论中著名的“”“”一６ａ或３（７原理相符。根据这原理，控制图可由正态分布曲线转变而来３．７所示的。将图°正态分布曲线按顺时针方向转９０成为图３．８ａ），再根据纵坐标值上大下小的原则，将图３．８ａ）°８０，３８ｂ）垂直翻转１得到休哈特控制图如图．所示。＋Ｈ３ａ〇０３５１１３５％＾＾＋ｔＬ，＾＾＾＾Ｊ３３。＊３〇＋Ｈ卩１３（５ａｂ［））图３．７正态分布曲线图３．８控制图原理４１４２［］［）（２）控制图绘制由于大多数沥青混合料的质量特征参数符合或近似符合正态分布，同时结合采集到的混合料质量特征参数的结构和类型，本文优选均值控制图（；控制图）的设计原理对混合料质。量数据进行分析建立以均值控制图为理论基础的数据分析方法，关键的是确定控制参数，即均值控制图的控制界限，。除控制混合料生产过程变异水平也要保证沥青混合料的质量特征参数在技术规范，，、设计要求或者合同规定的目标值允许误差范围内因此本文提出利用５条控制界限，包括中心值（ＣＬ）、警告上限（ＵＷＬ）、警告下限（ＬＷＬ）、处置上限（ＵＡＬ）和处置下限（ＬＡＬ），来降低混合料生产变异性，发现混合料生产质量问题，提高沥青路面施工水平。＝Ｉ＝其中，中心值ＣＬ（或混合料生产配合比的目标值）上限ＵＷＬｒ；警告ｉ＋３ｃ；警告ｘ下限ＬＷＬ＝［＿３处置上限ＵＡＬ取混合料生产配合比目标值允许误差上限ａ；；处置下限ＬＡＬ取混合料生产配合比目标值允许误差下限。值得注意的是，在计算警告限时用到的混合料质量特征参数的均值和标准差均采用在连一续生产状态下前天的生产数据，同时应剔除样本数据中由系统性原因引起的出界点数据，，不断改进控制图，以保证和提高控制质量的水平和能力修正控制界限。－以沥青混合料的油石比为例，对某高速公路在上面层沥青混合料ＳＭＡ１３连续生产周期内的油石比数据进行分析，基本信息如表３．２所示。根据表３．２中的工程允许误差以及标准差计算控制界限值，并分别从第１天、第２天以及第１０天采集到的数据中选取部分点绘制成控．制图，如图３９所示２天。其中第控制图中的控制界限主要是利用第１天控制图数据重新进行计算得到的，如此继续下去，可以清楚地看到用来对数据进行分析的控制图不断改进。３．９从图中可以看出，这是由，第１天的油石比数据波动较大于该类型的混合料处于刚生产阶段，拌和楼各参数还在调试过程中，因此混合料的变异性较大，同时还存在７盘混合料的油石比超出工程允许的误差范围，需要对其进行处置，２；由于第１天的生产经验第天４１ 东南大学硕士学位论文一生产的混合料油石比的稳定性相比于第，在控制图中表现为油石比的数１天有了定的改善，４盘混合料超出允许范围据波动减小但是仍存在；随着施工生产的推进，混合料油石比数，据波动随时间不断趋于平稳数据变异性不断减小，到达第５天时混合料生产己逐渐趋于稳定，数据变异系数几乎不再发生变化，同时也不再产生超限的混合料１０天，由生；到第产的混合料油石比范围以及变异系数等数据表明一，对生产过程的质量控制的效果己达到个较高的水平，，。因此在利用不断改进的控制图对生产数据控制时通过移动控制界限可以不断提高施工水平，可减小施工变异性，使施工质量逐渐趋于稳定状态。表３．２沥青用量的质量控制￣￣油（％）混合料３施工牛产数量不准差超限盘数类型时间（盘）最大值最小值平均值％＾／〇）￣第１天３４５６３３５＾４６６０．０５２１￣第２天６３４６Ｊ１５２３６００４５４第３天６６７６３６１９４６０．０３０３上面层￣６±０．２第４天６５２６Ｈ５＾９４６００２５〇—ＳＭＡ－３１第５天６１３６．０８５．９３６０．０２３４０第１０天４４７６＾０８５＾９５６０．０２３００—＊一一一？油石比中心值ＺＬ油石比中心值ＺＬ—６．４—６４处置上限ＵＬＬＡＬ处質上限ＵＡＬ处置下限ＬＡＬ．「Ａ处置下限「ｆＶ上限ＵＷＬＬＷＬ■？告下限６０Ｓｇ６０；；５－．４Ｉ１１Ｉ＊１？１４匕ＩＩＩＩ？｜｜■５．０１０２０３０４００４丨〇２０３００生产批次生产批次（ａ）第１天（ｂ）第２天＿■■一油石比中心值ＺＬ６４—处置上限ＵＡＬ—处置下限ＬＡＬ「—蝥告上限ＵＷＬ—警告下限ＬＷＬ６．２６？ｇ．ｏ２５．８５－．６１＞１■１１５．４０１０２０３０４０生产批次（Ｃ）第１０天图３．９基于移动控制限的控制图４２ 第三章基于拌和站远程监控的沥音混合料质童控制技术研宄综上所述，沥青拌和站信息化监控系统实时控制的技术核心就是利用统计控制图对实时采集的数据进行统计分析，直观地对混合料生产过程质量特征值进行记录，检验混合料生产过程是否受控，分析质量变异性原因，以达到对产品生产过程质量监控和改进的目的。３．２．３信息预警与反馈对于混合料生产质量控制而言一种数据分析的手，建立控制图并不是最终的目的，而是段，应该通过控制图发现施工过程中存在的问题和反常现象，并进而实现控制施工过程，提高生产质量的目的。如何利用控制图建立预瞥和反馈机制是施工质量控制的重要步骤，最简单的方法是利用计算机处理技术判断控制图中是否存在超限的质量数据点，并对质量不符合一要求的混合料生产过程进行自动报警处理，即通过控制图为管理人员提供个可视化的预警机制，提醒现场施工人员及时查找原因、解决问题，保证生产质量。一一。本文通过建立后台动态预警机制，每个拌和楼对应个后台报警监测进程系统根据、当前配合比信息，在后台发出进程不断的监测命令，并基于控制图控制界限报警规则和换料判别对经处理分析后得到的关键控制指标判断分析，如果出现异常情况会以短信的方式发送给相关人员。具体后台监控流程如图３．１０所示。＇＾始监控，搜索当前拌和的混合料配合比＼？ｉ根据当前配比，不断检｜｜测并分析每盘料的状况否Ｉ，＾否达警盘分析合格率￣－混合料匹配是否换料—＾Ｉ１＜切换当前混合１ＸＴ料配合比否丫是＾基于专家库，分析数据＃常原Ｂ短信提醒相Ｓ人员，当前Ｉ｜拌和的混合料无配合比信Ｉ肩！、请尽快维护’丨图３．１０信息预瞥与反馈机制：因而，完整的后台预警与反馈机制主要涉及以下３部分４３ 东南大学硕士学位论文（１）预警规则沥青混合料生产质量的预警规则应从两方面进行设定。一第，预警界限，。为充分利用控制图原理对沥青混合料生产过程进行质量控制故采用上述控制图中己经定义好的控制界限作为预警界限，对超限的质量数据采取报警处理。当采集到的混合料质量特征参数的数据点落在警告上限（ＵＷＬ）和警告下限（ＬＷＬ）之间时，混合料生产过程处于稳态，且各项指标满足技术规范、设计要求或者在合同规定的目标值允许误差范围内；当数据点分别落在处置上限（ＵＡＬ）和警告上限（ＵＷＬ）之间以及警告下限（ＬＷＬ），，混合料生产过程偏离稳态而出现异常和处置下限（ＬＡＬ）之间时即点出界，但所生产的混一合料质量仍然满足要求，步使用而不需要废料处理，只需查找原因，可进、调整过程使之达到稳态；当数据点落在处置上限（ＵＡＬ）和处置下限（ＬＡＬ）之外时，混合料生产过程不，仅失控并且混合料质量己不满足要求，不能继续使用，应作废料处理，必要时需停产整顿，待查明原因后方可继续生产。第二，预警频率。预警频率的设置是为了在最大程度上降低由于系统偶然性原因引起的，避免给用户带来不必要的千扰，报警概率。故本文在进行报警判别时判别对象并不是针对一盘混合料的控制指标一每，而是在定生产时间内连续几盘混合料的指标同时出现问题时才。Ｎ盘混进行报警处理具体的预警方案是在当前情况下，不断地统计计算前合料的各控制指Ｍ盘混一标，如果出现连续合料中任意个指标超限的状况，就进行短信预警处理。Ｍ和Ｎ值一＝＝可以由用户根据工程要求自行设定，Ｎ１０，Ｍ３而在系统中般设定值默认为，即在混合料拌和生产过程，当连续生产的１０盘混合料中连续出现３盘混合料的控制指标超限，就进行报警处理。（２）换料识别一一在实际施工过程中，同沥青拌和楼可能在天时间内生产上面层、中面层和下面层三种混合料，因而混合料信息需要不断的切换，而沥青拌和站信息化监控系统是基于某个层位具体的混合料生产信息实施监控的，因此如何实时识别不同层位的混合料是实施正常监控的前一提。如果通过人工干预，即管理人员每次在拌和楼更换混合料之前，需事先发送个信号通知系统，系统在接收到信号后进行相应的切换，才能以新的配合比信息进行正常监控。如果一在监控过程中系统需要人工辅助干预才能维持正常运行，方面会增加管理人员的工作量，一一另方面也影响了系统的运作效率步地，当管理人员由于疏忽而漏发混合料换料信。更进号时，系统将以其他层位的混合料配比信息继续进行监控，导致判别错误而不断发出错误的，严重降低报警有效率，给管理人员的判断带来干扰报警短信。本文基于不同层位混合料配比信息的差异性，在系统中设置了换料自动识别和切换功能。具体表现为，在混合料生产过程中，系统按照当前层位混合料配比信息不断计算最新拌和的１０盘混合料中各控制指标的合格率，如果合格率计算值低于７０％，系统就会在后台搜索其他层位的混合料配合比信息并重新进行判定。如果系统能够在后台找到与之相对应的混合料配合比信息，，便自动切换至新的混合料信息并继续监控，同时通过短信通知管理人员当前混合料已更换；如果系统无法到匹配的混合料信息，系统也会通过短信提醒管理人员及时维护４４ 第三章基于拌和站远程监控的沥青混合料质量控制技术研宄混合料信息，并停止监控，直到系统重新获取匹配的混合料信息，。通过换料识别切换功能减少了人工干预对系统的影响，增强了系统应用的稳定性，提高了报警有效率，符合实际工程要求。工？中ｆｌ尊功’＋３：５３ｉ２０％〇ｍｏｏ中■移动，下午１：２７：９３％＜佳杉１０６９０２３３８０２２４４０００４２９这迪信电〈信息１０６９０１５７２７２１详细信息＆ｍ２０／ＬＭ诉／中面居？：：：１７２２１７，当前混合料更换为普通沥育ＡＣ－２０Ｃ／林芝段３标／中面层。控－【监１改性沥亩ＡＣ２０／ＬＭ４持／中面屏＊？５３〇日８＾２０１５０＆２４０６：４９：２４月两六下午：３８至１５＞０８－２４共生产２００６５７４７１：：．０ｆｔ【监控】普通沥育ＡＣ－２５Ｃ／林芝段４＃仓料，Ｍ中（１盘异常）－－３标／下面层２０：０２１５０５３０２０：２０ＩＳｌ＆ｔ＊ＡＣ－２０ＡＭ４＾／ＳＳｉＳｔ．数．仓．．．１１，仓３３，仓４：３，仓５３６：５？４２中面屋０：至２０－－１５０８２４０７０７１１共生产１０Ｓ：：？拌和楼１－－【监控１０３２０１５０５３０】．料其中常４＊仓＂－（１ｆｔ昇）２０：４０：０５换为：．当前港合料更普通＿沥宵ＡＣ－２０Ｃ／林芝段３＃／中面层。２０＊＊‘Ｉ监ｇｌ１５０８２４０７０９．１９：．拌ｆｔ？４００３／ＢＸ＾Ｍ３＃．？ｆｉ６４日卵以，咖控１拌和楼－－［监１１０３２０１５０５３１，：１０：３０：５７，当前湛合料更换为普通？＃ＡＣ－２０Ｃ／？Ｓｇ３＃／＾？Ｍ．－丨盟控１改性３５ＳＡＣ２０／ＬＭ４＾／中面居＞＿２０１５０２４８：２７：４６至＾０．－：：共生产２０１５０８２４０８３６５１１０盘，Ｉ监控】普ＡＣ－料其中常通沥育１３／林芝段２．）－－标／上面层：：，２０１５０５３１１２４９２３，当前混合料数据严重异常－．未找到控１改ｅＳＨＡＣ２＜ＶＬＭ４积？－＾匹配混合料中面层：：＿２０１５０８２４０８５８０９至２０１５＞０８－２４０９：０６：１１．共生产１０盘８月３日＊三上ｗ＇２＜料？苒中４＊仓２（ｆｉ异常）■ｉａ发送这ａ发进图３．１１预瞥短信（３）信息反馈信息反馈是沥青混合料生产过程发生改变或者出现问题时，以短信的形式提醒管理人员注意，，３．１１。针对生产过程出现的不同情况短信内容可分为提示短信和报警短信如图所示。提示短信是当混合料的生产过程发生变化时，例如拌和楼开机生产、关机停产以及拌和，楼更换生产混合料类型等信息，系统会通过短信发送给管理人员提醒管理人员注意该变化过程是否满足施工要求。具体提示短信如下：“①针对沥青混合料拌和楼开机生产：时间，拌和楼名称／混合料类、关机停产的提示信息”型／标段名称，开始生产（停止生产）；“：②针对沥青混合料拌和楼生产过程中更换生产混合料类型的提示信息拌和楼名称，时”／。间，当前混合料更换为：混合料类型／标段名称层位报警短信是在混合料生产过程中关键控制指标出现异常且也满足报警规则时，将异常情况以短信的形式反馈给管理人员，同时基于专家库，针对不同关键控制指标所出现的问题作，了相应的原因分析具体报警短信如下：①针对当前混合料配合比信息与实际生产混合料无法匹配的报警短信“沥青混合料类型：”／标段名称／层位，时间，异常盘数：１＃仓：Ｘ，２＃仓：Ｘ，３＃仓：Ｘ，４＃仓：Ｘ，５＃仓：Ｘ；②针对当前混合料配合比信息通过搜索后仍无法匹配的报瞥短信“：沥青混合料类型／标４５ 东南大学硕士学位论文”，段名称／层位，时间，当前混合料数据严重异常，未找到匹配混合料请及时维护；③针对油石比、各料仓比例、集料加热温度、沥青加热温度、出料温度等指标出现异常“”的报警短信：浙青混合料类型／标段名称／层位，时间，异常指标（异常盘数），请排查纠正；“：沥青混合料类型／标段名称／层位④针对０．０７５ｍｍ关键筛孔通过率的报警短信，时间，００７５ｍｍ、．关键筛孔通过率出现异常，原因可能有原材料粉尘超标拌和楼除尘设备出现问题、”，请排查原因并纠正或者料仓比例出现异常；“ｍｍ关键筛孔通过率的报警短信／／⑤针对２．３６或４．７５：沥青混合料类型标段名称层位，、时间．３６或４．７５ｍｍ，原因可能有原材料波动料仓筛孔出现堵，２关键筛孔通过率出现异常”。塞或磨损或者料仓比例出现异常，请排查原因并纠正、综上所述，解，通过沥青拌和站信息化监控系统决了数据的自动连续采集实时传输和有效分析与反馈这４方面的关键技术问题，实现了对拌和过程关键控制指标的实时采集，以及通过无线网络实时传输至后台服务器，并通过数据处理分析和预警机制，实时对混合料生。产过程中的质量波动进行监控，保证了沥青混合料的生产质量３．２．４室内试验辅助分析拌和站信息化监控技术的原理是将从拌和站本地数据库采集到的实时数据通过计算分析得到关键控制指标数据，，就判断数，并与设定的标准进行比较只要指标参数在误差范围内据是正常的。但是在实际工程中，如果出现料源变化、拌和楼计量系统异常、生产数据人为造假等问题，但最终得到的，即使是按照设定的配合比进行混合料生产沥青混合料是无法满。足工程要求的，其质量存在很大的隐患为了及时发现这些问题，单靠实时监控还不能满足一一要求，天或者某，因此本文结合室内试验数据定期将某时间段内室内抽提试验结果输入混合料配合比结果是否与根据抽提结果相符一旦，到系统，系统会自动判断该生产时间内的发现监控结果与室内抽提试验结果不符，有利，系统会及时短信通知管理人员于及时核查原因。一因而，即通过，利用室内试验可进步保证拌和站信息化监控系统应用的有效性信息化系统采集的数据都是真实有效的，能够反映实际工程生产状况，极大地降低由于拌和站计量系统异常等问题造成监控结果无效的概率，减少工程损失。３．３沥青拌和站信息化监控平台拌和楼信息化监控平台的主要功能是接收拌和楼数据采集设备发送过来的数据，并保存上进行实时监控以及数据统计分析且给用户提供一到后台数据库，在此基础，并种方便快捷的访问方式，即通过ＰＣ端浏览器访问服务器，实时查看拌和楼生产状况，以及查询沥青生产数据和生产状况。拌和楼信息化监控平台的主要分析指标和内容为：单仓计量波动、关键筛孔通过率波动、油石比波动、矿粉计量波动、加热温度波动分析、产量统计、生产小结及报警数据查询等。、同时从用户操作简便考虑，将平台功能分为实时监控历史数据查询和分析（包括日报、周４６ 第三章基于拌和站远程监控的沥青混合料质量控制技术研宄报）、汇总分析（包括各层）三大模块，并且在各主要功能模块下面设置各项分析指标子菜单，用户可以方便快捷地查询每日、每周以及任意时间段的关键指标波动情况。拌和楼信息化监３１２控平台的总体功能框架如图．所示。集料监控油石控Ｈ实时监控与鰣＾ｐ１矿粉＾泮和周期监控信单仓计量波动１ｍ？曰报一关键筛孔通过率波动ｐＩ１油石比波动一监—？历史数据査询和分析＾加热溫度波动Ｓ拌和周期波动平周报」产量统计台ｎ—－Ｉ报警数据所有异常数据生产情况小结Ａ／Ｌ产量汇总＾ｙｙＣ＾汇总１．巧生产情况小结１图３．１２平台主要功能模块（１）实时监控与预警实时监控功能模块是将拌和楼生产过程中各个料仓投放质量、沥青投放质量、矿粉的波动情况实时展示给用户１。当用户打开实时监控的某个功能界面时，系统每隔分钟自动刷新一２０次，实时展示最近盘料各料仓的计量波动情况，如果出现异常，实时报警，并以短消息的方式通知相关人员。实时监控具体包括集料监控、油石比监控和矿粉监控。以集料实时监控为例一。集料实时监控可以实时监测单仓计量波动情况，每隔分钟实时展示最近２０盘料的波动情况，实时监控计量波动图表如图３．１３所示；同时还可以通过表格査看最近２０盘料中每盘料各料仓的比例情况，如图３．１４所示，以及査看各盘的合成级配图，如图３．１５所示，可以直观地判断混合料的生产配合比是否满足工程要求。４７ 东南大学硕士学位论文集料计里波动图表成拌和楼出料教据’迭择材钭：备全部Ｏ热枓仓３Ｏ热抖仓４〇热料仓５〇热料仓６５０＃幻－＾３０－———＾２０＿■■＿■■＾１？？—＿＿—■＿▲■＿▲＊＊＊■—Ｈ＾＾＾Ｉ十十二｜｜一—－一ｒ＿＿ｆ－＾７？，〇￣ＨｉｉｉｉｉｉｒｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉＤＯＤ＇＇－＊＊ｔＣＯｆ－ＯＯＱＣＪＣＯ寸ｌＯ＜ＤＮＯＯＯ＞Ｏｖ＜Ｏｔ＞ＯＯＣＤｉ－－＇＇＇－ｉｎｏ＾ｉ＾ｐｃｏｃｃｏｒＴ３■－＇－？ｒｃｓｉｃ＾ｃｓｉｏｃＮＣＮＣＮｉｃｇｃｖｉｃ＾ｃ＾＾ｃｓｉｃｖｉｒｃｒｉｒｒｉｃｒ）ｊｃｉ＊ｒ，＜，－—―ｒ＾ｓ＊？－ｗｓ－卜ｒ－ｒ？