水泥混凝土路面的施工质量控制研究

摘　要　水泥混凝土路面是两大高级路面类型之一。本文从施工机械评价、施工工序管理、施工工序的相关控制三个方面对水泥混凝土路面的施工质量控制进行深入研究,提出的质量控制方法对促进我国水泥混凝土路面建设水平有重要借鉴意义。

关键词　　水泥混凝土路面　施工　质量控制

　　随着我国经济的发展,道路的交通量也在不断增多,因而对道路路面的使用要求也越来越高。目前,我国的水泥混凝土路面设计理论和方法在世界上己处于先进地位,施工机械也不落后,但工程建设质量却总是不尽如人意。其原因主要在于施工组织管理不健全,对施工质量控制缺乏科学性的认识。

　　针对于此,本文从施工机械评价、施工工序管理、施工工序的相关控制三个方面进行深入研究,提出了水泥混凝土路面的施工质量控制方法,对促进我国水泥混凝土路面建设水平有重要借鉴意义。

1　施工机械评价

　　水泥混凝土路面施工机械配置是否合理,将直接影响到系统的生产率及机械的利用率;同时也会对机械使用费产生直接的影响,进而影响整个工程的施工成本。以工程进度为标准的机械评价方法是水泥混凝土路面施工中较为常用的方法,包括两个指标:

　　(1) 系统最低生产率指标

　　工程进度控制主要是依据总工程量、总工期要求,将该标准量化为机械化施工系统的最低生产率Qmin :Qmin = G/Tmax (1)

　　式中Qmin为机械化施工系统最低生产率; G为机械化施工总作业量; Tmax为机械化施工最迟作业工期。主导机械生产能力确定后,也就决定了辅助机械的生产能力和数量,原则上辅助机械的生产能力应略大于主导机械的生产能力,以保证主导机械设备的生产能力得到最大限度发挥。在系统实施阶段,Qmin主要用于评价机械化施工系统的生产率是否能够满足工期目标。

　　(2) 系统生产率指标

　　高等级公路机械化施工理论将系统机械生产率分为三种:理论生产率Q1 ,反映机械技术水平,一般为机械技术说明书上标定的额定生产率;技术生产率Qj ,反映在具体的工作对象下操作人员的技术操作水平;实际生产率Qs ,反映在具体的施工条件下的机械化施工设计方案,施工机械配合及组织管理水平。

　　施工机械评价的基本步骤如下:

　　①收集基本数据; ②由水泥混凝土路面施工工艺确定系统机械设备组成; ③根据Qmin确定系统主导机械设备- 拌和机生产能力及数量; ④由主导机械设备的生产能力确定辅助机械- 摊铺机的生产能力和数量; ⑤对现有机械进行对比评价。

2　施工工序管理

　　水泥混凝土路面施工过程中,每一项具体工作是由一道道工序加工出来,每道工序质量的好坏,最终都直接或间接影响工程质量,所以工序质量是形成工程质量的基本环节,是质量管理的重点。由于工序是人、机、材料、方法、环境等诸因素对产品综合作用的过程,各因素的波动,将导致产品质量的波动,因此,应对工序质量中的影响因素进行分析、控制,使工序保持稳定状态,这就是“工序管理”的任务。

2. 1　工序质量标准

　　工序质量标准是工序管理的依据,它包括设计值与允许偏差,设计值由设计图纸、设计说明书与工程承包合同规定;允许偏差由国家规范、规程规定。在进行工序管理时,还应包括施工单位对该工序的质量指标计划值。

2. 2　工序能力分析

　　工序能力是指工序处于稳定状态时的施工情况,用工序能力指数Cp表示。工序能力的大小要与产品的质量标准相符合,工序能力过大易导致造价提高,过小则不能满足质量要求。工序稳定性分析可利用频数分布图、直方图以及工序能力图、控制图等方法来判断工序是否处稳定状态。工序能力指数采用下式计算:计量值有双侧允许偏差时

Cp =X/6 s (2)

计量值仅有单侧标准限制时

Cp = (Tu - x) /3 s　(给出上限标准Tu 时) (3)

Cp = ( x - TL ) /3 s　(给出上限标准TL 时) (4)

式中: X为样本平均值, s为标准差。工序能力分析采用表1判断。

2. 3　工序质量控制

　　工序质量控制就是利用控制图对工序的加工质量进行控制,它贯穿于工程施工的全过程。通过对影响工程产品质量的条件和因素实行定向控制,来确保工程产品达到规定的质量水平,体现了全面质量管理中预防为主的特点。为了有效地对工艺过程进行控制,使各工序参数稳定在某一数值上或稳定在某一范围内,本文采用平均值控制图,这样即可以知道过程的状态平均水平的总趋势,又可了解样本中的单个数值在时间上的离散情况。

3　施工工序的相关控制

3. 1　强度控制

　　(1)管理图法

　　在混凝土生产过程中,需要定期检查混凝土的强度质量是否符合要求。用试验数据绘制混凝土质量控制图,是一种简单有效的管理方法。下面以美国混凝土学会质量管理图(如图1)为例加以说明。

