高速公路SMA沥青面层施工质量控制QC

合六高速公路SMA沥青面层施工质量控制中铁四局一公司高速公路SMA沥青面层施工QC小组发表人：王圣胜2007年12月一、概述合六叶高速公路全长104.438公里，分合六段和六叶段，于2005年3月开工建设，2007年11月28日建成通车。本项目部承建的是合六段二标，位于合肥市肥西县和六安市金安区境内，双向四车道,设计时速120km/h,全长28.751Km，开工前，建设单位和本项目部对合六高速公路建成后的通车情况进行了联合调查，在原312国道通往合肥的半幅道路破坏严重,而从合肥到六安的半幅车道破坏轻微,原因是六安产大量优质河砂,而六安是合肥建设用砂主产地,运砂车辆超载严重，并且黄沙里含有大量的水，滴在路面上，路面长期处于水饱和状态；运砂车辆沿路洒落砂粒，路面受“砂粒-车轮”的组合式磨耗，所以，合六路面建成后将长期受超重载、水饱和、砂粒的不利作用。提出变更意见:为了增强路面使用性能，延长道路使用寿命，我项目部提出将合六叶高速公路的合肥至六安段上面层AC-13细粒式沥青砼结构，变更为SMA-13沥青玛蹄脂碎石结构，建设单位接受我们的意见。该结构为骨架密实型，具有高温抗车辙、低温抗冻裂的优点。变更后路面结构为38cm水稳基层+AC-25下面层+AC-20中面层+SMA-13上面层。二、QC小组概况QC小组成立于2007年7月。小组活动课题：SMA沥青面层施工质量控制。小组类型：技术攻关型注册号：YGS-2007-05活动时间：2007年7月-11月。小组成员情况如下表：序号姓名年龄性别职称组内职务接受TQM培训时间备注1宋昌宜32男工程师组长48小时2张飞29男助工副组长48小时3吴子秋36男工程师组员48小时4王圣胜26男助工组员48小时5代政30男工程师组员48小时6伍汉34男技术员组员48小时7杨家林45男高工组员48小时技术指导QC小组成员表三、选题理由1、SMA沥青面层施工技术在国内正处在前期实践阶段，已施工项目少，公司首次施工此类工程，无成熟经验借鉴。2、SMA沥青面层施工技术控制要求高，其混合料骨架结构属于断级配结构，很难压实，对施工压实度是一重大挑战。3、建设单位对渗水系数的要求远高于行业规范。以下是路面质量检查项目和控制指标。检查项目规范指标业主要求指标项目部自控指标压实度%≥98≥98≥98平整度（σ）mm≤1.2≤1.1≤1.0渗水系数(ml/min)≤200≤50目标0-40（合格率≥80%）抗滑摩擦系数Fb(BPN)≥45≥45≥45构造深度(mm)≥0.55≥0.60.7~1.0四、现状调查为了掌握SMA-13沥青上面层容易出现的质量问题，我们按照常规施工方法和掌握的关于SMA-13的特点，做了300m长的试验段，小组成员对试验段进行检查，抽查了50处，其中23处存在问题，具体情况如下：序号项目频次频率累计频率备注1渗水系数大939.10%39.10%2压实度不足834.70%73.80%3平整度较差28.60%82.40%4构造深度不合格14.40%86.80%5油斑14.40%91.20%6混合料离析14.40%95.60%7其它14.40%100%合计23100%统计汇总:王圣胜SMA沥青面层质量问题排列图制图:王圣胜渗水压实度平整度构造深度油斑离析其它9821111100%80%23问题数N（处）频率95.6%82.4%39.1%73.8%86.8%91.2%从以上调查情况可以看出，影响SMA沥青面层施工质量的主要问题是渗水和密实度不够。而渗水问题主要是由不密实引起的，也就是说，只要解决了压实度问题，渗水问题也就解决了。五、目标设定压实度达标，渗水系数达到建设方要求。目标可行性分析：1、控制配合比的临界点,找到最佳级配，使沥青玛蹄脂充分填充；2、控制沥青混合料出料温度，控制碾压温度，达到在高温状态下充分压实。