卜卜ｒｆ－ｒｗｈｗＮ卜ｎ卜卜卜ｒｓ＞ｒｓ－Ｃ〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇ｐ■■■ＩＩ＿■＿■ＩＯＤＧＤ〇〇〇〇０ＣＤｃ〇ＣＤＣ〇ＣＤａＤＯＱＤＯＯ〇ＱｃＱＤＯＯａ〇ＯＣＤＯＯ〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇＿一Ｊｉ１－？＊比例上眼比例下限热料仓３１５ｍｍ４５１０ｍｍ普５ｍｍ＋６０３ｍｍ（〇）热料仓）热料仓５〇＞热枓仓（）图３．１３集料实时监控计量波动图表笫料计里兹动图去梓和教ｉｉ３｜－＾ｍｍｉ＾ｍ２＊３＊４？５＝６＝ｒｋ讼称ｓ仑称ｓ仓称里仓称重仓称重查香台ｋ？！１－０８－０１３７．〇２０６７：２６．０２８４．９１．０１２２８Ｇ３查春含成＆Ｓ２｜１－０－７１３１７〇２０６８０．．００２８４１．．５１２．８：８５Ｃ３查春台成级９２２０１６－ＯＳ－０７１３：１７００２８．４４１．８６．７１２．６．Ｇ１查香含成级〇０２－０２０１６０＆－０７１３６２８．６５．７．：１．．０４３１１５（□０３查春台成级配２１６－０８－０７１２：５．．７．４１７．９１．４Ｃ３〇０１００２９３查春台成级Ｓ２１－０８－０７１２０２０６：５０２８４１８．１１．．０２９台成级０ＥＥ３查看２２０１６－０８－０７１２：４９００２７．９４１．３８１２．９０．．．Ｃ３台成级Ｋ￥春－－１２：４８０２７．７．８．〇２０１６０８０７．．．０４１１１３１１３查春台成级ｆｉ｜２１６－０＆－０７１２：４７．．０２８．１４０．７．１．１Ｇ３〇００８９３查春合成级ｆｉ１＾－２０６）８０７１：４７．４１．８１２６．．．００２８３３Ｃ３合成级Ｋ〇查春｜－－１２：４５０２８．．８．４．〇２０１６０８０７．．０１４０８１３２Ｕ３查春台成级０２０１－０－７１２４４７〇２６８０：．．００２８．６４１．１．９１２．５０３查春合成级Ｋ２０１６－０８－０７１２：４３．．０２８４０．７８．１１３．５〇０置春台成级ＢＬ３２２０１６＾－）８０７１２：４２０．４１７．１３＊〇．．０２７８７５Ｏｇ春合成级Ｂ２－－２：０２７．．７．８＊〇２０１６０８０７１４．００９４１７１２５Ｇ３蛋香合成级Ｓ２－－：７２０１６０８０７１２３８．．．０２８．１４１．７．８２２．３０３００查看台成级配２０１－０－７１７６８０２．．４．５．１３〇：３００２８３１６８３台成级３２１３查春２＾＊７１００２０．９．４．４．Ｑ１６）８０２：３６．．８４２６１１５Ｃ３查春台成级９２２０１６－０８－０７１１：５８．．／００２８．１４０．６８１３．３Ｇ３□蛋香合成级Ｋ２１６－０８－７１１〇００：５６．．００２８．２４０．８８１３Ｇ３§春台成级０２１－２第页，共１页丨夺Ｓ示晚？共２０条图３．１４实时监控拌和楼出料数据表格４８ 第三章基于拌和站远程监控的沥青混合料质量控制技术研宄？ｍ台颇ｓ：图吏—ｇ〇〇１１？？？００ｒ１ｌ．１１１ＬＬｉｉｌｌ９〇＾ｙ＿９０ＴＴＭＴＴ［ｆＩ［＇—８〇＂８〇７〇＇＇７〇ｆｆｆ６°———赛ｇｍｉ王ｒｆｉ？王土十十十＾＾－／／／４－—－－３。－．３。ｔｒ：ｊ；；：￣￣—￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣。￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣〇ｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｒｎｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｒｎｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉ０．０７５ｍｍ０．６ｍｍ１１８ｍｍ２３６ｍｍ４７５ｍｍ９．５ｍｍ１３＾ｍｍ１６ｍｍ１９ｍｍ２６．５ｍｎ８．ｍｍ７．ｍｍ１５３５碎孔尺寸令上限限＋台成级Ｋ图３．１５矿料合成级配图短信预警是根据后台己建立好的预警机制，在当前检测数据超出事先设置好的界限情况下，以短信的形式提醒管理人员注意３．２．３，具体的报警方式和报警原则在小结中已有具体的说明，这边就不做阐述。（２）历史数据查询与分析一一历史数据查询与分析功能模块又包括日报，、周报可分别对某天、某周或任意时间段的生产情况进行统计分析，用户可以根据需求，选择日报、周报、或历史数据查询与分析下的菜单，进行油石比、关键筛孔通过率波动等指标进行分析。以日报为例。日报对每日的生产情况进行统计和分析，其主要功能包括单仓计量波动、关键筛孔通过率波动、油石比波动、矿粉计量波动、加热温度波动、拌和周期波动、日产量、报警数据、所有异常数据以及生产情况小结，并且通过时间切换，可以查看不同施工日期的一关键控制指标的波动情。图３．１６为某施工日关键筛孔通过率波动曲线图。４９ 东南大学硕士学位论文孔通过ｉ波动图ｉｄ£毽箱ＪＬ通过車教据：蚤４．７５ｍｍ２．３６ｍｍ〇０．０７５ｍｍ迭择筛孔全部〇〇关鑪箱孔通过車玻动图５０１４５－４０—３５－之３０ｉ癱２５－一？．一—一，一一＇＇Ｚ－？一一一＇一？一一一Ｓ一＇＞＇■—Ｏ－、‘？为，ｙ＇）写ｆ“－一■－實■？＿＿＿＿＿會嘗曹■嘗－ｔ■肅慕曾曹ｒｔ■嘗《霞會＃■詹＿＿會Ｉｒｓ肅＿曾５Ｉ〇ｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉ１８：：：８０８：２４８：８０８：３０：８０８：３６：０８：４：０８：０９１８０８１２１８０８：１５１８０８１８１８０８２１１１０８２７１１８０８３３１１８０８３８１８１１８０８４７—一一？４７５ｍｍ？２３６ｍｍ０．０７５ｍｍ上眼下限设计值．．令图３．１６关键筛孔通过率波动图产量统计的功能是分析每日一、每周或者段时间内各个料仓、矿粉、沥青的总量以及混３合料生产总量，以柱状图的形式展示给用户，如图．１７所示。，报警数据记录显示了报警时间，短信内容，以及短信接收人员信息并且可以查看每天，３．１８所示发生报警的总次数，以及查看发生异常的具体数据如图。由于系统的报警规则是针对每１０盘料，连续有３盘出现异常才会发生报警，就代表并不是所有的异常数据都能在报警记录中显示，所以基于此平台还设置了所有异常数据显示功能，可以显示当天所有异常情况下的数据记录，、异常数据用红色表示并且设置报警数据，正常数据用绿色表示，突显问题数据。日小结是对当天的总体生产情况进行分析，主要对油石比、关键筛孔通过率（４．７５ｍｍ、２．３６ｍｍ和０．０７５ｍｍ）的平均值、标准差、合格率进行分析和评价，如图３．１９所示。除此之夕卜，工程相关负责人还可在该小结功能下对当日生产情况请进分析总结，撰写小结内容，并通过短信将生产小结发送给各级用户，实现生产状况信息公开透明，加大了拌和环节混合料的质量监督力度。（３）汇总分析汇总分析是对某个标段的各层混合料信息的产量和生产情况小结进行总体汇总，与历史数据查询与分析模块中产量统计和生产情况小结功能类似。产量统计分析与上述实时监控、周报，其、日报以及历史数据查询与分析功能不同的是不是仅针对某一一种具体混合料进行统计，而是针对具体某时间段内路面各层沥青混合料的一产量状况，并且可以统计某种材料消耗总量以及混合料的生产总质量，同时还标注了不同混合料所在的工程、标段和层位。生产情况小结是对每日、每周以及任意时间段里面生产的各种混合料总体产量情况及混合料关键指标（包括油石比和关键筛孔通过率（４．７５ｍｍ、２．３６ｍｍ和０．０７５ｍｍ）进行统计分析，分析的内容包括平均值、标准差和合格率，并根据合格率的情况对其进行总体评价。总５０ 第三章基于拌和站远程监控的沥青混合料质量控制技术研究一体评价分三个等级，良好、般、差，合格率大于９５％，为良好，合格率在９０％到９５％之间一一，９０％为差，生产小结针对的不仅仅是具体的某为般小于。同产量统计相同种混合料，一而是针对某时间段内各层混合料的生产状况，并且在该功能下可对路面施工过程中所有类型沥青混合料（包括各层）的生产质量水平进行评价并短信公示。产里囝２．５０００００．２３Ｍｍ２．．２５００００＾１７５０－．０００．＊５）■，５００，０００三１－１２５０．０００＝．这１００００００－，．？邐琴＿：辏抖奁３热枓位４热料仓５热抖仓６矿紛沥菁改性沥菁ＳＭＡ－１３盐＞１惠速公路大丰潜至盐ＦＹ－２１标７上面层成台料从央执丨材料类型３１７图．产量统计《抿记录泣所有异常教据公—娜记＊，查春报鍪内吝接收人员日＾间［□报窖＠２３１（０８００５：报娶内〈王ｉ＾二＾？…＝巨寧曼琶与每亨＾？＾２０１６＊０８＊０５０３＜＞＜：００．ｇｓ春报蕃内吝方锒３王爱斌＞＜王韦正平＞＜裔剛＞＜鲍．２０６－０７－３１３＞＜１：３＜王＊斌＞王枥间＞＜韦正平＞＜＞＜鲍〇１８．Ｕ３Ｓ报轚内苷＜方锒隳裔剛Ｓ２０１６－０７－３１１３＜＞＜＞＜□：１８Ｕ３資Ｓ报轚内答方银鏖＞＜王＊拔王轴闻＞＜韦正平裔刚＞＜鲍２０１６＾０７－３＜方傾■＞＞＜〇１１２：５７Ｌ３董鼉报轚内答＜王爱《王轴闻＞＜韦正平＞＜裔刚＞＜Ｗ２０１６＊０７－３１０６＜＞＜＞＜＞＜：５６方炔＊＞＜韦正平＞＜Ｗ□Ｌ３童＃报警内苔王爱拔王新间裔剛２０１６－０７－３１０３＜＞＜》＜＞＜：２１Ｕ３董籌报轚内苔方？薦＞＜王＊拔王砌间韦正平裔剛＞＜Ｗ［１－ｎｓ－ｎｏ＊－－；＾ｆｎｔｋ〇？？ｒＨｓ＇亡亩、＇ｒｗｓｖ＊、＇了幸：ｒｍ、一＊ｔｍｔ、＇从－ｍ－ｉＴ员ｉｌ夺ｉ２８条，共２８杂？共页丨ａ示｜１ｓｏ报霤异常找攘－，ｆｌ４．７５ｍｍ？２．３６ｍｍ０．０７５ｍｎ？２？３１Ｏ出料ｉｔ间油石比ｉ：ｉｉ：ｉｆｔ沥菁瀛度ＣＣ集料瀛度ＣＣ出Ｍ瀛度ｃｃ１金称鍰企称鐘￣２０１６－０８－０７０４．．－□：５９６２５７２０．４９１１６２０１６７９１０石］｜＾｜２０１６－０８－０７０４：５８．．６２６．３２１９．６６２０１６５．６８０１０〇－２０１６－０８０７０４：５７６２６．９．６００．２２Ｑ．４２１１１６２１７００２０１６－０８－０７０４〇：５６．．６２５．９２０．７９．６１６２０１６７．９５００－－６２６２０１６０８０７０４：５４．７２１．５１０．１６２０６６．０２０〇．１１０２０１６－０８－０７０４〇：５３．．．６２５．９２０．８９．６１６２０１６４．７２００２０１６－０８－０７０４：５２．．６２６．２２０．９９．２６２０６７．５６０〇１１０６２０－２０１－０８－０７０４：５１．□．．６２７２１１１６２１６８６１００ｉ页ｉｉ〇？ｉ〇ｉ第页，共丨．，１ｇ？示杂共ｍ１：图３．１８报警数据５１ 东南大学硕士学位论文关遽指标统计概￣迭择短信榇．．生户总置ｌ请在此输入小结内吝：，生产总盘数：３４７：１１７导出Ｅｘｃｅ１ｒ．请丨丨丨丨ｇ［３请迭择接收短．７５ｍｎｉｉｔ２．３６ｍｎｉｉ亡０．０７５ｍｍ类别油石比４ｉｌｉＪ建设单位３ＳＭＡ－－改性沥膂１３／盐准惪速公路大丰潘至益城段／ＦＹ２１标／上￣Ｓ鲍世钱（□１平均值６．００％２６．２１％２０．９８％９．６９％；０春良Ｊ标准差０．０５０．６８０．６９０．６７１［□富马玉堂台格军９８．８％９９．４％９９．４％９８．８％高伟：Ｓ圄短信ａ犮送记录—评价良好良好良好良好Ｉ０置胡亮〇圄韩明Ｓ□〇黄亲华ｊＢ圄刘敏ｆＯ圄装义嫜Ｂ圄孙惠〇圄吴炳堂Ｏ團王竣Ｄ圄郑晨钱□圄朱墓ａｉｌＯ图张红兵＇，—．…ＣＳ讣惠东，一备注，、、，为？：评价分三个等级良好般差，会格率大于卯％保存并货跑３１９图．曰小结３．４工程应用分析一当施工中混合料质量出现问题需要查找分析原因，或者对某阶段的混合料生产质量进一一行评估总结时，，日可通过信息化监控平台的历史数据查询功能对某、某周或者任意时一间段内的生产数据进行分析Ｓ－。下面是对某高速公路在上面层ＭＡ１３某日的拌和站生产数，３３３４７盘据进行统计分析基本信息如表．所示，混合料成品总量。当日共生产沥青混合料共计１１７８吨，其中集料、矿粉和沥青的消耗量分别为１０００、１１２吨和６７吨。根据拌和楼对当日采集的混合料生产数据进行统计，并对各关键控制指标进行汇总分析，汇总结果见表３．４。同时根据拌和楼采集到的原始数据，绘制各控制指标参数值的分布区间频率直方图，如图３２０￣３２５．．所７Ｋ。表３．３拌和站生产信息混合料类型上面层ＳＭＡ－１３生产数量共计３４７盘￣＇ＴＴＴ７热料仓３热料仓４热料仓５热料仓６？混合料产里统计（ｋｇ）３１１１８６４５５９３５８８７４４１４４２６０１１１６１８６６７０８１１７８４５１表３．４混合料生产数据汇总￣￣￣￣目标值允许误差最大值最小值平均值变异系数（％）超限盘数油石比（％）６±０．２６．３３５．４６６０．８７４５４．７５ｍｍ２６±＾．６６３２．９２２．２２６．２１２．５８２ｇ２．３６ｍｍ２１±５２８．２１６．７２０．９８３．２９２率容０．０７５ｍｍ９．７±２１７．２５．４９．６９５．３４４？－１６０９０拌和温度１７０１８５１１７８１６５１７３．９０２．２６０４０￣６０／．拌和周期１６５５６６２７８２５．５６９７５２ 第三章基于拌和站远程监控的沥青混合料质量控制技术研究由表３．４对混合料生产数据的汇总分析发现，在生产过程中对包括油石比、各关键筛孔通过率以及拌和温度指标的控制结果较好，相关指标的生产平均值都接近于目标值，并且拌和过程中稳定性较高，各控制指标的变异系数都控制在５％以内。同时由于关键控制指标超出误差范围而引起的混合料生产质量不符合工程要求的生产批次共计１０盘，占生产总盘数的不３，，就关键控制指标的控制结果而言当日沥青混合料的生产质量总体评价良好到％。因此。■講＿频率：：４。４〇＿ｊｊ■Ｉ■ｓ＿麵＇．懸？２０＿囊２０－［圓圍：ＬＪＪ＿ｉ＜５．８［５．８，６６，６．２＞６．２＜２５．６［２５．６，２６．１２６．１６．６２６．６，２７．１＞２７．１）［））（＾）［）油石比％）．ｍｍ（４７５筛孔通过率（％）３２０３．２１４．７５ｍｍ图．油石比分布直方图图筛孔通过率分布直方图隱率剛率６。－５－５００＾＂２０２０＿Ｉ＾＾．編編ｍ４．＾圓圓＿．ＬＩ圓＿＜２０＞．．．＞．２０．．．．２２＜９２［９２，９．７９７，１０２１０２，２０５［２０５，２１）［２１，２１５［２１５，２２））［）［））２．．３６ｍｍ筛孔通过率（％）００７５ｍｍ筛孔通过率＜％＞图３．２２２Ｊ６ｍｍ筛孔通过率分布直方图图３．２３０．０７５ｍｍ筛孔通过率分布直方图网频率网频率－－４０７０？３５－６０３〇：。：＾義議」？－？■２０緣緣緣＾Ｈ－．５＿Ｉ議２０：■〇議＿議？＾１．圓圓＿．圓＿＾＿＜１６５１６５７０７１７８０＞＜５７０＞，１７０１，１５５，１１８０５５５，６０［６０，６５）［６５，７０［）［）［）【））温度ｆＣ）拌和周期（ｓ）图３．２４温度分布直方图图３．２５拌和周期分布直方图？虽然对沥青混合料生产质量的总体评价为良好，但是通过对图３．２０３．２５各指标分布区间５３ 东南大学硕士学位论文一直方图并结合信息化监控平台分析结果发现，在该日混合料生产过程中仍存在些问题有待。改进，提高后续生产过程的枥青混合料质量水平从图３．２０油石比分布直方图中可以看出，拌和过程中油石比的控制水平较高，其中９８％５？以上的油石比生产值控制在．８６．２％，并且较为均匀的分布在目标值６，在允许误差范围内％３４两侧，只有不足２％的生产值超出允许范围．，。同时结合表中油石比生产结果变异系数发现１油石比的变异性较小，变异系数不足％，表明绝大多数的生产批次中油石比都控制在目标值６％左右，说明生产过程中对沥青的投放量具有良好的稳定性。３－．２１３２３，各关键筛孔通过率，图．所示，控制情况较好其中绝大部分拌和过程均在误差？，２５允许范围内，满足工程要求但生产稳定性与油石比控制相比略有不足，变异系数在％之间，对于２３６ｍｍ００７５＿，且筛孔孔径越小变异系数越大。同时．和．通过率值的控制都较为均匀的分布在目标值两侧，直方图呈现良好的对称正态分布趋势。但对于４．７５ｍｍ筛孔通过３２１，８５２６．６，率．可以看出％的控制值主要分布在小于目标值％的区间内即在控制图，由图中表现为绝大部分控制点位于中心值的下方，表明在生产过程中４．７５ｍｍ的通过率偏小，混－－合料中粗集料增多，原因可能为热料仓〇３ｍｍ和３５ｍｍ投放比例偏小，或者是集料发生变，需要对生产配合比重新调整异导致热料仓中的筛分结果发生变化。从图３．２４可以看出混合料的拌和温度均满足规范规定出厂温度要求，也不存在温度过高°？需废弃的混合料，但是就１７０１８５Ｃ的生产目标而言，混合料的整体温度偏低。这是由于在混？合料在生产过程中，对混合料的加热温度较低，而集料温度较高，并且经４０６０ｓ的搅拌时热量未充分传递，同时混合料是直接装入运料车内，未经过成品仓焖料，因此混合料温度的测一些，量结果会偏低，而事实上温度是在目标值范围内满足工程要求。对拌和周期统计结果表明，图３．２５所示，当日超过２８％的拌和时间不满足工程要求，超过６０ｓ，其中有５％左右的拌和时间超过９０ｓ。但就拌和时间整体分布而言，９０％的主要集中在６０ｓ左右，对于那些超过８０ｓ甚至达到１６０秒的拌和时间，并结合拌和站现场情况，分析原因是运料车不能及时进入拌和楼进行卸料导致拌锅内混合料的搅拌时间延长，。因此可通过安排好充足的运料车进行装料，避免车辆短缺无法及时装料造成拌和时间增加的现象。综述所述，根据对当日拌和数据的统计分析并结合远程平台图表分析结果，针对关键控一，当日沥青混合料的生产质量总体评价良好些问题需要制指标的控制结果而言。但仍存在一方面就筛孔通过变异性问题在日后生产中进行改进，要加强对各料仓计量精度的控制，。一减小筛孔通过率的变异性；另方面，针对４．７５ｍｍ筛孔通过率偏小的问题，对热料仓重新４筛分检验并调整生产配合比．７５ｍｍ，适，保证的筛孔通过率。