　　图1A中,每个点表示一组试件的抗压强度,实线代表设计强度,虚线表示施工配制强度,按日也可以按其他顺序绘制强度图。图B为移动平均值,代表图A中五个(组)抗压强度的平均值,每次加上一个新的抗压强度,和先前的四个抗压强度一起计算新的五个试验结果的平均值,用来计算移动平均值的试验的数目可以变化。图C为移动平均极差,每点为十组二个试件抗压强度极差的平均值,每天绘制一点。(虚线代表0. 08467.f )在绘制抗压强度控制图时可同时绘制坍落度控制图。

　　(2) 成熟度法

　　混凝土的强度是水泥和水的化学反应(水化)的结果。由于水化率取决于温度,所以可运用成熟度的概念来评估混凝土的强度。成熟度是时间和养生温度的函数,混凝土浇筑后,在特定时内测定混凝土的温度,可计算混凝土的成熟度。如果预先建立某一特定混合料的成熟度和抗弯强度之间的关系,便可估算混凝土的强度。成熟度的概念基于一个假设:即对一特定混凝土混合料而言,相同成熟度的混凝土具有相同的强度,不考虑时间- 温度综合因素对混凝土成熟度的影响。混凝士成熟度通常用索尔( Saul)公式计算如下:

M ( t) = 6 (T - T0 )Δt (5)

　　式中:M ( t)为t龄期的成熟度;Δt为时间间隔;T为Δt时间间隔内混凝土的平均温度; T0 为基准温度。抗压强度与成熟度的关系如图2所示。

　　图2 ( a)图中等温养护条件为基准温度4℃;( b)图中等温养护试件为基准温度- 10℃。基准温度是指混凝土强度从此不再随时间而增加(水化反应停止)时的温度。据试验研究表明,这一温度的范围在- 11. 7℃～10. 6℃之间。索尔公式假设混凝土的成熟度随温度增长而线性增长。成熟度方法的原理是混凝土强度与其成熟度有关,应用这种方法要先建立成熟度- 强度关系曲线,各种混凝土有不同的成熟度与混凝土强度的关系,故每种混凝土要建立自己的成熟度- 强度关系曲线。应用工程拟采用的材料和配合比成型一系列不同龄期的强度试件,试件在室温下养护并记录温度变化以便计算试压时的成熟度,绘制每个龄期的平均强度和相应的成熟度,得到一条光滑的强度- 成熟度曲线。如欲确定某个龄期工地试件的强度,可应用这个龄期的成熟度,然后从强度- 成熟度曲线上读出它的强度。

3. 2　平整度控制

　　路面平整度直接影响到道路使用者的利益。一方面,路面的平整度影响到行驶的安全、经济、快速和舒适;另一方面,若路面平整度不好时,必然会加大行驶车辆的颠簸,使机械磨损,油耗增加,行驶速度下降。根据国内外资料表明,行车速度与平整度成反比,油耗随平整度变化呈指数上升。所以平整度是道路使用者利益的最直观体现,作为社会设施的道路,必须考虑到使用者的利益。所以有效地控制平整度具有重要的现实意义。

　　由于平整度测量数据量比较大,所以我们采用平均值控制图(.X - R)法进行控制。这种控制图可用于批量或大批量的产品质量控制,一般包括两张控制图,即平均数.X控制图和极差R控制图。为了画出.X - R图,可先取出n组样品,分别求出每组样品的平均数.Xi 和极差Ri ,然后再利用下式求其平均数.X 和极差R:

3. 3　裂缝控制

　　由于产生裂缝的原因很多,无法定量的作出分析。本文拟采用因果分析图(鱼刺图)方法对产生裂缝的整个过程进行控制并辅助以图解法控制养护操作。

　　为了能系统的进行分析,我们可以将人员、机械、机具、工具、工艺操作和工作环境等作为主要因素来分析,再从每个主要因素中找出相关的次要因素。如此越分越细,逐步找出影响根源,然后采取措施加以改善,并注意实践验证,通常需要有几次反复才能取得明显效果。以下为混凝土裂缝的因果分析图。在观察因果分析图时,我们还必须注意以下几个问题:

　　a. 大小各种原因都是通过什么途径在多大程度上影响结果的。

　　b. 各种原因之间有无联系。

　　c. 各种原因有无测定的可能,准确度如何。

　　d. 把分析出来的原因与现场的实际情况逐项对比,看与现场实际有无出入,以及有无遗漏的条件或不宜遵守的条件等。

4 结语

　　水泥混凝土路面工程施工质量管理的关键环节是施工现场的工序质量管理,提出了相关的控制方法,并对相关控制方法进行了深入研究,力图使施工管理者能够掌握控制重点,能够有的放矢。建议今后着重研究全面质量管理方法在研究水泥混凝土路面施工中的应用,并针对具体工序研究科学的控制方法,最终达到使一般技术人员均能熟练运用。

参考文献

　　1　郭小宏等. 公路工程机械化施工与管理[M ]. 成都科技大学出版社, 1994

　　2　张海军等. 水泥混凝土路面机械化施工系统设计与评价[ J ] ,华东公路, 1999

　　3　Hass&Hudson. PavementManagement Systems[M ] , 1982

　　4　胡长顺,黄辉华. 高等级公路路基路面施工技术[M ]. 人民交通出版社, 1995