六、原因分析压实度不合格人料环法机环境温度低风大运距远操作经验不足责任心不强骨料不合格混合料级配不合理流动压路机配备不合理碾压设备状况差混合料拌合不均匀碾压轮迹重复不够配合比不合理混合料松铺过厚碾压遍数少、速度慢级配不连续玛碲脂含量过高或过低压路机配备不足或性能不匹配混合料保温差导致碾压温度低粗骨料硬度不够，形状欠佳含泥量大小组成员通过以上分析，共找出了15个影响压实度的因素，对这些原因进行确认如下：序原因调查确认调查人调查时间结论1作业人员操作经验不足；责任心不强SMA沥青面层施工前，对操作人员进行了培训，同时制定了奖惩制度，员工的作业水平和责任心都不存在问题。宋昌宜2007年7月非要因2压路机配备不足或性能不匹配项目部配备了足够的碾压设备，设备的型号及性能均能满足碾压要求。代政2007年7月非要因3碾压设备状况差设备进场时均进行过验收，确认状况良好吴子秋2007年7月非要因4骨料含泥量大材料进场均进行了进货检验，不合格地材严禁进场使用。伍汉2007年8月非要因5粗骨料硬度小、形状欠佳SMA沥青混合料结构本身要求粗骨料多，粉料多，细骨料少，骨料是断级配的，如果骨料硬度不够和颗粒形状棱角少，骨料间的嵌锁力就小，会导致SMA面层不密实，不而磨。张飞2007年8月是要因6骨料级配不连续SMA沥青混合料结构本身要求粗骨料多，粉料多，细骨料少，骨料是断级配的，骨料间空隙不易填充紧密，但这是结构要求。王圣胜2007年8月非要因7混合料保温差导致碾压温度低SMA混合料的碾压温度比一般沥青砼所需的碾压温度更高，保温不好料温过低快将难以压实。宋昌宜2007年8月是要因8混合料拌合不均匀混合料拌合不均匀将导致粗骨料少的地方密实度不够。张飞2007年8月是要因序原因调查确认调查人调查时间结论9玛碲脂含量过高或过低理论配比确定后，由于骨料为断级配，矿用量大，在实际施工中，粉料的含粉水量控制不好，较难做出最佳施工配比，粉料和木质纤维素用量多，需油量也就大，压实时易出油；而粉料和油量少了，粗骨料空隙又难充分填充，也影响密实度。代政2007年8月是要因10松铺过厚松铺过厚不易压实，但实际摊铺厚度控制良好。王圣胜2007年8月非要因11碾压轮迹重复不够操作工人在碾压时轮迹重复宽度符合要求王圣胜2007年8月非要因12碾压遍数少、速度慢操作工人能够按照规定的速度和遍数实施碾压。王圣胜2007年8月非要因13混合料运距远混合料运距远，温度损失大，可能导致碾压温度不够。张飞2007年8月是要因14环境温度低环境温度低，料温下降快，不易压实，但施工时环境温度尚可，影响不大。王圣胜2007年8月非要因15风大沥青混合料散热快，温度低难压实，施工时天气较好，影响不大王圣胜2007年8月非要因根据调查确认可知，主要影响因素有5个，即：1、粗骨料硬度小、形状欠佳2、玛碲脂含量过高或过低3、混合料保温差导致碾压温度低4、混合料拌合不均匀5、混合料运距远对策表序原因对策目标措施责任人施工地点完成时间1粗骨料形状、硬度不好精选骨料骨料合格在规定范围内合理选择粗骨料级配、形状和硬度，力求合理。代政试验室07年7-10月2玛碲脂含量过高或过低加强试验的精确性确保配比合理精确粗骨料、石粉、木质纤维素和沥青油的用量，通过反复试验确定最佳施工配合比。代政试验室07年7-10月3混合料拌合不均匀调整机械、改进拌和工艺拌合均匀往拌合机加料时，增加纤维投放机，改进矿粉添加装置，增加拌合时间。宋昌宜拌合站07年7-10月4混合料保温差导致碾压温度低采取保温措施。确保碾压温度满足要求保证混合料的拌合温度，运输过程中，采取双层帆布覆盖，加快摊铺速度和碾压速度，确保施工时SMA混合料温度满足要求。张飞王圣胜施工现场07年8-10月5混合料运距远温度损失快七、对策措施根据以上对策，小组成员开始实施。实施一、骨料选择、配合比设计及调整配合比设计的任务就是确定骨架和沥青玛蹄脂部分各种材料的规格和比例，以保证形成的粗集料骨架间隙能恰好被玛蹄脂填充，使玛蹄脂能真正发挥胶结作用。我们的步骤如下：（1）选择材料。SMA之所以有较高的高温稳定性，是基于含量较高的粗集料之间的嵌挤作用。