除此之外当减少混合料拌和时间，并且合理安排拌和站的运料车数量，减小拌锅内混合料成品因等待而增加的拌和时间，防止过长的拌和时间造成沥青老化，影响沥青混合料质量。３．５本章小结（１）分析了传统沥青路面质量监控模式存在的问题，建立了道路施工过程信息化监控机制，包括对沥青混合料的拌和、运输和摊铺过程的监控。同时各环节施工质量信息化监控方５４ 第三章基于拌和站远程监控的沥青混合料质置控制技术研宄案设计，５个方面考虑，，应从数据的采集、传输、处理分析和展示并辅助于信息反馈这实现全过程、多指标的在线实时控制目的。（２）通过比选，确定了基于拌和站工控机本地数据库的数据采集方法，通过控制终端（ＩＰＣ）、ＧＰＲＳ数据终端等设备构成拌和站数据数据采集设备。利用ＩＰＣ内置数据采集程序对拌和楼工控机的本地数据库定时扫描，实时采集油石比、温度以及级配等控制参数，同时通过ＧＰＲＳ数据终端以３Ｇ／４Ｇ无线网络传输至后台中心服务器进行存储分析。（３）拌和楼数据处理分析采用质量控制图方法，通过在信息化监控平台绘制关键指标均—值控制图Ｇ控制图），利用５条控制界限，包括中心值（ＣＬ）、警告上限（ＵＷＬ）、警告下限（ＬＷＬ）、处置上限（ＵＡＬ）和处置下限（ＬＡＬ），来降低混合料生产变异性，发现混合料生产质量问题，提高沥青路面施工水平。（４）建立了后台动态预警机制，系统根据当前配合比信息，在后台发出进程不断的监测命令，并基于控制图控制界限、报警规则和换料判别对经处理分析后得到的关键控制指标判断分析，如果出现异常情况会以短信的方式发送给相关人员。一（５）拌和楼信息化监控平台给用户提供种方便快捷的访问方式，通过ＰＣ端浏览器可。以访问服务器，实时查询当前拌和楼生产状况同时通过平台历史数据查询和分析功能获取生产数据，，并结合平台图表分析结果，有助于对阶段性生产质量进行评价总结以及查找拌和过程中存在的问题和原因，进行施工改进。５５ 东南大学硕士学位论文第四章运料车温度场分析以及信息化监控技术研究在沥青混合料的拌和、运输和摊铺过程中，由于工艺和环境条件等的影响，混合料温度将会发生不同程度的变异，导致混合料温度分布不均匀，从而引起铺面混合料发生不同程度的温度离析。而在拌和、运输、摊铺和压实的整个施工过程当中，最易发生温度损失的环节就是沥青混合料的运输环节，同时相对于摊铺和碾压环节，其存在的相关温度影响因素的可控性高，因此，可认为控制运输过程温度损失可以有效降低温度离析的严重程度，防止过低一生产环节的温度流入下，保证后续施工环节温度的均匀性和有效性。不同于集料离析，温度离析无法通过肉眼识别，往往导致混合料运输过程中存在的大量热量损失被忽略一，进步造成沥青混合料的摊铺压实温度过低以及均匀性较差的现象。因此，在本章中，，结合传热学相关理论采用有限元软件ＡＢＡＱＵＳ建立运料车内沥青混合料的温度场模型，模拟沥青混合料在运输过程中的温度变化，确定影响运输过程温度离析的重要影响一因素，为建立运输过程信息化监控机制，从而消除或减轻混合料温度离析的技术研宄提供定的理论基础。４．１运输过程混合料温度场模型温度场是物体内部所有各点的温度集合，是时间和空间的坐标函数，反映了温度在时间一和空间上的分布。搅拌好的沥青混合料成品自拌锅或成品料仓卸入运料车时就形成个非稳态的温度场，在不断变化的工作条件下，混合料温度场由初始均匀分布状态随时间和空间位一＝ｒ置的变化而不断发生改变，即ｒ（ｘ，；，是个三维非稳态（瞬态）的温度场。同时，３处于运输工作模式下的沥青混合料温度变化受多方面因素影响，且温度损失多发生在靠近车厢壁以及顶面的混合料中，因此，为合理构建符合实际情况的运输过程混合料温度场模型，４３４４［］［］做出以下几个基本假定：（１）假设运料车各部分，包括车厢侧板、底板、覆盖帆布以及沥青混合料的初始状态温度分布是均匀的；（２）假设车厢侧板、底板以及混合料顶面（有覆盖时）为无限大平板，延长度方向任意一截面上的温度是均匀的，仅考虑其厚度方向上的温度变化；（）３假设沥青混合料也为无限大平板，不考虑其在长度方向上的热传导，仅考虑其延深度方向的热传导和温度变化。根据以上基本假定，可以将运输过程中混合料温度场模型，在不影响精度的同时又符合现＝实条件的情况下：ｒ〇；。，由三维温度场模型简化为二维温度场模型，即ｒｃ，；，ｒ）４．１．１传热觀根据热力学第二定律，当物体内部存在温度差，或者温度不同的物体互相接触时，就会“”发生热量从高到低的转移，这个过程就是热能的传递，简称传热。热量传递按其不同机理４５４６可归纳为三种基本方式［］［］：热传导、热对流和热辐射。在大多数实际传热过程当中，系统５６ 第四章运料车温度场分析以及信息化监控技术研究内的温度分布往往不是某种传热方式单独作用形成的，而是两种或三种传热方式综合作用的结果。（１）热传导热传导又称为导热，是物质的固有属性，当物体内部或者互相接触的两个物体之间存在温、度差时，依靠微观粒子，如分子原子、自由电子等的热运动而产生的热能传递就是热传导的过程。一＞Ｔ如图４．１所示的厚为Ｊ的物体，表面面积为Ａ，两侧温度分别丁《１和１＾２，且ＴＷ１Ｗ２。根据理论和实验分析表明，热流量与物体两侧温差以及导热面积成正比，与物体厚度Ｊ成反比，同时还与物体材料性质即导热率有关，即￣Ｔ１ｗ２－－Ｏ＝／Ｕ（４－１）一Ｃ，Ｄ为导热热流量（Ｗ），单位时间内通过某给定面积的热量，式中；Ａ为比例系数称为导热率或导热系数一Ｗ／（ｎｒＫ），它是物质的热物性参数，反映了物体导热能力的大小，般由［］实验测定。科Ｔ１ｗ２＼流体４１４２图．热传导示意图图．对流换热示意图（２）热对流热对流是流体发生宏观运动时，流体各部分之间发生相对位移、冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程。对流传热是指流体与固体壁面之间有相对运动，且两者之间存在温差时所发生的热量传递现象，如图４．２所示。在工程实际中，更为普遍关心的是流体与固体壁面之，这也是本文所建模型中重点讨论的问题间的热传递。计算对流传热的基本公式，即牛顿冷却公式：流体被加热时，有：＝ｈＡ－４－２）Ｏ（ＴＴ）（ｃｗｆ流体被冷却时，有：（Ｄ＝ｈＡＴ－Ｔ４－３（（）ｃｆＪ式中，Ｏ为对流换热热流量（Ｗ）；７和７分别表示壁面和流体热力学温度（Ｋ）；３为固体？；２＾ＫＷ／（）壁面对流换热表面积（ｍ）；＜为表面传热系数，又称为对流换热系数［ｎ。］５７ 东南大学硕士学位论文（３）热辐射物体由于自身温度的原因通过电磁波或者光子向外传递能量的现象称为热辖射。理论和实验研究表明，物体表面发出的热辐射能量，取决于其热力学温度和表面性质。物体射辐射能的大小可用修正的斯特藩－玻尔兹曼定律计算：４＝＜ＤｓａＡＴ－４）（４２■－，〇为辐射热流量（Ｗ）；Ｔ为热力学温度（Ｋ）４为辐射表面积（ｍ）式中；；〇为斯特藩８２＿Ｋ玻尔兹曼常数，也称为黑体辐射常数５．６７ｘｌ（Ｔ＼Ｗ（ｍｓ，其值为）；称为该物体的发射率，也称为黑度，其值总小于１，与物体的种类及表面状态有关。综上所述一，传热是种十分复杂的物理现象，对于上述热传导、热对流和热辐射三种热传递方式往往都不会单独出现一。在实际情况中，任何个复杂系统的热量传递过程，应首先明确该传热过程是具体由哪些换热环节构成的，以及确定各环节中由哪些热量传递方式起主要作用，并确定各热量传递方式下所涉及的参数，为构建目标温度场数值分析模型奠定理论基础。４．１．２沥青混合料运料车传热模型的构建一沥青混合料运料车又可称为自卸车、翻斗车和工程车，是种常用的工程运输车辆。在实际工程运输中，满载高温沥青混合料的运输车在不断向周围环境散热的过程中，可以视为一４？［１、个复杂热量传递过程，是由三种基本方式组合。同时共同作用的结果，不考虑由于沥青混合料装载过程中不可能与车厢壁面以及篷布表面完全接触而产生的热阻，即假定两者之一温度间保持良好的接触，认为接触面两侧保持同。故其热量传递过程应该由以下环节和方式构成：①车厢内的高温沥青混合料热传导的方式将热量传给栏板的内壁面或篷布的内表面；②热量由栏板的内壁面或篷布的内表面以导热的方式传递到外壁面或外表面；③热量由外壁面或外表面传递到周围环境，其中包括外壁面或外表面与环境空气间的自然对流换热过程和辐射换热过程。除此之外，当沥青混合料的上部未加覆盖时，车厢顶部的混合料与环境空气直接接触，同样会发生对流换热和辖射换热。整个传递过程如图４．３所示。？篷布内表面？篷布外表面沥青混合料一导热Ｕ？车厢内壁面？车厢外壁面对＊热对流换热￣辐射卺换热￣辐射换热｜—？空气４４图．３热量传递过程根据上述基本假定，以及沥青混合料的热量传递方式，建立运料车内沥青混合料几何模型为沿自卸车两侧栏板中间取一个横向切面，这样既可以得到沥青混合料温度在垂直于侧板沿深度方向的分布，又可以获得自加盖篷布上表面向下的温度梯度和车厢底板外壁面向上的５８ 第四章运料车温度场分析以及信息化监控技术研究温度梯度，从而可更全面的获取沥青混合料在运输过程中的温度变化以及温度分布情况。４．１．３运料车温度场模型参数的确定（１）几何模型参数一运料车中沥青混合料温度场几何模型的构建为自自卸车的两侧栏板中间取横切面，由于工程实际中运料车车型不尽相同，即车厢尺寸不同，导致模型具有不同的几何尺寸。但考虑到本文主要研究的是外部因素对车厢内部沥青混合料温度场的影响过程，因此可忽略车型一一．这影响因素，任取自卸车车厢尺寸，参数如表４１所示。同时，沥青混合料在侧板的有效高度取０．９ｍ，车厢正中处沥青混合料于两侧高差平均取０．３ｍ，即沥青混合料在车厢中的最大高度为１．２ｍ，且在几何模型中，沥青混合料上表层设置为平滑曲线，有软件按控制点自动生成，符合工程实际情况。对于有篷布覆盖情况下的沥青混合料，帆布层与混合料完全覆盖，取帆布层厚度为〇．〇〇５ｍ。最终绘制出的运料车几何模型如图４．４所示。表４．１运料车参数Ｈ＃１＇车厢尺寸５．２ｘ２．２ｘ１（ｍ）侧板厚度０．００６（ｍ）底板厚度０．００８（ｍ）帆布厚度０．００５（ｍ）＇注：；Ａ区域为沥音混合料Ａ；；Ｂ：Ｂ区域为运料车侧板；：Ｃ区域为运料车底板：：Ｄ区域为帆布：Ｃ图４．４运料车几何模型示意图（２）材料热物性参数运用ＡＢＡＱＵＳ对沥青混合料运料车温度场进行数值模拟时，必须对材料的属性和热物，包括对流换热系数和辐射换性参数进行定义，并确定模型各接触部分传热方式的相关参数热系数，。如何选取适宜的参数值将直接影响到模型精度以及决定模型是否符合实际情况因此有必要对相关参数进行讨论分析，从而选取合适的参数值以满足温度场计算精度和要求。一材料的热物性参数主要包括导热系数，、比热容以及密度等取值般可通过实验测定。对于自卸车栏板一（锰钢）、覆盖篷布（帆布）材料的相关热物性参数般可直接根据厂家提供的材料生产参数进行取值，由于影，主。而对于沥青混合料的热物性参数响因素众多要与混５９ 东南大学硕士学位论文合料各组成材料（集料、填料和沥青）、配合比、空隙率以及温度等都有关，需要根据模型要求进行合理取值。纵观国内外研宄现状，由于测试设备、测试要求以及测试人员等不可排除的偶然和系统误差的影响，使得测试结果存在较大的差异，也没有提出较为准确合理的沥青４８４９［］［］。混合料热物性参数计算公式因此，对参数进行合理取值可以提高模型准确度，使结果更加贴合实际情况。一些学者对其进行了测试针对沥青混合料的比热容，国内外，测试结果范围大致为８００Ｊ／Ｚ〃［５Ｇ］？（ｋｇＣ）１４００Ｊ／（ｋｇＣ）之间。导热系数是沥青混合料热物性最为重要的参数，参数取°°５１５２一＿？［］［］．７Ｃ）３Ｗ／（ｎｒＣ）之间。同时研宄表明值范围在０Ｗ／（ｍ，在定温度范围内沥青混合料的导热系数和比热随温度变化不大，因此，在该模型中可以认为沥青混合料的导热系数。和比热不变，可取为固定值通常情况下，沥青混合料密度指的是压实状态下的混合料密度，而运料车上的沥青混合料未经压实，处于松散状态，应按沥青混合料堆积密度进行取值。表４．２为选取的上述三种材料各自的热物性参数。表４．２材料热物性参数参数材料名称密度ｐ导热系数ｋ比热容Ｃ°°－－－（ｋ）（Ｊ／（ｈＣ））（（ｋＣ））ｇ／ｍ３ｍＪ／ｇ７８５０５１１００４８７沥青混合料２０００４８８０８５０石棉帆布４２０４７０２００５３［］（３）表面传热系数目前实验方法是研宄对流传热问题的主要手段，且实验得到的对流传热系数计算公式已相对成熟，因此可根据模型具体对流传热形式，以典型情况下的实验关联式为工程计算的主要依据，求解对流换热系数。运输车在行驶过程中，当大气外掠自卸车车厢侧壁外表面、底板下表面以及帆布层时，可看作是流体外掠平板的强迫对流传热的典型传热问题。当流体外掠平板时，首先在平板前。缘形成层流边界层，然后过渡到湍流边界层要计算整个板长的表面传热系数必须首先知道从层流向湍流转变的临界长度＇。当板长／＜时，平板上为层流流动；当板长／＞时，＼＼平板上将同时存在层流和湍流流动；当／？＼时，可以认为在整个板长上均为湍流流动。临５＝。如的大界长度由临界雷诺数决定，即５ｘｌ〇雷诺数小是流体流动状态的判断依据，其物理意义如下：＝—Ｒｅ－５）（４ｖ２式中，《为流体速度（ｍ／ｓ）ｖ为流体运动粘度（ｍ／ｓ）／为平板长度（ｍ）。；；５５当Ｓ５ｘ１〇时，当板长＞５ｘ１〇时平板上为层流流动，平板上将同时存在层；流和湍流流动，为混合流。下面为计算流体外掠平板时层流和湍流表面传热系数的公式。流体各热物性参数是基于６０ 第四章运料车温度场分析以及信息化监控技术研究７＾选取的流体定性温度，。，平板表面温度ｒ与环境温度的平均值即ｗ＞＾①层流对流传热当平板表面流动的均为层流时，全平板平均对流换热系数的计算公式为：’１２１／３５ｈ＝０办＜５ｘ－．６６４ＲｅＰｒ（０．６＜Ｐｒ＜５０ｌ〇）（４６）ｃ；今②揣流对流传热，若来流的湍流度很大，即／？＼在整个板长上均为湍流，则全板长的对流换热系数为：Ａ／５ｍ７＝Ｒｅ－ｈ０．０３７Ｐｒ（０．６＜ｆＶ＜６０Ｒｅ＞１０）（４７）；ｃｙ③混合流对流传热在既有层流也有湍流的混合流情况下，整个平板表面的平均对流换热系数，可以看成是由层流段（０ＳｘＳ）和湍流段（＜ｘＳ／）两部分加权平均，即＼ｈ＝ｈｄｘ＋ｄｘ４＿８）（）（〇ｒｘｉ＾，＼伪丨通織耐關％麻賊絲抓另。取临界雷诺数５＝５ｘｌ０，可以得到整个平板的平均对流换热系数的计算公式为：４／Ｓｍ５７－＝－（．１）Ｐ６０－００３７Ｒｅ８７ｒ（０．６＜ｉＶ＜５ｘ１０＜Ｒｅ＜１０）（４９Ｋ；），ｊ在运输过程中，由于运料车车速较大，空气掠过自卸车侧板表面时所形成的流体速度相对较大，可近似取运料车满载时的平均车速３０ｋｍ／ｈ作为流体速度进行计算。而由于遮挡作，用，自卸车车厢底板以及帆布层近表面流体流速相对较小，可取与之相对应的流速进行计算从而得到各表面的对流换热系数。由于流体热物性参数取值会随温度不同而改变一，而运输车温度场是个非稳态温度场，各表面温度随时间的变化而变化，因此边界空气热物性参数的取值也会随之发生变化，造成。不同的对流换热系数的计算结果但考虑到模型计算时间较短，表面温度在该时间段的变化，所引起的对流换热系数计算结果的变化较小范围不大，因此可取固定值带入模型进行计算。根据根据上述公式计算沥青混合料运输车各表面对流换热系数，结合工程实际情况确定各模拟方案中的表面换热系数，取值见表４．５。表４．５各表面换热系数＼２‘Ｋ热交换系数Ｗ／（ｍ）份留［］＇２５Ｖ３？Ｃ自卸车侧板７１５ｌ１自卸车底板５．５４帆布层６．５５．５沥青混合料表面２０１８６１ 东南大学硕士学位论文（４）其他参数暴露在空气中的运输车还存在辐射散热的热量传递方式，各表面的辐射散热量与表面材料的发射率有关，而发射率又取决于材料的种类及表面状态，因此可按运料车各主要散热面材料类型进行取值。除此之外，太阳辐射也能对运料车的温度场产生影响，考虑对太阳辐射能的吸收作用，需要引入各主要表面材料的辐射吸收率。材料表面发射率和吸收率可通过查阅常用材料的表面发射率进行取值，结果见表４．６。表４．６其他参数＃１材料—发射率吸收率Ｓ０６５／沥青混合料０．８１０．９帆布层０．７８０．８４．２运料车温度场模型计算与分析利用ＡＢＡＱＵＳ有限元软件建立运料车温度场模型，其基本原理是先将输入模型进行网一格划分，划分成为有限个单元（包括若干个节点），然后再根据能量守衡原理求解定初始条件此得到每一和边界条件下的各节点处的热平衡方程，并由个节点的温度，从而能够分析运料车内混合料的温度变化和分布规律。４．２．１运料车溫度场计算模型验证为验证所建立模型的准确性，需对模型进行校核。通过对运输过程中运料车内混合料的温度变化进行测量，并与模型计算的运料车温度场结果作比较，检验模型的准确性。现场实测数据选择江苏某市快速干线工程路面中面层Ｓｕｐ－２０改性沥青混合料生产过程。沥青混合料°１７５±５Ｃ出厂温度为，外界环境根据当日气象资料，获取２４小时气温、平均风速以及太阳辖°射强度等气象数据。根据运输的时间段确定环境温度为２５Ｃ左右，风力１级，风速较小，日６２照时间为１０．７ｈ，辐射总强度为２６ｘｌ０Ｊ／ｍ。温度场计算时的模型各参数取值按照４．１．３小节确定。计算该外部环境条件下的运料车内混合料各点温度随深度变化曲线，并与实测结果对比，见图４一．５。从图中可以看出，温度场的计算值和实测值随深度变化的总体趋势致，即随着深度的越来越大一，沥青混合料的温度变化越来越小，当达到定深度后，沥青混合料的温度趋于稳定。温度趋于稳定的深度，测量结果和计算结果较为接近。自卸车车厢顶部中心位置处的沥青混合料温度在距表面１５ｃｍ深度处趋于稳定，侧板处混合料温度在距表面２０ｃｍ深度处趋于稳定，而顶部边缘处由于同时受到两者影响，其稳定点的深度介于两者之间。除此之外，混合料温度的实测值较模拟值偏大，这是由于在相同时间内，运料车的实际运行状态以及外界环境是不断变化的，尤其是运行速度对材料表面的对流换热系数的影响较大，故采用恒定速度下的参数进行计算，会导致热量散失较大，温度计算结果偏小。与实测厢顶部中心位置处的计算温度误差在°－值相比，车３Ｃ左右，而侧板处的温度误差在６Ｃ左右，６２ 第四章运料车温度场分析以及信息化监控技术研究侧板误差较大，其原因是侧板表面对流换热系数受车速的影响更大。而且随着测量深度的增加，，即模型的计算精度随着深度的增加不断提高实测值与模拟值差值越来越小，这是由于，其取值更加接近实际情况距表面距离越大，材料热物性参数受环境因素变化的影响越小。由于本研宄的目的是模拟沥青混合料在运输过程中的温度变化，确定影响运输过程温度离析的重要影响因素，因此误差均在可接受范围内，故该温度场的计算模型可以满足工程精度要求。ｉ１８０ＩＳＯ｜ｍｍｍ＇１７５－１７０「－ＰＴ１７０－Ｊｆ１６５／／＇１５０＾－１６０ＪＩｆｆ－１４０１５５＋实難Ｕ：ｙｆ－１５〇ｆＪ１３０’；丨４５－Ｓ：．２０Ｉ？■會■ｉ■■■ｉ■ｉ■？■ｉＩＩｉ．ｉ．ｔ．ｉ．．．ｉｉ１４００５１０１５２０２５３０３５０５１０１５２０２５３０ｈｃｍｈｃｍ（）（）ａ）（顶部中心位置处（ｂ）侧板中心位置处１８０ｒ？１７５—？＾．暴爹－１７０６５－１＇－Ｐ１６０／ｆ＇…＊”ｉ丨算值Ｈｃｃ，ｆ／１５５—「／／实测值１５０：／１４５４０１ＶＴ？．．■．．ＩＩＩ盡ＩＩ？Ｉ０５１０１５２０２５３０３５ｈｃｍ）（Ｃ（）顶部边缘位置处图４．５运料车不同位置处的温度对比图４．２．２单因素运料车温度场影响分析沥青面层施工过程中许多因素会影响运料车内混合料热量损失的总量，导致运料车内混合料的温度差别较大。这些因素包括：混合料装入运料车的温度、周围环境温度、车厢是否隔温、车厢尺寸、运距、运料车车速、混合料是否覆盖、交通延误等。对于运距、运料车车速以及交通延误等因素的影响可以在模型中以运输时间加以体现，对。因此在混合料运输阶段单因素的影响分析中，主要考虑运输时间、环境温度、混合料是否覆盖和太阳辐射（昼夜施工）对运料车内混合料温度场的影响情况。（１）运输时间对运料车温度场的影响分析６３ 东南大学硕士学位论文一运输时间是直接影响混合料温度的重要因素之。在运输过程中，由于运距较大、行驶时间较长以及交通延误等引起运输时间增加的现象，将直接导致沥青混合料温度降低或者发生严重的温度离析。°在温度场计算模型中，取周围环境温度为常温２５Ｃ状态下的模型进行计算，各参数取值参照４．１．３小节，模型对２小时运输时长的运料车温度变化进行了计算，分别取０．５ｈ和１．５ｈ．时运料车模型温度分布云图，如图４６所示。＿＿（ａ）０．５ｈ（ｂ）１．５ｈ图４．６运料车模型温度分布云图由图４．６可见，运输时长对运料车内混合料温度场的影响是由表及里的过程，并且时间越一长影响深度越大。更进步地，分别计算运料车内沥青混合料各部分（顶面、侧板和底板）－表层不同深度处的温度随时间的变化情况，如图４．８４．１０所示。．７从图４中可以看出，随着运输时间的增加，混合料表面温度出现先急剧降低后增加再缓慢减小的过程，并且在刚装入车内ｌＯｍｉｎ左右的时间里，，之后较为平稳温度急剧变化，由其是运料车内混合料表层与车厢钢板接触的部位，。这是由于馄合料出厂温度较高与运料车车厢以及篷布等低温物体存在较大的温差，接触时的热量传导产生新的热平衡，表现为混合料在初始短时间内由于大量放热而导致表面温度急剧降低，温度变化明显。其后在运输的初始阶段，内部混合料由于较大的温度差不断向低温部分即表层混合料传递热量，此时近表层一混合料的吸热量大于对钢板和篷布的对外散热量，因此温度逐渐升高；随着时间进步增加，混合料低温区域影响深度逐渐加大，混合料热阻增加，表层混合料接收到的内部热流量减小，，温度开始缓慢降低，，小于对外的散热量。同时由于帆布材料的导热系数远小于钢板的即相同温度梯度下帆布传递热量更少，因此具有良好的保温性能，表现为帆布覆盖下的混合料温度远高于车厢周边的温度。４．８４．９从图、中可见，与混合料表面不同的是，在混合料内部随着时间的增加，温度呈现，且温度下降速率逐渐减小直至与外界温度达到平衡缓慢下降的趋势。在运输的不同的阶段，距表面５ｃｍ处和距表面１０ｃｍ处，温度的下降呈现不同的趋势。与距表面５ｃｍ处的温度下降一趋势相比，０ｃｍ处温度下降曲线在运输初期存在距表面１个明显平台阶段，这是由于混合６４ 第四章运料车温度场分析以及信息化监控技术研宄料热量散失对温度的影响是由表及里的，在初始〇．３ｈ内该深度处的温度未受外界影响而保持不变，，且降低速度随时间逐渐减小的状态，只此后温度开始降低。即沥青混合料内部温度一有经过定时间后，当影响深度达到该距离时才会发生温降，并且降低速度逐渐减小直至与外界环境温度达到平衡。４一图．１０为同。１５ｈ时间内距表面不同深度处的温差图由图可知，在．的运输过程中，运料车内各部分混合料的温降均随深度的增加而减小，并且在靠近车厢周边的沥青混合料温降°Ｃ。现象更为突出，侧板内表面混合料温度下降达到８０这是由于自卸车车厢由钢板制成，导热性很强，同时沥青混合料的导热系数很小，热量传导缓慢，因此车厢周边温降很大，冷混合料较多，而内部降温很小，这样就容易形成较大的温度差异。一基于沥青混合料成品对温度的要求，定范围内应控制运输时间在，防止混合料产生较大的温度差异，，，减。因此拌和站设置位置与施工现场的距离应保证在有效范围内控制运距小运输时间，防止混合料温度产生过大的温降现象，提高产品质量。１８０＇８０．—一１？＊顶面顶面＿Ｉ＋底板１７０＾＾底板＋＇１Ａｎ１６０板侧板＼侧？Ｃ卜一一…、。：－－１３０８０Ｌ．■ｊ１■１１ｉ—ｌＬ－Ｊ■？＊？１ｌ＿６〇１２００．．．．．００５１０１５２００．００．５１．０１．５２．０ｔｈｔｈ（）（）图４．７混合料表面温度随时间的变化图４．８距表面５ｃｍ处温度随时间的变化９０ｍｒ〇ｃ－＾—１７５＝＊顶ｌ５ｃｍ＾丨ｆｉ８０：＾＋底板＿ｌ〇ｃｍ７。１７０一雛「：愚｜＇，６ＳｐＩ１．．：：．．ｉｈＭＢ．；ｊ０．００．５１．０１．５２．０顶Ｉｌｌ底板ｆ侧板ｔｈ位置（）图４．９距表面１０ｃｍ处温度随时间的变化图４．１０距表面不同深度处的温差图（２）环境温度对运料车温度场的影响分析沥青混合料从拌和厂向摊铺现场运输的过程中，沥青混合料温度与周围环境温度相差很大，与外界环境的热交换作用会导致混合料温度在到达现场之前有较大的下降。并且沥青混合料的温度愈高，其温度损失愈大，周围环境温度愈低，热量损失愈大。因此，沥青路面的６５ 东南大学硕士学位论文一施工，般要求在高温季节对于某些工程由于紧迫性而选择气候条件不适宜的秋冬季节，也应避开低温天气，防止因气温低而造成不必要的损失。°°３５在温度场计算模型中，考虑常温２５Ｃ和高温Ｃ两种环境温度下的运料车温度场，各参数取值参照４．１．３小节，分别计算运料车内沥青混合料各部分（顶面、侧板和底板）表面温度一４－．１１４．１３，４１４随时间的变化情况，如图所示图．为不同环境温度下，各表面同位置处两者沥青混合料的温度差值。由图可知°，高温３５Ｃ环境下的混合料运输过程中，运料车各表面处的沥青混合料温度均°大于常温２５Ｃ环境温度下的混合料温度。由于混合料上表面覆盖的帆布材料具有良好的保温°性能，高温环境中的顶面混合料温度与低温环境中的相比，其温度差值保持在５Ｃ左右而由；于运料车车厢钢板是热的良导体，两种环境温度下的温度差值随时间逐渐增大，在２ｈ的运输°末期，低温环境中的混合料温度低于高温环境中的混合料温度己达到１０Ｃ，说明环境温度愈，，高，混合料温度下降的越慢高温环境下进行混合料运输有利于减缓混合料的温降现象。本文仅考虑的是常温和高温状态下的运料车温度场，在这种情况下两者温度己有较大的差异，那么对于低温环境下，尤其是秋冬季节进行沥青路面施工，在运输过程中混合料的热，，，应尽量避免低温天气施工量损失更大温度下降更快温度离析现象也更加严重。因此，如果必须施工，应做好保温措施，严格按规范施工，减少不必要的中间环节，精心施工。－－１８０ｈ＾２５１８〇－２５ＴＣ、Ｘ：＋３５Ｃ＋机－，６０１４０－１４０１１＾？；１２０．．—－，〇°＼ｒ？Ｙ／ｕ８０－－８０—ｉ．．１１＿Ｉ￣．＿１１１．６０１ｉｉｉｉ０．００．５．０．２．．．．．．１１５００００５１０１５２０ｔ（ｈ）ｔ（ｈ）４．１１４１２图顶面混合料温度随时间的变化图．底板处混合料温度随时间的变化－ｉ１８０Ｉ２．ＺＺ｜：〇侧板－１Ｍ１７０丨。．．．１Ａ８８＾广穴、＇－－１６０１８７．６２＾．Ｎ／ｙ？？Ｒ１ｐ－－＼ｅｉ５０６Ｈｘ５．４５．４；，１４°４「？：３０－１ｉ广’灸４ｉ＼－￣＊￣￣１１１１１－１．１－１Ｌ—－１１＿１１．１１．１＿＿Ｌ－Ｌ１２０〇，，，，，ｊ０．００．５１．０１．５２．００．００．５〗？〇１．５２．０１ｈ（）ｔ（ｈ）４１３４４图．侧板处混合料温度随时间的变化图．１不同环境温度下的各表面混合料温差图６６ 第四章运料车温度场分析以及信息化监控技术研究（３）覆盖情况对运料车温度场的影响分析运输过程中是否覆盖沥青混合料将直接影响混合料上表面的温度散失状况。在施工过程中往往会出现以下情况：运料车经常不具备覆盖保温篷布；有时虽然运料车配备有覆盖篷布，但篷布较小无法覆盖整个车厢顶面而无法起到良好的保温措施；有时出厂覆盖好的篷布在运输途中会出现被风刮开或掀起的情况，；以及有时驾驶员在运料车刚进场时无视前方多辆运料车正停车待卸的情况而立即收起篷布，等等这些现象使得混合料暴露在空气中，大大加快了热量损失。°在温度场计算模型中，常温２５Ｃ环境温度下，分别考虑沥青混合料表面篷布覆盖和无覆盖情况下的运料车温度场模型，各参数取值参照４．１．３小节，分别取计算末期２ｈ时的运料车模型温度分布云图，如图４．１５所示。一图４．１５表明，是否覆盖篷布对运料车内温度的影响主要集中在混合料上表面。更进步，，如图４５１。地计算运料车内沥青混合料顶面表层温度变化情况．１和４．６所示图４．１６为不同覆盖情况下的运料车内沥青混合料顶面中心位置处的温度随时间变化图。从图中可以看出，３（ＴＣ，在２ｈ运输时间内有帆布覆盖的沥青混合料表层温度始终保持在１以上，而未经覆盖的混合料表面温度己降至１０ＣＴＣ以下，且未经覆盖的沥青混合料产生的大量°热量损失加剧了表面温度的降低，两者温度差值随时间的增加而逐渐增大，在２ｈ末达到４５Ｃ。因此，帆布覆盖下的沥青混合料保温效果更好，其温度远高于直接暴露在环境中的沥青混合料温度，温降速度也小于未经覆盖的沥青混合料。图４７一．１为不同覆盖情况下同时间点运料车内沥青混合料顶面中心温度随深度的变化图。一由图可知，两种覆盖情况下，在未达到稳定温度的深度之前，同位置处未经覆盖的沥青混合料温度始终小于帆布覆盖下的混合料温度，，但两者的温度差值随深度的增加而减小即同一深度处，未经覆盖的沥青混合料温度梯度远大于有帆布覆盖的。并且在相同时间内，由于帆布的良好保温效果，，混合料温度达到稳定的深度距离值更小，即在相同外界条件下未经帆布覆盖的运料车内低温混合料影响区域更深，体积更多，从而加剧沥青混合料的温度离析。根据以上分析可知，帆布覆盖下的沥青混合料温度散失较慢，运料车不覆盖沥青混合料的温度离析更为严重。因此，为减轻沥青混合料的温度离析，运输车应有符合要求的篷布覆盖，并在装好料后立即将混合料满幅覆盖好篷布，尤其在运距较远、非高温季节施工或者雨季施工时，更应做好覆盖保温措施，必要时可使用双层篷布夹棉等保温性更好的覆盖材料来减小运输过程的温度离析现象。６７ 东南大学硕士学位论文麵瞧．ｌｊ丨川丨丨仆丨ｒｉｌｌｌＵｌｌｌｌｌｉｉ１１１ｊ１川１１１１１ｍｌＬＩｉｌＵｉＨＨｉｍｎｉｉｉＴｎｎＴＪｉＪｉＪｉｌＪＪＪｌｉｌｔｉ１１ＩＪＩ１１１１１ｌｉｌＪｌｌｌＪｌ１１１ｌｆｉ（ａ）蓬布覆盖（ｂ）未覆盖图４．１５运料车模型温度分布云图－—帆布窀Ｓ－１８０１８０＊？■－？－未Ｓ＼盖６〇－１＼－１６０－ｌ４０－ｐ＾］４〇Ｘ／１２０＋未－脱．１２０；％ｙ，〇°？：：ｓｏ／Ｉ１．．．■，，，ＩＩＩＩ．ＩＩ■Ｉ．Ｉ■Ｉ｜ＩＩ，ｇＱ－０．００．５．．．１０１５２０５０５１０１５２０２５３０３５ｔｈｈｃｍ（）（）图４．１６不同覆盖情况下温度随时间的变化图４．１７不同覆盖情况下温度随深度的变化（４）太阳辐射对运料车温度场的影响分析３００？３０００ｎｍ之间的短波辐射太阳辐射是波长集中在，其强度由高度角和大气透明度决定。在沥青混合料运输过程中，太阳辐射能量越大，运料车内混合料吸收的能量就越多。由于其直接决定进入混合料的能量一，因而对运料车内混合料温度场有定影响。在沥青路面施工过程中，存在某些工程由于施工工期紧、任务重，需要组织夜间施工的施，夜间施工除了在温度工现象。与白天施工不同的是、湿度等环境因素上存在差异最明显，的差异就是夜间的太阳辐射为零，。因此为研究太阳辐射对运料车温度场的影响程度，在温°度场计算模型中，取环境温度２５Ｃ，分别考虑有太阳辐射（白天施工）和无太阳辐射（夜间．Ｌ３小节施工）两种情况下的运料车温度场，各参数取值参照４，计算运料车内沥青混合料顶，４．。面表层温度变化情况如图．１８和４１９所示图４．１８为昼夜施工两种情况下，运料车内沥青混合料顶面中心位置处的温度随时间变化一．图，图４１９为在这两种工况下，运料车表面同位置处由于太阳辐射引起的温度差值。由图可知，在相同环境温度下，夜间施工时混合料的运输温度低于白天施工的混合料温度，且这°一种差异随运输时间的增大而增大，在２ｈ运输末期，其温度差值己达到６Ｃ。这结果表明，６８ 第四章运料车温度场分析以及信息化监控技术研究增加太阳辐射对于提高运料车内混合料的温度效果明显，白天施工有助于混合料的保温。除此之外，气温还受太阳辐射的影响，白天较大的太阳辐射强度保证了较高温度的运输环境，有利于减小运输过程的混合料热量损失。因此，对于在夜间低温环境下的混合料运输过程应做好保温措施。，８０ｒ；６０３－－６＞７〇晚５．５｜＾－５－－Ｉ：｜｜４－．５０Ｓ１ＩＩＰ；３．４｜｜卜－１４０：２Ｍｊ＾＾｜多｜多多，ｉｚ４丨０．００．５１．０１．５２．００．００．２０．４０．６０．８１．０１．２１．４１．６１．８２．０ｈｔｈ１（）（）图４．１８不同太阳辐射条件下温度随时间的变化图４．１９不同太阳辐射条件下运料车顶面温度差异４．２．３多因素对运料车温度场综合影响分析一通过对运料车内沥青混合料温度场影响因素的单因素分析可知，任意个因素发生变化一都会对混合料温度产生不同的影响。但是对于某具体运输过程而言，其配置方案是确实的，，包括运输时间，因此必并且受到多个因素共同影响、混合料的覆盖、太阳辐射和环境温度须考虑多因素的综合影响，。根据以上四个因素进行运料车配置时将每个因素划分为两个具有代表意义的水平进行考虑，如在对于运输时间因素进行水平划分时，分别选择能代表运输时间较长和较短的情况，各影响因素水平划分如表４．７所示。表４．７影响因素水平划分平＾．―土．．．－ＩＺＺ１２Ａ°°环境温度）２５Ｃ左右（Ａｉ）３５Ｃ左右（Ａ２）（混合料覆盖情况（Ｂ２）（Ｂ）蓬布覆盖（ＢＤ无覆盖太阳辐射（Ｃ）有，白天施工（ＣＯ无，夜晚施工（Ｃ２）（Ｄ０．５ｈ（Ｄ１．５ｈ（Ｄ运输时间）ｉ）２）一由表４．７可以看出运料车温度场综合影响分析是个四因素二水平分析过程，如果采取全面分析各个影响因子的交互影响，需进行１６种组合的模拟分析，因此采用不考虑交互作用的正交设计法研宄环境温度、混合料覆盖情况、太阳辐射和运输时间这四个因素对沥青混合７料温度变化影响的大小，８（２），．８所示，。根据正交试验设计思想建立Ｌ正交表如表４并一．进行下步模拟，得到混合料表层最终温度值，结果见表４９。６９ 东南大学硕士学位论文表４．８正交试验设计表￣￣￣￣Ｉｉｉ配置结果序号组合ＡＢＣＤ环境温度ｒｃ）覆盖情况施工时间运输时间￣￣￣￣＂＂＂￣ＩＩＩＩＩＡ１Ｂ１Ｃ１Ｄ１２５帆布覆盖Ｏ＾ｈ２１１１２Ａ１Ｂ１Ｃ１Ｄ２２５帆布覆盖白天ｌｈ３１２２１Ａ１Ｂ２Ｃ２Ｄ１２５无夜晚０．５ｈ４１２２２Ａ１Ｂ２Ｃ２Ｄ２２５无夜晚ｌｈ５２１２１Ａ２Ｂ１Ｃ１Ｄ１３５帆布覆盖白天〇．５ｈ６２１２２Ａ２Ｂ１Ｃ１Ｄ２３５帆布覆盖白天ｌｈ７２２１１Ａ２Ｂ２Ｃ２Ｄ１３５无夜晚０．５ｈ８２２１２Ａ２Ｂ２Ｃ２Ｄ２３５无夜晚ｌｈ表４．９８种方案仿真结果￣￣影响因素ＩＴ么温度ｒｃ）序号￣－组ＡＢＣＤ？１ｉｉｉＩＡｉＢｉｃｉＤｉ１４Ｌ２ｆｉｏｌｍｉ２１１１２Ａ１Ｂ１Ｃ１Ｄ２１３１．４１０２．９９３．６３１２２１Ａ１Ｂ２Ｃ２Ｄ１１０８．６１１３．５１０７．９４１２２２Ａ１Ｂ２Ｃ２Ｄ２８５．９１０４．３９４．４５２１２１Ａ２Ｂ１Ｃ１Ｄ１１４２．７１１６．７１１３．４６２１２２Ａ２Ｂ１Ｃ１Ｄ２１３１．９１０９．７１０３．６７２２１１Ａ２Ｂ２Ｃ２Ｄ１１１５．８１２０１１５．５８２２１２Ａ２Ｂ２Ｃ２Ｄ２９４．７１１１．１１０４．４￣￣对上述８种方案的仿真结果进行直观分析，通过比较４个影响因素（环境温度、运输时间、覆盖状况和太阳辖射）极差温度值的大小，来判断４个影响因素对混合料温度变化影响）。４．１０的计算结果表的显著性表明，在所考虑的影响因素和水平中，覆盖情况对运输过程中混合料上表层的温度差异影响最大，其次是运输时间因素，再其次是环境温度，而太阳辐射＞运＞环＞的影响最小，即覆盖情况输时间境温度太阳辐射。以此类推，能得到各因素对运料车内底板和侧板处沥青混合料表面温度影响的显著性，将四个因素按影响性大小排序：运输时间＞环境温度＞覆盖情况＞太阳辐射。因此，综合考虑各因素对运料车内混合料温度的影响，可总结为覆盖情况＞因素＞环境因素。时间表４．１０仿真结果极差分析影响因素位置试验号ＡＢＣＤＫ４６７１５４７４８３５０８．２．１．３ｊ，Ｋ４８５．１４０５４６９．１４４３．９２Ｋｉ１１６．８１３６．８１２０．８１２７．１顶面１２１３Ｋ．