粗集料嵌挤作用的好坏在很大程度上取决于集料石质的坚韧性，集料的颗粒形状和棱角性。因此，小组选择了抗压碎值高，坚韧、粗糙、有棱角的优质石料，严格限制集料的扁平颗粒含量；所采用碎石均为反击破碎石机加工的，使粗集料符合抗滑表层混合料的技术要求，同时，为增加碎石与沥青的粘结性，尽量采用了碱性材料，选择了安徽舒城产玄武岩碎石，石料规格为0－3mm，5－10mm，10－15mm三个档。沥青为业主直供材料，用SK-70沥青加工的SBS改性沥青，技术性能优良。玄武岩与SBS改性沥青的粘附性达不到5级，需添加抗剥落剂。为选择质量好的抗剥落剂，经大量高温稳定性对比试验，我们最终选择了江苏文昌化工的TW-1型液体抗剥落剂。SMA中沥青用量大，为了避免泛油，我们加入了德国产的XCEL牌木质素纤维，可有效的吸油、裹附混合料。（2）确定初试级配，在《沥青施工技术规范》的级配范围内，以4.75mm通过率为标志选定3个不同通过率的级配。测定3种配比矿料的毛体积相对密度，及各项物理指标。按照确保质量、经济合理、易于控制的原则，选择2#级配，进行后续设计。合成级配工程设计级配中值下限上限1001001001009795901006062.55075272722322121.5162719191424151612201313101611119131010812SMA骨架密实结构AC悬浮结构我们经过拟订了三组配合比进行试验，最终选定其中的2#配合比进行了生产配合比的设计，并进行300米试验段试铺并进行了检测。筛分结果筛孔1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075控制目标100976027211915131110抽提筛分10095.858.826.820.618.514.111.910.79.2试验段检测结果如下98.498.297.599.198.497.697.898.498.697.598.697.398.999.398.398.698.799.498.398.897.698.997.598.497.39898.498.398.298.8平均值98.3标准差0.58偏差系数59.0%代表值98.3压实度渗水53.68.8022.145.36.913.848.213.855.353.781.520.85.336.6022.430.442.823.460.326.468.434.649.12537.939.403243.3045.143.360.218.650.533.33223.930.240.364.157.223.627.96.8017.20平均值：30.776标准差：20.3合格率：82%压实度刚刚合格，但富余系数较低，不合格的风险较大。渗水值内控指标合格率82%，不合格的风险较大，未达到100%的控制目标。对配合比进行调整，发现通过增加细集料的比例可以有效增加压实度，减小渗水，但是，此措施同时降低了构造深度，降低了摩擦系数，不是有效方案。经数次微调，减小4.75mm的通过率，适当加大0.6mm以下的通过率，有效解决了压实度、渗水和构造之间的矛盾。实施二、混合料拌和质量控制为了提高混合料的拌和质量，我们选用了JRM4500型间歇式沥青混凝土拌和站，采用电脑控制，能够对沥青温度、矿料加热温度、混合料的温度进行及时红外检测，同时对每一盘的混合料生产情况逐盘记录并打印。SMA沥青混合料需要投放木质纤维素，我们在沥青拌和机组中增加了木质纤维素投料机，根据每盘混合料数量设定添加数量。SMA沥青混合料沥青用量多，为了充分拌和均匀，我们调整了原料添加顺序，采取先添加木质纤维素，后添加沥青，并延长了拌和时间，具体时间如下：木质纤维素的添加打印每盘添加重量通过调整加料顺序和拌和时间，木质素纤维被分散的更彻底、均匀。经过对混合料溶解分离后检查，情况如下：拌和工艺每5公斤混合料中，含未拌开的2cm木质素团块（块数）每5公斤混合料中，含未拌开的1cm木质素团块（块数）调整前310调整后03加矿料加纤维干拌2