１０１．３１１７．３１１１．０２极差Ｒ４．５３５．５３．５１６．１主次顺序Ｂ＞Ｄ＞Ａ＞ＣＫｉ４３０．８４３９．４４４４．１４６０．３７０ 第四章运料车温度场分析以及信息化监控技术研究Ｋ４５７．５４４８．９４４４．２４２８２Ｋ１０７．７１０９．９１１１．０１１５．０７５１Ｒ１１４３７５１１２２２５１１１１１０７底板２．．．极差Ｒ６．７２．４０８．１主次顺序Ｄ＞Ａ＞Ｂ＞ＣＫ４０１？７４１６Ａ４１９３４４２．６［Ｋ２４３６．９４２２．２４１９．３３９６Ｋ１００．４１０４．１１０４．８１１０．７ｘ侧板Ｒ．２１０５．６１０４．８９９．０１０９２极差Ｒ８．８１．５０１１．７主次顺序Ｄ＞Ａ＞Ｂ＞Ｃ￣通过以上对影响运料车内沥青混合料温度场的单因素影响分析以及综合影响分析可知：（。，１）覆盖情况对混合料上表层温度影响较为显著当运料车釆用单层帆布覆盖时混合料上表层处温度在整个运输过程中温降速度较慢；而无覆盖时，则由于混合料与空气直接接。触，上表层温度降低较快因此，在混合料运输过程中，运料车内混合料表面做好保温措施，是必要条件，通过覆盖单层帆布或者双层篷布夹棉等保温性良好的材料有利于减少混合料的热量损失和温度离析现象。（２）缩短运输时间可以减小运料车内混合料表面温度最终的降低幅度，同时运输时间对一个由表及里的过程混合料温度场的影响还是，运输时间越长，影响深度越深，混合料低温区域面积越大。所以，减小混合料运距，缩短运输时间，有利于减少混合料温降，防止产生严重的温度离析。（３）大气温度和太阳辖射对运料车内温度场的影响类似，增加大气温度和太阳辐射能够减小混合料表面温度的降低幅度。并且两因素之间互相影响，高温季节太阳辖射总量相对较大，太阳辐射能量大的情况下温度也会较高。因此，选择高温季节，减少夜间施工，有利于减少混合料热量损失，减缓混合料温度离析。（４）通过对运料车内混合料温度场的综合影响分析可知，在保证高温、及时和良好保温措施的运输条件下，运料车内混合料的保温效果最为明显，各表面最终温度值最大。各因素一中覆盖情况对混合料温度的影响最大，其次是运输时间因素，环境因素影响最小。对于某确定的外界环境下的沥青混合料运输过程，各项操作均满足施工规范要求，即做好表面保温措施的同时，仅可通过控制运输时间来保证混合料的运输温度，防止运输时间过长导致混合料温度降低过大，温度离析现象严重。因而，运输时间因素是影响运输过程温度离析的重要影响因素。４．３运料车信息化监控技术在沥青路面施工过程当中，最容易发生温度损失的环节就是沥青混合料的运输环节，而运输时间因素作为影响运输过程温度离析的重要影响因素，对运输时间的控制可避免由于临一时停车和超出运输范围等原因造成的运输时间过长，防止过低的温度流入下生产环节。除此之外，运输车作为中间环节，能够将施工前后场的数据有效联结，即可获悉沥青路面任意７１ 东南大学硕士学位论文桩号间对应的混合料生产质量信息，实现混合料质量溯源的功能。因而，基于道路施工过程信息化监控方案的设计原理，要实现对运料车的信息化监控，必须在运输过程中准确采集每辆沥青混合料运输车的进站时间、出站时间（运输开始时间）、开始摊铺时间、开始摊铺桩号、结束摊铺时间和结束摊铺桩号等信息，并实时传输至后台服、务器，经处理分析后得到运料车装料时间、运输时长摊铺时间以及对应摊铺段落，从而实现对路面逐粧号的材料质量溯源。４．３．１数据采集方法与设备、如何准确采集运输过程各时间点，包括运输车的进站装料时间出站运输时间、到场摊。铺时间、摊铺结束时间，是解决运料车信息化监控的关键技术问题本文拟采用射频识别ＲＦＩＤ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙｌｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）技术，对混合料运输车辆进行追踪识别，记录沥青路面施工过程中混合料的运输进度，准确采集运输环节各重要时间点，实现对运料车的信息化监控。ＲＦ一射频识别（ＩＤ）是种无线通信技术，直接通过无线电讯号而无需借助于机械或者光学接触来识别目标并读写内部数据。并且由于其具有体积小、寿命长、可重复使用，以及支持快速读写、非可视识别、移动识别、多目标识别、定位及长期跟踪管理等特点。因此，该技术能够很好地应用于沥青混合料运输管理，准确采集各项参数而不受复杂多变的施工环境的影响。一ＲＦ一套完整的ＩＤ系统般由电子标签和阅读器两部分组成。电子标签由于每个标签都具有唯一的一ＩＤ，并且可写入系列信息，通过将其附着在物体一上用来表征目标对象的唯性。电子标签主要分为无源标签和有源标签，主要区别在于内部。是否含有电池无源标签内部不含有电池，是借助阅读器所发射的电磁波产生感应电流供电，其作用距离短、寿命长，并且对工作环境要求不高；而有源标签内部含有电池供电，其作用距离相对较长、，但寿命有限体积大、成本高，且不适合在恶劣环境下工作。阅读器是用来识别电子标签并且读取标签信息的设备。从外形上可分为手持式和固定式阅读器、高频、低频阅读器，其中低频阅读器的读写距离在０．５米；从工作方式上分为超高频？范围内内，高频阅读器在ｌｍ左右，而超高频阅读器通常在１１０米。ＲＦ一ＩＤ技术的基本工作原理是读写器设备通过天线持续不断地向外发射某频率的信号，当带有电子标签的物体进入磁场范围内，便可接收该射频信号，无源标签将产生感应电流供一电并将标签内部存储的信息发送，或者有源标签主动发送某频率的信号，阅读器在读取信息后将其发送至应用程序进行有关数据处理。基于射频识别技术的运料车数据采集设备主要由电子标签、阅读器和ＧＰＲＳ数据终端组成，其原理构造如图４．２０所示。７２ 第四章运料车温度场分析以及信息化监控技术研究２２０Ｖ电源电子标签阅读器｜ｑ１一电源适配器ＧＰＲＳ终端一图４．２０运料车数据采集设备原理构造图电子标签采用无源电子标签，如图４．２１所示，事先将混合料信息、车辆信息和人员信息一等内容写入电子标签内，并通过强磁吸附在运料车车身，般选择在车身侧面或者尾门处固定．。，如图４２２所示阅读器采用超高频固定式设备，将其分别安装在拌和站出料口侧面以及摊铺机正面，如图４．２３所示。ＧＰＲＳ数据终端（设备介绍详见３．２．１节），与阅读器通过串口对接，读取阅读器记录的数，并通过ＧＰＲＳ网络传送回后台中心服务器据。运料车信息化监控机制的工作原理如图４．２３所示。当车辆进入拌和站出料口下方等待装，料时，拌和站阅读器会读取车辆标签信息并自动记录运料车进场时间；当装料完成车辆离开拌和站时，阅读器再次记录运料车出场时间；当运料车到达摊铺现场与摊铺机对接卸料时，摊铺机前的阅读器会会读取对应车辆标签信息，并自动记录运料车开始摊铺时间；当卸料完成车辆离开摊铺现场，阅读器再次记录运料车摊铺结束时间，通。阅读器定时读到标签数据过串口发给数据终端，，数据终端检测到有效数据并将检测数据传输到远端服务器，服务器一做相关数据处理，就可以掌握混合料运输进度，实现运输过程的可视化管理。旦发现运输与等待时间超过设定的时间限制，将会发出短信报警提醒相关人员，从而提高运输环节的管理水平。图４．２１电子标签ＪＨＪＬ（ａ）车身侧面（ｂ）车身尾门图４．２２电子标签安装位置７３ 东南大学硕士学位论文ｍＭ（ａ）拌和站（ｂ）摊铺机图４．２３阅读器安装位置１／＞，Ｐ］觀存储．处既发布：■■■■？ＬＪ｜！ＢｉｅｊＪｊ…………．＾Ｉ，ｓｓ后＾｜中心■时间丨装料时间＝｜｜：获取运镝车际签倌号获取运输车标签倌号拌合ａｓｉｉＳｆｅ摊铺酬图４．２３运料车信息化监控原理示意图４．３．２运输信息化监控平台运输信息化监控平台主要应用于后场的监控管理一，提供给用户种方便快捷的访问方式，即通过ＰＣ端登录连接服务器，并且通过平台提供给管理人员各种功能，从而能够实时跟进混合料运输进度以及查阅车辆运输超时的报警信息，并可对不符合要求的运输过程进行批量处理，实现对运料车的远程监控。（１）混合料运输信息一运输作为路面施工中道环节，具有明显的不可控性。对运输过程的统计分析可以获取运输车的运行记录，具体包括查看车牌号、进入拌和场时间、离开拌和场时间、开始摊铺时间、离开摊铺现场时间，可以将运输车的行程全面的反映出来，以达到对运输车的有效管理和控一制。同时，运料车作为中间衔接环节，通过各关键时间点的记录，方面可以将每车料定位一，方面又可以将每车料定位到具体的摊铺段落到具体的拌和生产时间另，这样就能够获取一一某摊铺路段是什么时间段生产出来的料，结合前面的拌和楼管理系统，可以查询这时间一旦某些路段出现质量问题段混合料的生产状况。，就可以查到该路段混合料的生产情况，，可以快速查找原因结合后续压实监控系统的数据，达到对质量问题进行溯源，同时对后期路面长期性能分析起到非常重要的作用。７４ 第四章运料车温度场分析以及信息化监控技术研宄混合料运输信息查询界面如图４．２４所示。沥青浞合钭填綺管理系统．ｎ馆甬管捆＞滇众料沄输ｍ患胃运輪信息管理ｅ謎车？名称开始运输时Ｓ运长（ｈ）开始摊彳細＾间开始Ｗｉｄ！桩号结束摊ｉ邮１间《ｉ晰彳长（ｍ结罙？ｉ＿ＵＸ＆－－－－＋－－＋Ｈ１８５２０１６０６１９０〇／＇３９２０１６０６１９Ｋ５１３８．１２０１６０６１９／＇Ｋ５１３０４Ｊ？＾０〇ＪＷ２３＾：：１４３６４０１５．１５．４１１５：１８：４２ＪＢＨ２８２０－－－－－－－－１００６１９００３２０６０６１９Ｋ５２２７７２０１６０６９０Ｋ５２２２７车辆名称方＜］婀吩１１０小时２０分．Ｌ．１４：００：４９１４：３７：４２１４３９５６．幵始运输时间ＪＴｈ－－＊－＋－－苏丨２８２０１６０６１９００／Ｏ分２ｉｎ６０６１９Ｋ５２６０６２０１６０６１９００小时丨８分Ｋ５Ｍ８２９Ｊ奶＇１Ａ云餘ｊ〇时於Ｃ—ＷＪＪＴ１３：４４３８１４２８：２５１５：０１：１３开始摊铺桩亏－－－－－－－＾ＴＮ，７２０６０６９００＇３２０６０６９Ｋ５３２０６０６９５－３０３－４Ｊ１１１Ｊ奶吩１１０４４１１００小时２５分Ｋ０幵始摊铺时间１３２８５５１４：０８１５１４０９５５结束摊铺时Ｉ％－＋＊－啦－６９／２〇＊＊Ｋ５－舢２０１６０１００Ｊ则４吩１６０６１９４０７．０２０１６０６１９００小时２１分Ｋ５４０６２２４８１３３０７３３４５摊铺时长１４４４１７Ｇ－－＊－＋－－＋会吉束摊铺粧号３５７９２２０１６０６１９００，５４２０１６０６１９Ｋ５４２８７２０１６０６１９００小１９分Ｋ５４０９３』制分时１２３００９１３２５；〇１，３２９５６１ｆ２０６２０－－－－＊－－Ｍ１６０６１９０〇／％５３２０６０６１９ＫＳ９２７２０６０６９００２２５－４８００ｔｔｔｆ１Ａ１１小时Ｋ．ｊＷ分分＜４－Ｃ＇＊９－ｎ％＇〇ｎＡ４ｆＣｙ图４．２４混合料运输信息査询界面（２）报警信息查询一，４．２５，通过警示告知信息栏，可查看运输时长超时车辆信息如图所示。同时管理人，员经过对现场超时车辆的核实确认，可对不符合要求的运输过程进行批量处理剔除由于系。统误差而产生的误报车辆信息，对真正超时的运输过程车辆信息进行统计４１－黎示告知＆？ｍａ确ｕ，：？示＆知，车嫌号：；、＆？儐躐确认ｖ勸，：３ｆｔＳｌＡＵ：开始曰期｜？束日ｗ：告擊ｗＶ：ｊｊＬｊ１ＥＥ没有检素到您要的值？〇▼？ｈ＜第０页／〇？常到〇汆记录？〇第〇杂记录共页？丨〇松》示第杂图４．２５报警信息査询界面７５ 东南大学硕士学位论文４．３．３工程应用分析一下面是对某高速公路在上面层施工过程中某日的混合料运输信息进行统计分析，基本４？．１１所示。１２００吨Ｋ１６４＋０００Ｋ１６５＋２４０，摊信息如表当日共生产混合料，路面摊铺段落为铺总长１２４０米，共计６５车次的运输。根据运输时长统计结果绘制运输时长分布区间频率直方图．２６，如图４所示。表４．１１混合料运输信息汇总＿运输时长（ｍｉｎ）混合料类型生产总量运输Ａ车次＃摊铺段落最大值最小值平均值变异系数卜而戶０６５Ｋ？１６４＋Ｋ１５＋２４０４１２６３３２．２３７１２０吨辆０００６－ＳＭＡ１３■频率：：＿＿－１Ｉ１２０：１１丨＿Ｉ＾．＿＜２５２５３０３０，３５３５４０＞４０［，）［）［，）运输时长ｍｉｎ）（图４．２６运输时长分布直方图？由表４．１１ｉ可知，所有车辆的运输时长主要分布在２６４１ｍｎ区间内，考虑拌和站和摊铺．现场的距离，该范围内的运输时长是符合实际情况的，同时结合图４２５发现，运输时长主要？３０４０ｍｉｎ区间内集中在，并且时间的变异系数较小，仅为２％，即表明所有车辆都是按照规定路线以正常车速进行混合料运输，不存在绕路以及故意延误的现象。运输时长仅代表的是混合料在运输过程的时间，而从混合料装料完成到开始摊铺的这段？时间还包括运料车在现场的等待时间。从现场实际情况了解，平均每辆车需要等待２３辆运料车卸料摊铺，换算成时间为２０分钟左右，因此，从拌和到摊铺每辆运料车上的混合料需要一个小时，４２２，等待。根据当日施工天气为高温无风的良好状况并且结合．．小结发现在高温环境中并己采取良好的保温措施后，运料车内混合料各表面温度在后期的温降速度比较小，°３０２？３Ｃ分钟内仅降低了，同时在１小时左右的时间混合料温降区域也控制在距离表面１０ｃｍ左右的范围内，而对绝大部分混合料温度不产生影响。因此，当日混合料运输状态整体评价良好，由于运输和等待时长对混合料温度影响较小，但是如果遇到在低温季节施工就需要考虑缩短拌和站与摊铺现场的距离，同时可加强保温措施，以减小温降，减缓温度离析程度。７６ 第四章运料车温度场分析以及信息化监控技术研宄４．４本章小结（１）理论分析与工程实践表明，本文采用有限元软件ＡＢＡＱＵＳ建立的运料车内沥青混合料温度场模型是可行的，并且模型各计算参数的选取是合理的。（２）当运料车采用单层帆布覆盖时，混合料上表层处温度在整个运输过程中温降速度较慢；而无覆盖时，则由于混合料与空气直接接触，上表层温度降低较快。在常温环境中，两°者表面温差在２ｈ末可达到４５Ｃ，且未经覆盖的混合料低温区域影响深度更大。因此，在混合料运输过程中，运料车内混合料表面做好保温措施是必要条件，通过覆盖单层帆布或者双。层篷布夹棉等保温性良好的材料，有利于减少混合料的热量损失和温度离析现象（３）缩短运输时间可以减小运料车内混合料表面温度最终的降低幅度，同时运输时间对一混合料温度场的影响还是，运，影响深度越深个由表及里的过程输时间越长，混合料低温区域面积越大；并且在混合料刚装入车内的ｌＯｍｋｉ左右时间里，表层温度急剧变化，之后较为平稳，，随着时间的增加温度逐渐降低。所以减小混合料运距，缩短运输时间，有利于减。少混合料温降，防止产生严重的温度离析（４）大气温度和太阳辐射对运料车内温度场的影响类似，增加大气温度和太阳辐射能够减小混合料表面温度的降低幅度。并且两因素之间互相影响，高温季节太阳辐射总量相对较大，太阳辐射能量大的情况下温度也会较高。因此，选择高温季节，减少夜间施工，有利于减少混合料热量损失，减缓混合料温度离析。（５）在混合料的运输过程中，温度损失最严重的区域是运料车侧板处的沥青混合料而，在帆布覆盖下的混合料上表面处由于良好的保温措施温度降低的最少，即运料车车厢四周容易发生严重的温度离析现象。（６）通过对运料车内混合料温度场的综合影响分析可知，在保证高温、及时和良好保温措施的运输条件下，运料车内混合料的保温效果最为明显，各表面最终温度值最大。各因素中覆盖情况对混合料温度的影响最大一，其次是运输时间因素，环境因素影响最小。对于某确定的外界环境下的沥青混合料运输过程，各项操作均满足施工规范要求，即做好表面保温措施的同时，仅可通过控制运输时间来保证混合料的运输温度，防止运输时间过长导致混合料温度降低过大，温度离析现象严重。因而，运输时间因素是影响运输过程温度离析的重要影响因素。（７）采用射频识别（ＲＦＩＤ）技术，对混合料运输车辆进行追踪识别，记录沥青路面施工过程中混合料的运输进度，准确采集运输环节各重要时间点，包括运输车的进站装料时间、出站运输时间、到场摊铺时间、摊铺结束时间。８一（）建立运输信息化监控平台，用于后场的监控管理，提供给用户种方便快捷的访问方式，即通过ＰＣ端登录连接服务器，实时跟进混合料运输进度以及查阅车辆运输超时等报警信息，，实现对运料车的远程监控。同时，根据平台车辆运输信息对施工质量进行评价分析。７７ 东南大学硕士学位论文第五章基于温度离析的沥青路面摊铺过程信息化监控技术不同于集料离析，温度离析是无法直接通过肉眼观测，因此在施工过程中不容易被察觉。目前，施工现场主要采用温枪多点测量或者借助红外热像仪进行热图像分析对沥青路面摊铺５４【］过程中的温度离析进行检测。由于检测频率低、过程不连续、区域定位不准确等原因导致检测结果不能真实反映摊铺过程铺面温度的实际分布情况。同时，虽然规范对施工各阶段的沥青混合料温度范围都有相应的规定，但没有规定施工过程中沥青混合料摊铺温度离析的评价方法和标准。而美国国家浙青研宄中心（ＮＣＡＴ）提出的温度离析标准，即通过温差判断铺一５５［］面混合料温度离析严重程度，具有定的参考性。针对以上存在的问题，本文首先研发了沥青路面摊铺温度实时采集设备，该设备基于红外温度传感器阵列以及距离传感器等外部硬件设备，实现对摊铺速度和温度的全面、准确测量。其次，基于摊铺温度实时采集设备所采集的离散点的温度数据，利用ＧＳ＋Ｖｅｒｓｉｏｎ和ＡｒｃＧＩＳ软件对各空间插值法进行比较，优选三次样条函数将铺面离散的温度点数据扩展为面数据，并且开发了基于ＭＡＴＬＡＢ摊铺温度云图绘制程序，直观地展示铺面温度分布情况对路面温度离析程度做出直接判断，为施工管理提供辅助支撑。最后，本文开发了信息化监控平台，远程接收并存储摊铺现场实时采集的温度数据并对数据进行处理和统计分析，达到对施工现场远程监控、实时预警的目的，满足全面、连续、实时监控沥青路面摊铺温度离析的工程技术需求。５．１摊铺温度离析实时采集设备基于道路施工过程信息化监控方案的设计原理，通过对摊铺过程混合料温度、摊铺速度、距离等数据的自动采集、实时传输、处理分析，从而实现对混合料摊铺过程中铺面质量的远。程实时监控因此，确定摊铺温度离析实时采集设备应包括温度采集设备、距离采集设备以及数据处理终端等组成，如图５．１所示。速度，距离采集设备（摊铺速度，炬离）＋、，、ｆＨ、＂温备＂＂＾数据处麟端皆！信息化监控平台（ＳＪ盖）、ｊ、’ｉｓ＞Ｋ显示屏：摊铺温度、＼ＬＥＤ屏：摊铺温＼＾速度、温度云图ＩＩ度、速度ＩＬ图５．１沥青路面摊铺温度离析实时采集设备基本组成７８ 第五章基于温度离析的沥青路面摊铺过程信息化监控技术Ｓ．１．１溫度采集设备根据铺面温度场特征，通过选择合适的温度采集设备，并利用其监测摊铺阶段沥青混合料的温度分布情况，及时发现施工薄弱点从而指导施工生产，减少低温混合料对路面产生的不良影响。目前，对于铺面温度离析的检测方法主要有以下几种：（１）点式温度计水银温度计是一种依靠水银物质热胀冷缩的物理变化来获取温度的传统测温设备。咋进行温度测量时，需要与沥青混合料充分接触，并且需要等待较长的反应时间才能读取到数值，因此获得的数据为延时数据，准确性差，且操作困难，不具有实用性。一数显温度计是种利用感温元件来识别温度（如温度电阻等）的电子产品，但其价格高易。损坏，且测量误差较大红外测温计（温枪）的工作原理是通过接收物体表面发射的红外线，并将其具有的辐射能转变成电信号，根据转变成电信号大小，从而确定物体的温度。和上述接触式比起接触式测，温方法，红外测温计有着响应时间快、非接触、使用安全等优点但是只测量物体表面温度，。不能测量内部温度，且测量精度容易受环境影响无论是哪种类型的点式温度计，其测量获得的数据只是单个点的温度数据，而在摊铺过程中沥青混合料的温度是由温度场构成，单点式温度检测随机性较大，往往无法准确检测到摊铺表面出现的低温区域，而只能检测混合料的温度是否满足规范要求，无法表征铺面温度的分布情况以及均匀性一。点式温度计每次只能测量个点的温度大小，当进行多点测量时，工作了大且效率低下，即使是响应时间较短的红外温度计，也无法过于频繁地检测铺面温度。同时，采用点式温度计测量时需要与被测物体近距离接触，但是铺面混合料温度较高，而且施工现场重型机械多，施工流程紧凑，因而对检测人员存在较大的安全隐患。５６［】（２）红外热像仪红外热像仪是利用红外探测器将物体发出的不可见红外能量转变为可见的热图像。热图像通过不同颜色表征不同的温度值来描述物体表面温度分布情况。但是由于红外热像仪在使用过程中架设位置困难，拍摄角度随意，以及机械抖动等工作环境因素对拍摄过程的影响很，大，都会导致显示出来的红外图像不能精确的反应显示出路面温度场造成数据和图像的失。，真并且红外热像仪属于精密仪器不适合长期在高温多尘的复杂环境下工作，实用性不高。（３）红外温度传感器一红外温度传感器的工作原理和上述红外温枪一样，都是种通过光电设备测量物体表面、发射的红外辖射强度来来计算物体的表面温度，具有响应速度快不扰动被测目标温度分布场、测量精度高、稳定性好等优点。由于传感器应用的灵活性，可对多个温度传感器进行组合加装，形成温度传感器阵列，横向分布在摊铺机后的断面上，对铺面温度数据进行全断面高频检测，既可以解决单点式温度计测量时低频、低效、不全面等问题，又可以解决红外热像仪操作复杂以及无法在恶劣施工环境下长期工作等问题。因此，本文优选红外传感器作为７９ 东南大学硕士学位论文主要测温设备，，使其更加符合铺面温度场的测设要求并通过加装改进形成温度传感器阵列。红外温度传感器阵列由多个温度探头组成，通过钢制桁架均匀横向分布在摊铺机后的断面上．２５．３，如图５和所示。各温度传感器之间的横向分布间距可按照工程要求设置，但通过多次试验测量，为保证有足够的数据量来反映横断面温度分布，建议分布间距不超过ｌｍ，必°２Ｃ要时可加密布置传感器。同时所采用的温度传感器测量误差Ｓ±，可实现准确测温。红外温度传感器阵列按事先设定的频率采集铺面温度信息，随着摊铺方向以固定步长的采集频率，形成全断面多点式温度数据采集方式连续采集数据。该采集方式保证了设备监控范围涵盖，摊铺施工全断面，解决了由于温度离析可能存在域铺面任意位置的问题彻底消除漏检的风险。＿＿图５．２红外温度传感器图５．３温度传感器阵列５．１．２速度、距离采集设备“”沥青混合料的摊铺原则是缓慢，、均匀、连续保证摊铺层能够达到足够的平整度和密５７［］。，，实度，并且获得纹理均匀的平整路面研究表明为了提高重载路面的压实度首先要保证摊铺机的初始压实效果，这就对摊铺机的的摊铺作业提出了要求，要求摊铺速度要慢、宽一度要窄，，，。在沥青混合料摊铺过程中如果摊铺机摊铺速度过快方面影响了初始压实效果一另方面还容易导致铺层表面出现刮花的现象，造成碾压成型后的路面表面质量较差；如果在摊铺过程中出现时快时慢、时开时停的现象，则会造成路面平整度低、压实效果不好等问题。因而，需要对混合料摊铺速度进行监控，保证摊铺机缓慢均匀连续的进行摊铺工作。为了使采集到的温度数据能够表征铺面温度分布情况，需要通过获取摊铺机的位置信息一将温度数据准确定位到摊铺段落上的某具体位置，才能明确铺面低温区域的目标位置，并且有针对的采取措施保证路面施工质量。同时也可以解决运输车与摊铺机对接时的桩号定位问题，实现摊铺段落对应混合料生产信息溯源的功能。一对于摊铺速度和位置）（距离数据的采集可通过同种设备。根据采集方法的不同可分为两种一ＰＳ一，种是直接采集，即通过Ｇ定位装置直接获取摊铺机的位置和速度信息；另外种为间接采集，即通过距离传感器获取摊铺机的运行距离并且当采集时间间隔足够短时可将距离数据转化为速度数据。两种设备可按照工程要求进行选取。８０ 第五章基于温度离析的沥青路面摊铺过程信息化监控技术由于普通ＧＰＳ定位精度不高，１０ｍ范围，，会产生较大的信号漂移现象误差控制在显然超出了路面施工的横向范围，造成定位不准确。因而选用高精度ＧＰＳ，如图５．４所示，采用ＲＴＫ定位技术，精度可达到厘米级。将移动站安装在摊铺机驾驶室内，通过差分技术，实现对摊铺机的速度和位置数据的高精度采集，并且通过数据终端可将采集到的经纬度位置信息解析为路面桩号信息。但是高精度ＧＰＳ成本太过昂贵，不适合在工程中大量推广和应用。５４ＧＰＳ图．数据采集设备一距离传感器采用行程开关（计数器），是种利用部件机械运动的碰撞使其触头动作来实一，以达到定目的的设备，如图５．５所示。行程开关的安装位置如图５６所现接通或断开电路．示，在摊铺机向前行进的过程中，履带的转动使得链节不断地拨动行程开关，由于履带链节长度为固定值，因而通过开关触发计数，利用机械计数的方式计算摊铺机的运行速度和距离，，利用行程开关测得的速度精度控制在Ｏ．／进而可将距离数据换算成桩号数据。同时ｌｍｍｉｎ范，满足工程要求，可实现对桩号和摊铺速度的准确测量围内。图５．．５行程开关图５６开关安装位置５．１．３数据处理终端数据处理终端的主要功能是接收测温和测速设备传过来的模拟数据，将其转变成数字信一号，并过滤，、些无效或异常数据将数据处理成有效的温度速度和距离数据，实时展示给现场用户，同时实时绘制温度分布云图，并将现场数据通过ＧＰＲＳ数据端利用无线网络传送８１ 东南大学硕士学位论文给信息化监控平台，便于管理人员远程实时查看摊铺数据。一如果采用距离传感器作为速度和距离数据采集设备的方案，数据处理终端般采用的是工业控制计算机ＩＰＣ（ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＰｅｒｓｏｎａｌＣｏｍｐｕｔｅｒ），能够很好地适应拌和现场高温、震动和灰尘等特征的复杂环境，。按照工程需求不同处理终端可分别采用带显示屏和不带显示屏的两者区别在于带显示屏的处理终端可以现场实时绘制温度分布云图，通过彩图指导施工，如图５．７所示。如果采用高精度ＧＰＳ作为速度和距离数据采集设备的方案，数据处理终端可直接利用安一装在摊铺机上的移动站（ＭＣ１０２），其功能相当于个移动的下位机处理器，完成对数据的中转处理并通过网络发送。通过ＧＮＳＳ天线接收ＧＰＳ位置信息的采集处理，并将ＰＣ工控平板电脑处理过的温度和速度数据采集出来，通过网络将数据发送给服务器后台，如图５．８所示。图５．７数据处理终端（工控机）图５．８数据处理终端（ＭＣ１０２主机）５．１．４其他设备电源控制盒，如图５．９所示，主要是将１２Ｖ或者２４Ｖ电源通过开关控制，避免摊铺机停止施工时仍处于开启状态，长时间运行会导致机械电瓶的亏电，影响设备的正常运行，同时一键式启动摊铺管控设备可以简化操作，方便使用。ＬＥＤ显示屏，如图５．１０所示，通过支架固定在摊铺机后面，通过与数据处理终端连接，８２ 第五章基于温度离析的沥青路面摊铺过程信息化监控技术°”“”“ＸＸ实时滚动显示当前摊铺机速度数据ＸＸｋｍ／ｈ和铺面平均温度数据Ｃ，便于现场管理人员实时掌握当前施工状态。—ｒ，ｐ图５．９电源控制盒图５．１０ＬＥＤ显示屏５．１．５设备原理构造根据系统需求分析，并通过比选确定合适的数据采集设备，从而确定摊铺温度离析实时采集装置由红外温度传感器阵列、距离传感器或者高精度ＧＰＳ定位装置、数据处理终端等组，处理分析成，实现对摊铺温度数据连续自动、高频快速、准确全面地采集、远程传送以及后台监控，，，并实时给出铺面温度分布结果指导施工生产。针对不同的数据采集方案完整的摊铺温度离析监实时监控装置原理构造如图５．１１所示。图５．１１（ａ）为采用高精度ＧＰＳ定位装置获取摊铺机的位置和速度信息，同时采用ＧＰＳ定位装置中的移动站ＭＣ１０２主机作为系统数据处理终端的原理构造图。移动站ＭＣ１０２主机一一是系统设备组成的关键，方面移动站主机通过ＧＮＳＳ天线接收ＧＰＳ位置信息，另方面主机通过网线与ＰＣ工控平板电脑连接，读取处理过的温度和速度数据，同时主机可插入联通／移动数据流量卡，通过３Ｇ／４Ｇ网络将数据发送给服务器后台，实现远程监控的目的。除此之夕，，卜，ＬＥＤ屏可通过串口接线接入主机实时展示当前温度和速度数据实现实时监控的目的。５１（ｂ），图．１）为采用距离传感器（行程开关获取摊铺机的位置和速度信息同时采用工控机作为系统数据处理终端的原理构造图一。方面工控机通过继电器传输分析行程开关（计数器）数据获取摊铺机速度和距离信息，以及通过温度传感器获取铺面温度数据并进行处理／分析，同时可通过ＧＰＲＳ数据端利用３Ｇ４Ｇ网络将数据发送给服务器后台，实现远程监控的一，ＬＥＤ屏可通过目的；另方面可根据采集到的温度数据实时绘制温度云图并展示同时串口接入工控机，实时展示当前温度和速度数据，实现实时监控的目的。８３ 东南大学硕士学位论文圆盘天线！—￣ＧＮＳＳ电源控制盒ＭＣ丨（１０２）械｜ＬＥＤＳ雜ＬＥＤ串口接线￣￣网多―－变“器丨工控平板２４Ｖ转１２Ｖｍｍ信号电源１温度传感器＾电瓶（２４Ｖ电源）ａ（）电瓶电源控制盒｜（２４Ｖ电源）＾￣－■－■１｜变压器卿２４Ｖ转１２Ｖ－工Ｉ１｜１ＧＰＲＳ—Ｃ０Ｍ天线１Ｌ１－－控一—计数器继电器＾￥ＣＯＭ２－」ＵＳＢ温度传感器１ＣＯＭ３信亏｜５Ｖ供电ＬＥＤ显示屏（ｂ）５１１图．摊铺温度离析监实时监控设备原理构造图５．２摊铺温度场云图绘制方法摊铺温度实时采集装置对温度的检测特点虽然弥补了传统温度检测中的不足，可连续自动、高频快速，、准确全面地采集铺面温度但获取的温度数据仍是表征铺面离散的单点温度。由于铺面混合料温度是由温度场构成，离散的单点温度数据只能用来判断铺面混合料的温度是否满足规范要求，无法表征铺面温度的分布情况以及均匀性；而且由于所获取的温度数据量较大，如果不经过处理而仅通过数字表示铺面温度，就无法直观地表达温度的高低以及凸显铺面低温区域，给管理人员的判断带来较大的困难，不利于管控系统的实时性。因此，针对采集数据的分布特征，本文提出利用插值粒度可调的三次样条空间插值方法８４ 第五章基于温度离析的沥青路面摊铺过程信息化监控技术对铺面未知区域内对应里程桩号下的温度数据进行插值运算，将离散点的测量数据扩展为连续的面数据。同时基于ＭＡＴＬＡＢ语言进行程序设计，实现数据扩展算法并根据计算结果进行可视化处理，通过绘制位图数据最终将离散的温度点数据映射成温度分布云图，达到全断面监控沥青路面温度分布状况的目的。５．２．１数据扩展如何将采集到的铺面有限数量的数据点转化为连续的数据面是绘制温度云图的关键步骤。地理信息系统空间数据分析中的空间数据插值方法为解决该问题提供很好的方法。空间数据一组己知的空间离散数据点中找到一个函数关系式插值方法是从，使该关系式最好地逼近己知的空间数据，并能根据该函数关系式求解出区域内其它任意点的值。［５９［６＿１］］（１）空间插值方法虽然空间插值方法很多一，但不同的插值方法在同问题上的应用效果存在很大的差别。因而，应根据数据的分布特性和统计特性，选择最恰当的插值方法并进行插值计算，提高插值精度。目前，对于离散点的插值，常用的插值方法有反距离权重插值法（ＩＤＷ）、三次样条函数插值法（ＴＳ）和普通克里格插值法（０Ｋ）。①反距离权重插值法（ＩＤＷ）一“一反距离权重插值法是种简单的几何方法，是最常用的空间内插方法之。其基于邻近”的区域比距离远的区域更相似的基本假设，通过对插值点周围的观测点进行线性加权获得估计值：，且权重系数与距离成反比，如果用Ｚ表示待估计点的值，则有Ｚ＝Ｘ＝／１ｔＭ、＝ｉｉ其中Ｚ是插值点估计值，Ｚ是实测样本值，ｎ为参与计算的实测样本数，式为插值点与，第ｉ个数据点间的距离，／（＜）是待插值点与邻近点之间的距离乂的权重函数，最常用的为距离倒数函数或距离倒数平方函数。②三次样条函数插值法（ＴＳ）三次样条函数插值法是一种使用样条函数逼近曲面的方法。样条函数是灵活曲线规的数一一，，。学等式是个分段函数，进行次拟合只有少数数据点配准同时保证曲线段连接处连续样条插值的目标就是寻找一个表面使其满足最优平滑原则，即利用样本数据点拟合光滑曲线，一使其表面曲率最小。这就意味着样条函数可以修改曲线的某段而不必重新计算整条曲线，。插值速度快。除此之外，样条函数在保留原始数据特征的同时在视觉上也得到了满意的效果③普通克里格插值法（０Ｋ）一普通克里格插值法是种空间统计或者又称为地质统计学方法。这种方法充分吸收了地理统计思想，认为任何在空间连续变化的属性是不规则的，不能用简单的平滑数学函数进行８５ 东南大学硕士学位论文模拟，可以用随机表面给予恰当的描述。其以区域化变量理论和空间自相关理论为基础，对一满足二阶平稳或固有假设的变量具有很好的估计精度，是种最优线性无偏的估计方法。普通克里格插值方法的思路是通过样本数据计算变异函数，再根据样本变异函数的类型选择合适的变异函数理论模型进行模拟，最后根据模拟的变异函数对待估计点进行线性估计并给出估计方差作为不确定性的度量指标，：。如果用Ｚ表示待估计点的值则有Ｚ＝仏ｔ＝／１其中，为待估值点周围的点（Ｘ．，）处的实测值Ａ是其对应的权重系数，即通过选；＿ｙ，，，取＋使待估值Ｚ估计无偏，并且使其方差小于任意观测值线形组合的方差。选择铺面某４米长段落内连续分布的１２６个检测点的温度数据作为样本数据，如图５．１２ＩＤＷＴＳ所示，分别对反距离权重插值法（）、三次样条函数插值法（）和普通克里格插值法（０Ｋ）进行比较，并在ＧＳ＋Ｖｅｒｓｉｏｎ和ＡｒｃＧＩＳ中分别采用ＩＤＷ、０Ｋ和ＴＳ插值法对所选用的点进行插值并绘制３维插值图，如图５．１２中（ａ）、（ｂ）、（ｃ）所示。－－－－－－－－－－＜ＯＯＧｅＯＯＯＯＯＱＯＯ？ｅＱＱＱＯＱＱｊ＾１００００００００００００００ＯＯＯＯＯ（｜米￥｜＾〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇）〇＾｜ｉｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｌ５米ｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｊｊ（ｌＯＯＯＯＯＯＯＯＯＯＯＯＯＯＯＯＯＯＯｌＣｊｊ）＜）０００００００００００００００００００（｜ＪＩＩｕ〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇Ｌ４Ｊ米图５．１２样本数据分布图．１３（ａ）中所示图５，在采用ＩＤＷ插值时，插值结果三维平面会出现大量尖峰点，且从下方映射的等值线也可以看出插值结果不够平滑，异常点较多。这是由于在区域范围内插值点密集度较大，会出现内插点与观测点同点的情况，即两点重合，距离为０，那么该点权重值为无穷大一，导致输出的结果数据在这点上不连续，插值结果以观测点显示，形成图中的尖峰点。而对于ＯＫ和ＴＳ插值，从图５．１３（ｂ）、（ｃ）中可以看出，插值的整体效果比较平滑，，尤其是ＴＳ插值使得整个插值平而出现了较缓和的趋势，不会出现较为突出的异常点。以上述１２６个数据点作为样本数据进行插值计算，并将铺面其他４２个检测点温度数据作５．１为控制点对插值精度进行验证，。表为分别采用三种方法的插值误差结果。由表可知由于，ＩＤＷ插值的异常值数量增加，导致插值误差较大较大的样本密度，插值精度明显低于后两８６ 第五章基于温度离析的沥青路面摊铺过程信息化监控技术者；与ＩＤＷ插值结果相反，由于较大的样本点密度，通过ＴＳ方法得到的插值结果精度较高；而０Ｋ插值精度受样本点密度和数量的影响较少，插值误差处于两者之间。＝１（ａＩＤＷ）三维插值，？３ｃＨ＾｜＾＿（ｂ）ＯＫ三维插值ｗ：：Ｅｉｉ■１３２－１３４（ｃ）ＴＳ三维插值图５．１３ＩＤＷ、ＯＫ、和ＴＳ三维插值效果图８７ 东南大学硕士学位论文＇表５．１０）评、０１＾、和１８插值误差比较温度。＾（〇绝对最大误差绝对最小误差绝对平均误差反距离权重法ｍＬ５１０２普通克里金法６．３０．９３．７三次样条函数法４．２０．２２．１￣通过以上分析，，，在对铺面温度场插值过程中针对铺面检测数据的大密度均匀分布特征三次样条插值法在曲面平滑和插值精度上明显优于反距离权重法，而在插值精度上略优于普通克里格法一。除此之外，ＯＫ插值法作为种统计学方法，复杂，计算量大，运算速度慢，如。果采用该算法所以，，在铺面温度场实时监控的情况下会降低运行效率对于铺面温度样本数据密度足够大的情况下，三次样条插值完全可以满足精度和曲面平滑的要求。（２）数据扩展算法通过比选，确定三次样条函数插值为最优方法对铺面数据进行扩展，并通过ＭＡＴＬＡＢ编写数据扩展算法程序，实现铺面采集数据由离散的数据点快速扩展为连续的数据面，满足绘制温度云图的数据集密度。数据扩展算法有以下几个模块，具体包括初始化、异常数据处理、里程桩号解析、温度数据纵向插值、温度数据横向插值、数据补偿等６大模块，如图５．１４所示。同时根据数据类型分为离线数据处理和实时数据处理两部分，两者的最大区别是后者在进行温度数据纵向插。值时，会对在时间上存在前后关系的两组数据进行平滑处理，以确保温度数值变化的连续性①初始化模块初始化模块主要负责数据的接收以及参数的定义。②异常数据处理异常数据处理模块通过引入异常里程桩号和异常温度数据排查与编辑机制，实现了错误里程粧号与异常温度数值的识别一、删除与修正。在异常数据行识别方面，当某里程粧号违背里程桩号的整体变化趋势时，该行为异常数据行；在对异常数据列判断方面，根据用户设定的温度上、下限和异常数据百分比，来判断温度数据列是否存在异常。当某列不在正常温度区间的数据个数百分比超出异常数据百分比时，该列为异常数据列。③里程桩号解析“”“”里程桩号解析模块主要负责将里程桩号的非数字字符，包括Ｋ和＋字符剔除。④数据纵向插值数据纵向插值模块主要负责计算两个数据行之间的插值点个数、各插值点的里程桩号及其相应的温度数值。在对实时数据进行处理时，还负责对在时间上存在前后关系的两组数据进行平滑处理。采用插值粒度可调的三次样条函数算法对里程粧号和单里程粧号相应温度数据进行了插值运算，该算法首先对纵向单位距离内的插值点个数进行了定义，计算各插值点的里程桩号；其次，根据里程桩号间的距离运用三次样条函数计算插值点的温度数值，确保一定距离内的总数据点个数保持不变。采用线性内插与外推的算法对相邻两时刻的数据进行８８ 第五章基于温度离析的沥青路面摊铺过程信息化监控技术了平滑处理，实现了两组数据的平滑过渡，保证了数据的连续性和准确性。⑤数据横向插值数据横向即沿路幅宽方向插值模块主要负责对单行数据的温度数值进行插值计算。采用插值粒度可调的三次样条函数算法对单里程桩号对应的温度数据进行了插值运算，该算法首先根据横向单位距离内的插值点个数，基于两两相邻传感器的相对位置关系计算相应的插值，，运用三次样条函数计点个数；、各插值点的横向坐标值其次根据各插值点的横向坐标值一一算插值点的温度数值，以确保定距离内的总数据点个数基本致，便于温度点云图的绘制。⑥数据补偿数据补偿模块主要负责在输入数据不满足点云绘制所需数据密度时对数据进行补足工作。当输出数据表的里程桩号跨度小于用户定义的单点云绘制组件显示距离参数时，运用线性外推法补足欠缺的里程粧号及其相应的温度数值。上时刻输入数据原始』数据初始化异常数据处理里程桩号解析＂■｜数据横向插值数据纵向插值—数据补偿＂Ｉ输出实时离线１■Ｉ数据数据数据Ｖ？点云绘制ＨＩ图５．１４核心算法流程图，根据上述数据扩展流程，利用ＭＡＴＬＡＢ语言进行程序设计其核心步骤程序语言如表５．２所示。８９ 东南大学硕士学位论文表５．２数据扩展程序模块１初始化模块％ｃｏｎｆｉｇｆｉｌｅ初始化参数定义＾ｉｎｐｕｔｆｉｌｅ摊铺温度数据．ｘｌｓ〗％数据文件＝％每次读取的数据行数ｐｒｏｃｅｓｓｓｔｅｐ２０＿；ｍ＝程序ｔｅｍｐｓａｐｌｅｓ５；％温度取样点数＿ｍ＝％最髙温度语言ｔｅｍａｘ１７０ｐ＿；＝１％最低温度ｔｅｍｍｉｎ３０ｐ；＿ｎｅｍ＝２０％每两个温度测量值之间需要插入的点数ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｅｄｐｏｉｔｓｔｐ；＿＿ｎ＝ｉｔｅｒｏｌａｔｅｄｏｉｎｔｓｚｈｕａｎｇ２０％每两个桩号之间需要插入的点数ｐ＿ｐ＿；模块２里程桩号解析模块％％读取原始数据ｘ－＝ｘｕｔｅｍｅｒａｔｕｒｅ，ｔｔｌｓｒｅａｄｉｎｔｆｉｌｅ［ｐ，］（ｐ）；＝ｔｅｍ：２ｐｔｘｔ（，）；＝ｚｈｕａｎｇｎｕｍｂｅｒｔｅｍｐ（３：ｌｅｎｔｈｔｅｍｐ）：程序ｇ（，）；＝４士ｚｈｕａｎｇｖａｌｕｅｚｅｒｏｓ（ｌｅｎｇｔｈ（ｚｈｔｉａｎｇｎｕｍｂｅｒ），１）；五＝ｆｏｒｉｌ：ｌｅｎｇｔｈｚｈｕａｎｇｎｕｍｂｅｒ（）ｆ＇＇＊＝ｅｚｈｕＳｒｇｅｘｐ（ａｎｇｎｕｍｂｅｒ｛ｉ，ｌ｝，Ｋ，＋，ｓｌｉｔ；［］ｐ）ｚｈｕａｎｖａ＝１２ｇｌｕｅ（ｉ）ｓｔｒ２ｎｎｍ（Ｓ，，Ｓ１，３［｛｝｛｝］）；ｅｎｄ模块３数据纵向插值模块％％轴纵向三次样条插值ｙ＊ｍｕｎｕｍ＝％ｓｌｉｎｔｒｌｅｍ总共的点数ｉｔｅｍｓａｍｅｓｅａｔｅｄｏｉｎｔｓｔ插值后ｙ＿＿＿ｐ＿＿ｐｐｏ＿ｐ＿ｐ；ｙ轴ｆｏｒｉ＝ｌｌｅｎｚｈｕａｎｒ：ｇｔｈ（ｇｎｕｍｂｅ）＊＊＝ｍ％ｐｐｃｓａｐｅ（１：ｔｅｍｓａｍｐｌｅｓ，ｔｅｅｍｔｕｒｅｉ，１：ｔｅｍｐ＿ｓａｍｌｅｓ，ｓｅｃｏｎｄ，０，０？０；％三次样条函数ｐ＿ｐ（ｐ）［］）程序＝ｃｓａｅ１：ｔｅｍｓａｍｍｅｒａｍｌｅｓｔｅｔｕｒｅｉ１：ｔｅｍｓａｌｅｓｐ（，ｐ，ｐ＿ｐ；＾ｐｐｐ＿ｐ（））＊ｔｅｍｓｍ＝ｖａｌｅｍａｍ＋ｌｎｅｒ＋ｌ％ｐｉｐ，ｌｉｎｓａｃｅ０，ｔｐｓｌｅｓ，ｉｔｐｏｌａｔｅｄ）〇ｉｎｔｓｔｅｍｔｅｍｓａｍｌｅｓ＿ｙ＿ｐ（ｐｐｐ（＿ｐ＿ｊ＿ｐ（ｐ＿ｐ）））；计算插值后纵向的温度值ｔｅｍｓｉｉ＝ｔｓｍｐｍｓ（：ｅｍｉ，）ｐ；＿ｙ＿一ｙ＿ｅｎｄ模块４数据横向插值模块％％ｘ轴横向纵向三次样条插值以及温度平滑处理＝ｔｉｍｅｌ；ｗｈｉｌｅｔｒｕｅ（）程序ｘ＝ｍ＊ｒｅａｌｎｕｍｔｉｅｐｒｏｃｅｓｓｓｔｅｐ；％ｘ轴实际数值点数＿＿＿语言ｉｆｘｒｅａｌｎｕｍ＞ｌｅｎｔｈｚｈｕａｎｇｖａｌｕｅ＿（＿ｇ（））ｘ＝ｒｅａｌｎｕｍｌｅｎｔｈｚｈｕａｎｖａｌｕｅ＿＿ｇ（ｇ）；ｅｎｄｘｍｕｎｕｍ＝ｘ＊ｎｓｉｒｅａｌｎｕｍｉｔｅｒｐｏｌａｔｅｄｊ）〇ｉｎｔｓｚｈｕａｎｇ％插值后总共ｘ点数＿＿；轴的＿＿＿＿９０ 第五章基于温度离析的沥青路面摊铺过程信息化监控技术ｕ＝ｖａｅｌ：ｘｌｎｕｍｌｚｈｕａｎｇｖａｌｕｅｒｅａ（＿＿）；＝ｍｍａａｘｖａｕｅｌ％粧号值最大（）；＝ｍｍｉｉｎｖａｌｕｅ％桩号值最小（）；ｘｘＨｉｎｓａｃｅｍｉ’ｍａｒｅａｌｎｕｍｐＣ＾ｊ－）；ｃｌｅａｒｔｅｍａｔｓｐ一—ｙｃｅａｒａｌｔｅｍｐｔｙ＿＿＝ｍｆｏｒｉｌ：ｌｅｎｇｔｈｔｅｍｐｓｉ（＿ｙ＿）＇＝ｃｓｅｘｘｔｅｍｓ１：ｘｒｅａｃＴ０％三次样条函数插值ｐｐｉｍｓｉｌｎｕｍｓｅｃｏｎ０．０（，ｐ＿，＿＿），，，；印＿ｙ（［］）１６１１３１乂３１，１１１＆〇£１１１丨，１１１３＾１１１１１１１１１１１１；％计算插值后Ｘ轴上的点，对应的温＾＿＿＞＾０化口＾（＿＾＿））度值＝ｅｍｔｅｍａｔｙｓｉ，：ｔｐａｔｙ；ｐ＿＿（）＿＿ｅｎｄｅｎｄ５．２．２点云＿通过数据扩展算法将铺面离散稀疏的检测点温度数据拓展成连续的面数据，在点阵密度满足绘制云图所需要求的情况下，利用ＭＡＴＬＡＢ程序语言将温度数据转化为ＢＭＰ位图数据并绘制位图图像，以此实现铺面温度云图的呈现。“”组成的点阵图像，像素是位图最小的信息单元位图图像又称为，是由像素，每个像素都具有特定的位置和颜色值。位图中每个像素的颜色值可用ＲＧＢ值表示，ＲＧＢ为三通道颜一一－２５５色值，数据范围为０。因而，将铺面拓展数据集中每个点的温度数据值与位图数据对。应，即可绘制出色彩丰富的位图图像一化绘制温度云图首先应对摊铺数据值进行归，可通过以下关键公式进行换算，根据摊铺数据最大值和最小值以及当前点数据值进行计算：：－－ＤＡＴＡ（ＣＵＲＲＤＡＴＡＭＩＮ）／（ＭＡＸＭＩＮ）一其次是定义数据颜色显示范围。对于整个铺面摊铺温度数据集，将其中的最小值对应纯蓝色，即Ｒ值０，Ｇ值为０，Ｂ值２５５；将摊铺温度数据中值对应纯黄色，即Ｒ值２５５，Ｇ值０，Ｂ值２５５；并将最大值与纯红色对应，即Ｒ值２５５，Ｇ值０，Ｂ值０。因此，根据该定义将一一－－归化后的摊铺数据与颜色值进行转换，通过将数据归结果分为三个区间，即００．３３、０．３３０－１．６６以及０．６６．０三个段落，：，并分别在各区间段内定义颜色转换方式具体转换方式如下一０－０３３＝＝对于归化后处于．区间段内的铺面数据转换颜色值为Ｒ０，Ｇ０，＝＊＊＊＝＊＊＊０－１－Ｂ．３３ＤＡＴＡ３２５５０．３３０．６６区间段内温度数据转换为Ｒ０．３３３ＤＡＴＡ２５５（）；处于（），＊＊＊＝＝而处于６６－＝ｌ－３ＤＡｒＡ＝Ｂ＝Ｇ０，Ｂ２５５；０．１．０区间段内可转换为Ｒ（０．６６）２５５，Ｇ０，０。通过上述方式即可完成铺面温度数据到位图数据的转换，同时在完成摊铺数据到位图数据的转换后，再根据颜色值定义像素值，填充ＢＭＰ位图，并在ＭＡＴＬＡＢ程序中通过ｐｃｏｌｏｒ函数绘制位图，实时刷新显示最终的温度分布云图。故点云绘制的ＭＡＴＬＡＢ程序核心算法语５言如下表．３所示：９１ 东南大学硕士学位论文５表．３点云绘制程序￣１１点云绘制模块％点云绘制＝ＩＩｓｉｚｅｔｅｍａｔｓ（ｐ＿＿ｙ）；＝ｍｍｉｉｎ（ｍｉｎ（ｔｅｍａｔｓ））ｐ＿＿ｙ；ｍ＝ａｍａｘ（ｍａｘ（ｔｅｍｐ＿ａｔ＿ｙｓ））；＝＊－ｅｍｎ－－ｉｍｘｍ＋％ｔｐａｔｙｓｔｒａｓｔｅｍａｔｙｓｍｉ／ｍａｍｉｔｅｎｐａｔｅｍｐｉｎｔｅｍｍｉｎ；将数据映＿＿＿（ｐ＿＿）（）（＿＿）ｐ—射到区间［ｔｅｍｐｍｉｎ，ｔｅｍｍａｘ上＿ｐ＿］％使用ｐｃｏｌｏｒ函数做出效果图ｒｐｃｏｌｏｌ：ＩＩ２１：ＩＩｌｔｅｍａｔｓｔｒａｎｓ（（），（），ｐ＿＿ｙ＿）ｓｈａｄｉｎｇｉｎｔｅｒｐｃｏｌｏｒｂａｒｃｏｌｏｒｍａｐｌ０００１０００１％可以用来设置颜色渲染效果（［；；］）ｆｏ＝ｒｉｌＩｌ：Ｉ）（＝ｆｏｒｌ：ＩＩ２ｊ（）ｆｍａ＞０ｉｔｅｐ＿ｔ＿ｙｓ（ｉｊ）．６６＊＝ｉｍｉｌｉｎｔ８ｔｔｉ２５５（ｊ，）ｕ（ｅｍａｓ（ｊ））ｐ＿＿ｙ；程序语言ｉｍ（ｉ，２＝０；ｊ）＝ｉｍｉ０（ｊ，３）；ｅｎｄ＞０＜＝ｉｆｔｅｍｐａｔｓｉ．３３＆＆ｔｅｍａｔｓｉ０．６６＿＿ｙ（ｊ）ｐ＿＿ｙ（ｊ）＝＊＊＊ｉｍｉｌｕｉｎｔ８ｔｅｍａｔｓｉ２５５３０．６７（ｊＪ）（ｐ＿＿ｙ（ｊ））；２＝ｉｍｉ０（ｊ，）；＝ｉｍｉ３２５５（〇，）；ｅｎｄｆ＜＝ｉｔｅｍａｔｓｉ０３３ｐｙ（．＿＿ｊ）＝ｉｍｉｌ（ｊ，０）；＝ｉｍｉ２０（ｊ，）；＝ｍ＊ｉｍｉｊｕｉｎｔ８ｔｅｔｓｉ２５５（，３）（ｐ＿ａ＿ｙ（ｊ））；ｅｎｄｅｎｄｅｎｄｗｍｉｍｓｈｏｉ（）；￣表５．４为某高速公路在进行沥青路面施工时，某１００米摊铺段落内利用摊铺温度离析采集装置采集的铺面温度数据。根据该温度数据通过上述温度云图绘制方法，利用云图绘制程序可绘制出温度云图，如图５．１５所示，直观展示施工现场铺面温度分布情况。９２ 第五章基于温度离析的沥青路面摊铺过程信息化监控技术表５．４摊铺温度数据粧号温度１温度２温度３温度４温度５平均温度Ｋ０＋６００．００９．５２４．４９６７．．．１８１５１５１．９１１６６４１１６５１３１６２６９２Ｋ１８０＋６００．２０１６０．９９１６０．９１１６９．０１１６７．９３１６３．２４１６４．４１６Ｋ１８０＋６００．４０１６０．２９１６１．２７１６８．９７１６８．２７１６７．３２１６５．２２４Ｋ１８０＋６００．６０１５９．９４１６０．４２１６８．４８１６７．８４１５８．４７１６３．０３Ｋ１８０＋６００．８０１６３．７８１６３．３７１６８．５４１６７．３６１６６．７１１６５．９５２Ｋ１８０＋６９９．６０１６０．５７１６３．５１１６７．２５１６３．２１１５７２７１６２．３６２．Ｋ１８０＋６９９．８０１６１．４１６３．２８１６８．２５１６３．７１１６０．３５１６３．３９８Ｋ１８０＋７００．００１６０．２５１６２１６８．１８１６５．０６１６５．４３１６４．１８４￣＇厂１１０ｒ１＿８００ｆＪ１７０００ｇ，６，０＾＜０ｄ：．ＪＭｍＺ：ｓｓｓｓｓｓｓ＾ｓｓｓｓ８８３３３８８８８８８ｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉ里《？号＂＾Ｉ１６０００ｊＵ＾ｉｌＩｉｌｌ＿二５２５５５２５５３５８８ＳＳ８８Ｓ８８８ｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉ里稃桩号图５．１５摊铺温度云图由图５．１５可以看出，云图绘制结果可以清楚的展示铺面温度分布情况，重点突出铺面低温区域。由图可知，该１００米摊铺段落内存在较为严重的温度离析区域，尤其在桩号Ｋ１８０＋６４５°至Ｋ１８０＋６５０段落内的沥青混合料存在大面积的低温区域，铺面温度多低于１４０Ｃ，将严重影响铺面质量。同时云图还显示出铺面温度会出现周期性低温区域，这可能是每车料在摊铺机收斗时，料斗两侧混合料温度较低，从而在铺面上形成低温区域，。除此之外从云图中还可以看出在摊铺过程中，，铺面边缘容易发生温度离析这是由于边缘处沥青混合料与大气以及周围环境等冷源接触面积较大，容易导致过快的温降现象，通过ＭＡＴＬＡＢ温度云。由此可知图绘制程序能够及时发现温度离析区域，有针对性的进行原因分析，从而很好地辅助施工管理。５．３摊铺过程信息化监控平台摊铺过程信息化监控平台将接收到的现场数据保存到后台数据库，并在此基础上对数据进行统计分析，实时显示摊铺温度和速度波动情况，帮助项目建设单位、监理单位等部门管理人员对现场摊铺过程的远程跟踪、实时监控，从而掌握施工质量。如果出现异常，可以实时预警，将监测结果反馈给现场施工人员，科学的纠正现场摊铺问题，消除温度离析引发的沥青路面早期病害，延长道路使用寿命。９３ 东南大学硕士学位论文信息化监控平台主要由实时监控与预警以及历史数据查询与分析两大功能模块组成，如图５．１６所示，分别对摊铺速度和温度进行远程监控。￣１Ｔ实时监控与预警摊铺速１Ｈ＾息化一—？平均温一监Ｉ度控平一台？历史数据查询与分析￣？摊铺温？铺面采集温度—？温度云图图５．１６平台主要功能模块５．３．１实时监控及预警从摊铺现场采集到的温度和速度信息经过监控平台处理完毕后，可以以图表的形式直观展示现场施工情况，达到远程实时监控的目的。同时系统可自动判断施工过程中的采集数据是否存在数据异常，。如果数据出现异常或者数据统计结果超出用户事先设定的界限时，系统将实时预警，以短信的形式向监管人员反馈，并记录到数据库中，作为事后分析依据。在实时监控的功能模块中，对摊铺速度的监控可通过实时绘制速度波动曲线图，如图５．１７一１所示，系统每隔分钟自动刷新次，实时展示最近３０分钟内的速度波动情况，并通过上下限对摊铺速度进行约束，如果出现异常，，实时报警并以短消息的方式通知相关人员，实时监控摊铺机的运行速度。２＾潷：１４■■■０■■■丨■丨■■丨■丨ｇ泻豸２玥２完氏艺沄仁汔吞艺；５荛８污＂Ｗ炖浦速度一摊浦速度下眼一摊浦速度上眼Ｉ图５．１７速度波动曲线图一种与速度监控方法一一对摊铺温度的监控可通过以下三种方式。第致，通过同时间或桩号下采集的温度平均值绘制温度波动曲线图，可实时显示当前铺面温度波动情况。第二种是对铺面进行网格化处理，将所采集的温度数据均匀分布在铺面上，并用不同颜色代表高低温度进行填充，从而展示铺面温度分布如图５．１８所示。但该方式不同于温度云图，仅充分利９４ 第五章基于温度离析的沥青路面摊铺过程信息化监控技术用铺面所有采集数据而未做任何处理，。同样利用该方式将各点温度值与最高温度值进行差１９值计算，，如图５．所示，原还可展示铺面温差分布图。第三种方式就是实时绘制温度云图理在５．２小结中有具体说明，通过平台调用云图绘制程序，在充分利用采集数据的基础上进行插值处理，绘制连续分布的温度云图。〇６Ｍｂ＊＃丨Ｉｊ卜￣Ｕｔｉ７ｒ４一—Ｓ—ｉＫ：＾２＿＿卜—＞ＫＣ，ｍＺ咖阳咖丨Ｉ＊ＴＴＴｆｖＫ？ＩＴ６｛？．ｍ３ＸＪＪ７＞ＯＯｌＨＭ：７ｉＴｉ：ｉＴｕ〇〇〇ＩＴ？ＯＷ！？？Ｋ＜１Ｔ？Ｗ９￡？ＳＵＪｌＴＳＳ〇ｔｌ！７？１＾＊ＣｌＪ＜ｌＩ１｜ｊ（ｗｉｌｉ（〇ｊｒｒｉ：ｓｅｏｉｊｒＴＳＤｍｌｍｏｎｉＴｉ－ａｏｆｉｓＴ！？〇〇〇１８６．９０ＯＴｏｏｉ？ｔｍｔｉｅａｏＩＭＴ５０１６５Ｍ．ｊｊ＾＿ａ－■＂ＪＴＯ？＞Ｒ３Ｉ７：；．．Ｔ－１；（了ＩＭｍ３．ｒＩ．ＳＷＥ８？５？：３￡１０５６６７；ｏＴ｜８ＴＭ．２ＭＤ０１Ｉ７ＪＭ！？；？１６ｔ？？ｍｔＯＯ１７０ｔＱ〇０ＩＰＳＳＩＴＪ．ｔ｜．－＊＾＇｜５３１！知ｌｉｌ７Ｃ１７１７１：Ｍｗｎ１Ｒ？．；６１ｍ３？；２Ｓ０ＩＴＪ．Ｋ？７３３ｓｌＴ？０？ＩＴｉｈ１７２Ｓ０ｆＵｔｌ後知１５０！Ｄ０：Ｕｒ＊ＭＣＩＳ：ｔｏｏＣ３？Ｋｉａｓｉｎ〇｜｜ｊ——丹－——－—－—－＾Ｍ—ｆＸＯ＊６３３１７５ＣＣ＊５Ｔ５２Ｓ０１７ＳＳＣ＞？ＣＯ〇ｌＫＳＳ〇：６５３３６３ｄｏ１３５５Ｃ〇ｉ？Ｓ？ｌＳＴＥＳＭＳｅ．５０）？？７ｉｆｉ．ＷｉＯ％７？１ＳＪ０１．ｉ．ｌ．１ｑ．１！１．ｊ｜ｌ＞７７＜ｔ－－？！．＞３ＩＴ！１．６５７１＊．４４？１６３．ａ１ｉＪ３ＪｉＭ８－？１Ｗ１５７＾ＭＴ１＾．７７８１Ｗ．Ｍ５！Ｔ３ｉｉ１７８Ｉ５：３：＜３：＊．（ＯＯｌｔＳＩＷ．ＯＯ）Ｊ？！ｊ＇Ｓ＇＇；ｆＳ０〇ＯｅｆｌＯｎ？？Ｓ＊ＴＳＣＩＫ．Ｓ５３＼９）．ｍ；Ｔ３０？ｔＴ６．Ｋ２ＩＴＥ１？＾１Ｔ５１Ｓ〇ｌ５．｛？ｔ１７５－ＳＣＯＩＶ．７ＳＢｌｆｉｃｌＯｆｉｎｌＴ＾ｏｆｌ＾ＯＪｊ＾Ｐ￣．Ｉｌｒｉｉｚｚｉｒｚｚｚ＾ｔＴＩ１１１Ｍ１１Ｍ１ＩＩ１１Ｉ１１１ｉ图５．１８温度分布图０９１ｉ９匕坐标６６４９■￣￣ＩＷ６５０６＂Ｃ５＞？＾Ｋ２２５４２１＝＝＝—＝二＝＝＝；：二：二二二二二二二二：－Ｘ２３２８：１＊１ＴＩＴ００ＩＳ．０００１２．８６７Ｉｔ２００１６．５００８０００ＩＳ．６６７１５０００ＩＳ１ＳＴ１３８５３１３．５００１Ｓ．ＳＯＯ１４５０１８３３１６．１６７ＩＳ．５００１８．６３３１８．３３１６．３３２２２；３Ｔ．．６８Ｓ３０００８２０２Ｍ０Ｍ６６７１６．５００１＜６６Ｔ１．８３ＩＩ６Ｔ１８５００１７０００２０．１８Ｔ１９１５７１．６６Ｔ１１７．６６７ＩＴ６６Ｔ１５６Ｔ１６１６００１．００１４．６３１５００５ｔｒｖｒｙｃ！〇〇ｌ５〇（，〇ｎ．５〇ｏｉｓｃｏｏｉｓｍｔｉ？ｏｏｏｉｓｍｔｉｓ？〇２１０００？ｍｔ１３０００ｉ？ｉｂｔｉｓｉ＊ｔ１３１６７■＜ｒｏｏ１５０００１１ｏｎｏ１３ｓｍｉｔｑｏｏｉｓ０００ｉｓｓ：７Ｔ？＊Ｔｓ６６１１２Ｓ０３１１６１９ＳＳ３ｔ￥００ｌｉ１ＭＩ３Ｓ００ＩＳ５００ＩＳ０００２２ＫＯ？１ｌ？Ｔ１５００Ｉ００１６３３１６＃？１２ＫＴＭＪ６ＴＩＴＳＭ１？？３１２ＫＩｉＴｔＤ；ＳＩＤＫｔ７１ＳＯＭ００ＭＭ９１１ＳＴ２２１６７ＵＳ３）１３３３３ｌ？Ｗ０？Ｓ９０１９６６１ＳＳＺ０ｆｌ０ＳＳ３３ＩＳＣＯＤＩＳ３Ｘ）１５Ｕ１１３ＯＤ．Ｉ｜Ｔ００ｔ？３Ｘ１１＜Ｓ－＿Ｊ４Ｊ？ｒＳＴ３０６８Ｍ１６ｔ０００１５８Ｔ？０００ｔＷｔ？ＭＴ００１ＴＭＴ３Ｍ０１（３３１１６？Ｕ１１７？Ｔ１＊７Ｉ？１Ｉ！ＴＯ１－－Ｉ－Ｓ－—＝二＝二—＝＝＝＝＝：二二二二二＝ｌｊ一一＝＝＝二＜ＵＸ￣１Ｉ￣￣￣￣—￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣ｒ图５．１９温差分布图在历史数据查询与分析功能模块中，对数据的处理，、分析以及呈现方式与实时监控相似一区别在于实时监控只能展示当前段时间内的数据处理结果，而历史数据模块可以通过调用数据库，，查询该时间段内的数据，切换至任意时间段以及展示波动情况和温度分布情况，为工程质量分析以及施工质量评价提供辅助管理。短信预警是在当前检测数据超出事先设置好的界限情况下，以短信的形式提醒管理人员注意，具体内容形式如下：“①针对当前摊铺速度超限的报警短信，时间／粧号，：沥青混合料类型／标段名称／层位当”前摊铺速度为Ｘｍ／ｍｉｎ，己超出速度规定界限，请及时调整；９５ 东南大学硕士学位论文“②针对当前摊铺温度低于最低限值的报警短信：沥青混合料类型／标段名称／层位，时间／°”，已，粧号，当前摊铺温度为ｘｃ低于摊铺温度最低限值请及时采取措施。５．３．２波动及云图分析一，或者对某当施工中出现问题需要查找分析原因阶段的施工质量进行评估总结时，可一一，对某日通过信息化监控平台的历史数据查询功能、某周或者任意时间段内的铺面数据进行分析，。在对该时间段内原始数据处理的基础上可生成温度和速度波动图通过波动分析有助于查找施工中存在的问题，并提出合理的改进措施，提高施工质量。一下面是对某高速公路在中面层Ｓｕｐ－２０沥青混合料摊铺过程中某日的施工数据进行分．析，基本信息如表５５所示。图５．２０和图５．２１分别为利用平台数据绘制的该时间段内温度和速度波动图，也可利用平台自动生成，并根据原始数据对各区间段的温度和速度数据进行统计分析，结果如图５．２２和５．２３所示。同时温度云图绘制程序还可以调用数据库绘制出当日施工段落的温度分布云图．，根据温度云图可以提取摊铺温度低温区间段落５６，如表所示。表５．５沥青路面摊铺实时监控数据统计￣￣￣￣￣层位监控范围＃１最大值最小值变异系数（％）°温度（ｃ）１７２１１１６．３１６０．０３．４？＋４９０中面层Ｋ１８０＋４５０Ｋ１８１速度（ｍ／ｍｉｎ）６．９１．０３．７１９．１—摊铺温度１８０ｒ＇ＭＯ＿籠Ｉ－２１３０笼－１２０－１１０Ｌ＊１—ｌｏｏ１０：４３时间１９：５３图５．２０摊铺温度随时间变化—摊铺速度６厂－１Ｌ－１１—〇１９：５３１０：４３时间９６ 第五章基于温度离析的沥青路面摊铺过程信息化监控技术图５．２１摊铺速度随时间变化５７７０Ｊ，６５叫Ｊ＇Ｊ－｜＿Ｉ＿＿＿２３８＿ｌ１ｉ＜＜＞２２，４）０５０６０１６０７０７０ｌ１５１．１，１）１［）［摊铺速度ｍ／ｍｉｎ摊铺温度ｔ（）（）图５．２２摊铺温度分布区间图５．２３摊铺速度分布区间表５．６摊铺温度预警区域统计范围云图—―￣―．—呷；＇了ＩｄＩ，１１４｜｜｜§８§８８８８８ＩＩ基Ｉ§＆ｇ备含ｉ含Ｋ？＋６１８０＋６４３Ｋ１８０５０时辟Ｋ￣＋６１８０＋６８２Ｋｌ８０８５ｒｒ１８０００１＿１＜ＩＳ！（＇１＾―」」‘‘山冰■：：ｘｘｘｘｘ＾２５２８８８８８８８３８８ｉｉｉｉｉ会ｉＩｉｉｍｅｔ＾；ＥｌｉｒＷ；ｙ＾｜ｔ＾—？＊７＾ＸＸＸＸ＊！！？！！！！！！！！８８８５ＨＵ？ｔｆｔｆｔＳＫ－？？＾１８１＋１２６Ｋ１８１＋１３０＊＋＋￣Ｋｎ，．１８１１６卜Ｋ１８１１６８ｆ＾１＼ＪｍＴ１ｈｉ：＂５Ｓ２５＾＊＾／５２Ｓ５Ｓ５ｓｓｓｓ？ｓｓｓｓｓｓ？？？？？？？？？＾８？８Ｓｉ３８３８８ＩＳｇｔ由图５．２０温度波动曲线可以发现，施工现场摊铺面温度出现周期性波动离析，原因可能，，是每车料摊铺机收斗时料斗两侧混合料温度较低从而在铺面上形成低温区域；同时根据对温度数据的统计结果，５．２２所示，其中测点温度３５％左右低于６ＣＴＣ，但只有极少部如图１°分区域温度低于１５０Ｃ，因而可以判断当日施工段落铺面摊铺温度总体偏低，但并无大量严重的温度离析区间。９７ 东南大学硕士学位论文由图５．２３摊铺速度分布区间统计图可知，摊铺速度较为合理适中，施工段落８０％左右的？４ｍ／ｍｉｎ５．２１摊铺速度处于２，同时结合速度波动曲线图发现，现场施工摊铺速度波动较大，并且统计图中２０％左右的高速摊铺过程绝大部分发生在晚间，即晚间摊铺速度过快，可以判断当日施工作业存在夜间赶工期的现象。因此，根据上述存在的问题，应尽量降低减少摊铺机料斗在摊铺过程中的收斗拢料频率，防止铺面出现周期性的温度离析，尽；同时科学、合理调度安排运料车量避免产生停机待料￣的情况，保证摊铺机连续缓慢匀速运行，严格控制摊铺速度在２４ｍ／ｍｉｎ范围内，并且减小摊铺过程的速度波动。同时，要密切关注表５．６所列摊铺温度预警区域的施工质量，较低的摊铺温度可能导致这些区域存在压实度不足、渗水系数过大等质量隐患。建议复检摊铺温度预聱区域是否存在质量隐患，并采取针对性的补救措施，降低发生沥青路面早期病害的风险。５．４本章小结一（１）通过利用红外温度传感器阵列以及距离传感器等外部硬件设备，成功研发了套沥青路面摊铺温度实时采集装置，实现对摊铺速度和温度的全面、准确测量，并在工程应用中具有良好的适用性和稳定性。（２）根据摊铺温度实时采集装置获取的铺面大量离散单点温度数据，并通过比选，确定采用插值粒度可调的三次样条算法对里程桩号和其相对应的温度数据进行插值运算，将点数据扩展为面数据。同时基于ＭＡＴＬＡＢ进行温度云图绘制程序设计，将数字信息转换成图片信息，以云图方式直观展示铺面温度分布情况，达到全断面监控沥青路面温度分布状况的目的。（３）信息化监控平台可远程接收并存储摊铺现场实时采集的温度数据，并对数据进行处理和统计分析，达到对施工现场远程监控、实时预警的目的，满足全面、连续、实时监控沥青路面摊铺温度离析的工程技术需求。９８ 第六章结论与展望第六章结论与展望６．１主要研宄成果（１）大量试验数据表明，在沥青路面施工过程中，混合料的沥青含量、油石比以及各环一节温度都存在定的变异性。马歇尔试验结果发现沥青含量微小的变异结果对混合料稳定度和空隙率有较为显著的影响ＡＣ－２０路；灰色关联分析和逐步回归分析法的分析结果均表明对面空隙率影响最大的因素为４．７５ｍｍ筛孔通过率；路面压实度检测结果表明，在同样的碾压情况下，，高温区域的密度值普遍大于低温区域并且铺面成型温度每下降ＨＴＣ，路面压实度就会降低２％左右。（２）以级配、沥青含量和温度三参数进行三因素三水平的正交试验方差分析结果表明，级配对于混合料性能的影响程度最大，其中对混合料的高温性能和水稳性能的影响都达到了显著水平，油石比对于混合料性能的影响程度其次，温度对于混合料性能的影响最小。（３）根据传统沥青路面质量监控模式存在的问题，建立了道路施工过程信息化监控机制，包括对沥青混合料的拌和、运输和摊铺过程的监控，分别从数据的采集、传输、处理分析和，５个方面考虑展示并辅助于信息反馈这，实现全过程、多指标的在线实时控制目的。（４）通过比选，确定了基于拌和站工控机本地数据库的数据采集方法，通过控制终端ＯＰＣ）、ＧＰＲＳ数据终端等设备构成拌和站数据采集设备进行质量数据采集；采用质量控制５图方法，，在信息化监控平台绘制关键指标均值控制图控制图），利用条控制界限来降低混合料生产变异性，，发现混合料生产质量问题提高沥青路面施工水平；建立了后台动态预警机制，根据当前配合比信息并基于控制图控制界限、报警规则和换料判别对关键指标数据判断分析，如果出现异常情况会以短信的方式发送给相关人员。（５）基于ＡＢＡＱＵＳ构建的运料车温度场仿真结果分析表明，温度损失最严重的区域是运料车侧板处的沥青混合料，而在帆布覆盖下的混合料上表面处由于良好的保温措施温度降。低的最少，即运料车车厢四周容易发生严重的温度离析现象各因素中覆盖情况对混合料温一，而环境因素影响最小，确定的外界环境下度的影响最大，，其次是运输时间因素并且在某＾各项操作均满足施工规范要求时，运输时间是影响运输过程温度离析的重要因素（６）采用射频识别（ＲＦＩＤ）技术，对混合料运输车辆进行追踪识别，记录沥青路面施工过程中混合料的运输进度，通过控制运，准确采集运输环节各重要时间点输时间来减小温度离析，实现对运输过程的远程监控。（７）利用红外温度传感器阵列以及距离传感器等外部硬件设备构成沥青路面摊铺温度实，、准确地测量，通时采集装置实现对摊铺速度和温度的全面；根据铺面温度数据分布形式过比选，确定采用插值粒度可调的三次样条算法对里程桩号和其相对应的温度数据进行插值运算，将，将离散点数据扩展为连续面数据同时基于ＭＡＴＬＡＢ进行温度云图绘制程序设计；数字信息转换成图片信息，，以云图方式直观展示铺面温度分布情况达到全断面监控沥青路面温度分布状况的目的。９９ 东南大学硕士学位论文一（８）信息化监控平台给用户提供种方便快捷的访问方式，通过ＰＣ端浏览器可以访问服务器，实时査询当前各环节的施工状况；同时通过平台历史数据査询和分析功能获取施工数据，，并结合平台图表分析结果有助于对阶段性生产质量进行评价总结，以及査找拌和过程中存在的问题和原因，进行施工改进。一６．２进步研宄展望（１）沥青路面施工质量信息化控制技术研宄应包括对原材料、拌和、运输、摊铺以及碾压环节的施工质量进行控制，但由于时间等各方面限制，论文尚未对原材料和碾压环节的监控机制进行研究。如何确定原材料、碾压环节中关键控制指标，以及建立信息化监控机制是下一步重点研究内容。（２）本文在对铺面温度数据处理时，虽然通过温度云图的绘制程序，将数字信息转换成图片信息，以云图方式直观展示铺面温度分布情况，但对温度云图仍缺少合适的评价方法和诊断方法，只能通过简单的视觉判断，对云图的利用还不够彻底。（３）由于时间和精力的限制，论文并没有对竣工验收后的路面进行跟踪检测，缺少路面性能检测数据，没有从结果上来验证路面施工质量信息化控制技术的有效性。１００ ａｗ致谢一暑往寒来，倏忽两载有余，；念及初入东南如昨日；蓦然回望，思绪跌宕；然往事随风，杂余皆可抛，唯剩感恩。此篇论文是在高英老师的悉心指导下完成的。两年多的时间里，高老师渊博的专业知识、严谨而不失灵活的治学作风、平易近人的生活态度时时刻刻都在影响着我，犹如霁月高风，令人向往。从高老师身上，我学到的不仅仅是专业知识，更多的是处理问题的方法与为人处世的态度，高老师授人以鱼，也授人以渔。在此，对高老师三年以来对我学术上的指导以及生活上的关怀表示由衷的感谢与敬意。在论文的研究过程中，得到了东南大学道路与铁道专业内诸位老师与工作人员的耐心帮助，在这里由衷的感谢诸位老师们。也要感谢在苏交科实习期间指导我的领导们，张丽丽、吴昊、温肖博等对我论文的指导以及生活上的关照，使得自己的科研素养得以提升，工作态度得以完善。论文的完成离不开课题组内各位师兄师姐的细心指导。感谢戴雄威师兄在整个研宄生过，程中的各方面给予的帮助，感谢赵瑜隆师兄在论文试验部分的建议与指导感谢温肖博师兄与胡晨媛师姐在学术以及生活上对我的支持一，与你们在起的日子我学到了很多。论文的完成同样离不开课题组内师弟师妹帮助，感谢董飞、彭俊、王佳舒等师弟师妹，机房的愉快氛围得益于你们的存在。感谢陪伴我三年的室友和同学，，你们刻苦认真的态度时时刻刻督促着我努力向前与你们的交流解除了生活和学术上的诸多疑惑，是你们促使着我不断进步。最后，感谢我的家人在我的求学生涯中给予的精神上和物质上的支持，是你们给了我力一量让我不断向前，我的每次成长都凝结了你们的心血与汗水。谨以此文先给所有给予我关心和帮助的老师、同学、朋友和亲人，愿你们永远平安幸福快乐。１０１ 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东南大学硕士学位论文－ｃ－ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｉｎＣｏｎｓｔｒｕｔｉｏｎ２０００９５６：４４７４６１．，，（）２２Ｔｈｅｒａｎｓｆｅｒｃａｒａｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｔｈｅａｓｈａｌｔｃｏｎｃｒｅｔｅａｖｅｍｅｎｔｓｒｅａｄｉｎ．Ｓｈａｎｘｉｒｃｔｅｃｔｕｒｅｔｐｐｇ［Ｊ］Ａｈｉ［］ｐｐｐ，２００８．２３ＬｉｕＷｔｍａ－ＳｅｂｅｓｔａＳＳｃｕｌｌｉｏｎＴｅａｌ．ＴｈｅｒｍａｌＩｉｎｏｆＨｏｔＭｉｘＰａｖｉｎＯｅｒａｔｉｏｎｓｆｏｒｕａｌｉｔ［］，，，ｇｇｇｐＱｙＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔ：ＳｔａｔｅｏｆｔｈｅＰｒａｃｔｉｃｅｉｎＴｅｘａｓ［Ｊ］．ＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈＲｅｃｏｒｄＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅ２００６１－ＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈＢｏａｒｄ９４６１：１２３１２９．，，（）＇２４ｓｔａｅｔ－ｍａＳｅｂｅＳＳｃｕｌｌｉｏｎＴＬｉｕＷａｌ．ＰａｖｅＩＲＯｅｒａｔｏｒｓＭａｎｕａｌＶｅｒｓｉｏｎ１．２：ＡＴｈｅｒｍａｌＩｉｎ［］，，，ｐ，ｇｇＳｙｓｅｍ－ｔｔｆｏｒＥｖａｌｕａｔｉｎｇＨｏｔＭｉｘＡｓｈａｌｔＰａｖｉｎＯｅｒａｉｏｎｓＪ．ＤａｔａＣｏｌｌｅｃｔｉｏｎ２００６．ｐｇｐ［］，—２５大禹：．沥青专家宝马ＢＷ１８４ＡＤＡＭ双钢轮振动压路机工作报告Ｊ．交通世界建［１［］２００３２－养１：５７５７．，（）ＲａｍｏｎｄＨＵ—２６．压实技术的飞跃宝马研制中的ＧＰＳ全球定位系统技术［Ｊ．工程机械与［］ｙ］２００３６２－维修：８８３．，（）２７ＤｎａａｃＳｏｉｌＣｏｍａｃｔｏｒｓ．［］ｙｐｐ－ｈｔｓｅｓａｕｎｃｈｅｓＡ２５００４６００ｅｓＢ５００－ｔ：／／ｗｗｗ．ｄｎａａｃ．ｃｏｍ／Ｇｌｏｂａｌ／Ｓｕｂｉｔ／Ｌ／Ｃ／Ｆｉｌ／ｒｏｃｈｕｒｅＣＡ２ｐｙｐ＿＿４６００ＥＮ．ｐｄｆ［２８］晏琴．悍马３６２５型压路机暨压实检测控制系统（ＨＣＱ）使用情况分析［Ｊ］．建筑遗产，２０１３．［２９］李冰．沥青混凝土路面施工工艺及机群协同作业［Ｄ］．长安大学，２００４．３０黄小宁支鹏飞，吴贵贤．基于红外光谱技术的沥青质量监控Ｊ．公路交通科技：应用技［］，［］术版，２０１５（６）．３１黄声享刘经南吴晓铭．ＧＰＳ实时监控系统及其在堆石坝施工中的初步应用［Ｊ．武汉大［］，，］２００５３０－学学报信息科学版９：８１３８１６．，，（）［３２］张李明．沥青路面压实的信息化控制研宄Ｄ．东南大学２０１４．［］，［３３］曹朋辉．热拌沥青混合料生产过程实时远程监控技术研宄［Ｄ］．北京交通大学，２０１３．［３４］许亭亭，庞建勋．基于拌和站远程监控的热拌沥青混合料质量控制［Ｊ］．路基工程，－２０１５６：１４８１５０．（）［３５］郭玲玲，夏波，王鑫东，等．基于打印机数据流解析的沥青拌和站监控系统［Ｊ］．工业控制２０－１１２４８：２８２９．计算机，，（）３６陈艳．道路施工过程中沥青拌和站远程监控系统［Ｄ］．长安大学２０１３．［］，［３７］王同．沥青路面质量过程控制智能化技术研宄［Ｄ］．河北工业大学，２０１４．［３８］王鑫东．基于视频分析的沥青拌和料配比监控系统［Ｄ．长安大学２０１１．］，［３９］李方文．基于ＰＬＣ和ＧＰＲＳ沥青拌和站监控系统的研宄［Ｄ］．东北大学，２０１１．４０二讲２００２５－张公绪孙静．统计过程控制与诊断（第）控制图原理［Ｊ？质量与可靠性２：４［］，］，（）４９．［４１］刘兴国，马红梅，黄玉江，等．热拌沥青混合料级配实时监控系统及其应用［Ｊ］．中外公路，２０２－１３２５：２４３２４５．，（）［４２］郭大进，沙爱民．沥青路面施工质量过程控制技术［Ｍ］．人民交通出版社，２０１１．［４３］庞小滢．基于ＡＢＡＱＵＳ的运料车配置对沥青混合料温度离析的影响研究［Ｊ］．公路交通科１０４ 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