沥青混合料行业的革新

发布于：2024-02-02 11:38:02 来自：道路桥梁/道路工程 [复制转发]

【导读】 如今，沥青混合料行业正在经历自己的数字革命，与机器人、机器通信、传感器、大数据、人工智能和电气化等领域的最新发展携手并进。

通过这些颠覆性技术，该行业在提高生产效率，同时减少对环境影响方面取得巨大进步。此外，它们还改善了建筑工地的健康和安全，帮助该行业满足欧洲目前所有严格的法规。另外，生产方和工程方首次能够以智能、互联和协同的方式，在道路服役寿命的每个阶段提供高质量的客户体验。

与其他材料不同，热拌沥青混合料需要参与道路施工的所有涉及单位（拌合站、运输、铺装、压实等）的协调，以减少过程中的温度损失。这种合作促进了上述数字技术比其他建筑行业更早地进入沥青混合料行业和道路建设行业。因此，沥青混合料行业在数字化方面处于领先地位，并被视为建筑行业的参考。

然而，相关各方之间的这种合作远非最佳状态。在很多情况下，一些企业无法生产、处理或传输高质量的数据，成为生产链上最薄弱的环节。一些单位并非愿意共享所产生的数据，或者根据适合其他利益方的公共系统和语言系统需求进行数据共享。

本节介绍了市场上包括从采石场、沥青拌合站到工地已有的一些主要技术，这些技术正在改变沥青路面的铺筑方式。

01
沥青混合料拌合设备

最大限度地提高生产效率和产品质量，同时减少对环境的影响，是当今沥青厂面临的主要挑战。在过去的几年里，通过创新的控制技术和信息技术，效率和质量控制得到了显著提高。一些主要的创新包括 :

图 1 沥青装置新型连接工具

1 .1 智能混合料拌合设备

（ 1 ）连接

现代网络技术和前瞻性的软件架构使操作员和工厂管理人员可以通过互联网从任何地方访问相关数据，如生产协议、工厂的统计数据或客户的实际订单数据，或生产温度、能耗等过程数据。

（ 2 ）冷进料

分级启动控制系统，具有自主进料和最佳物料分布功能，可提供无限数量的冷进料方案，只需点击鼠标即可切换（比例 / 容量 / 数量 / 速度）。

（ 3 ）干燥和除尘

全自动燃烧器控制，配置升压和降压系统，可实现恒定矿物温度和负压调节。添加传感器来监测材料，比如原料气体和清洁气体温度，其趋势可以很容易地实现可视化并用于燃烧装置诊断。

（ 4 ）称重和混合

所有部件基于动态流量测量进行动态运行校正，运行参数具有自学习校正功能。集料与沥青比例的自动优化和皮重功能，以及从粗集料到细集料的切换功能。一些品牌已经开发了数字工具来创建称重订单、称重车辆和送货单。发货单数据可以通过数据传输的方式以电子方式转移到发业务系统中，从而大大减少了管理工作量和成本。

（ 5 ）沥青储存罐

带有电加热沥青罐储存罐（填充，循环，输送，混合，排空）集成温度调节和显示功能，以及用于所有加热的可编辑定时器功能。

（ 6 ）装载仓

自动装载仓控制，目标仓满时可自由编程切换到后续仓，集成加热和装载温度显示于一体。为这一过程开发的数字工具显示了附加信息，如最后一次灌装和取出的时间点，筒仓内容（数量和物品）和最后装载的数量。这些技术提高了效率和安全性（例如防止车辆超载），同时降低了成本。

（ 7 ）交通控制

用于指示装载顺序的大型字母数字显示器和带有触摸面板的基于卡片的识别系统，以帮助操作员在到达时进行自主登记，优化流程以便减少通过无线电的通信和在称重桥前的交通堵塞。

（ 8 ）高峰负荷管理

一些数字工具持续监控工厂的峰值性能，并在能源成本最高时预测峰值电价时间，目的是在此期间减少高峰负荷需求。有了这些系统，某些设备 ( 如加热 ) 可以根据消费者的预测自动打开和关闭，防止短期和昂贵的电力峰值负荷。

（ 9 ）集成维护管理 (IMM) 系统

支持工厂操作员规划周期性维护任务，以及与这些任务相关的其他事件。这也使得维护成本和精细的多媒体工作指令得到轻松有效的分配。

1.2 可持续混合料拌合设备

（ 1 ）再生沥青 (RA)

RA 的使用是现如今的迫切需要。在沥青拌合中使用先进的解决方案，例如那些设计用于在 RA 中粘结剂的温和加热解决方案，可以在保持高质量标准的同时将 RA 含量增加高达 90% 。这降低了二氧化碳的排放量，并且由于沥青、矿物和运输成本的降低而降低了生产成本，对自然资源的依赖减少（所需的石油和矿料减少）。用于动态添加 RA 的数字模块，即使在生产过程中也可以根据采用的要求修改 RA 比率，例如 Ring 和 Ball 结果目前在欧洲沥青拌合站中普遍使用。

（ 2 ）能源和二氧化碳排放

其他类型的数字模块以简单的方式显示每吨生产沥青的能源消耗和二氧化碳排放。通过不断将这些数据与历史数据或目标值进行比较，操作者可以实时修改工艺，以消除能源浪费，提高可持续性。此外，现代沥青厂也正在用新一代的燃料取代使用天然气、燃料油或煤粉 ( 如燃烧炉 ) 的高能耗材料，这些材料可以使用更环保的替代品，如木屑颗粒或生物燃料。

（ 3 ）噪音

现代排气管和燃烧炉风扇，四级镀层概念或烟囱消声器的发展，可将环境噪音降低 20-25 分贝。

（ 4 ）废气和气味

如今，通过在关键点采用不同的解决方案，如沥青罐、烟囱或吸入口以及装载区域的水雾，沥青拌合厂的烟雾和气味已降至最低。

（ 5 ）粉尘

现代工厂还配备了高效的袋式除尘器，可将废气粉尘降低到 10 毫克 / 立方米以下。主要降尘点有：独立的冷过滤器、冷给料机的外壳和吸入口以及皮带的输送点、装载区外壳和吸入口、混合塔外壳、箕斗罩、超大 / 溢流缓冲料仓和填料装载区。

（ 6 ）温拌沥青

沥青制造温度与消耗的能量和烟雾排放之间的相关性是指数级的。因此，根据经验，在热拌沥青温度范围内（约 160~180 ℃），每降低 10 ℃，能源和排放减少高达 25% 。现代沥青拌合站采用的现有技术允许在较低的温度下生产混合料，而不是传统的 160~180 ℃。这可以转化为每吨混合料对环境的影响大幅减少，包括建筑工地的烟雾和气味减少 95% 。此外，温度的降低也提高了工人的安全性，并减少了沥青胶结料的老化。

当前已经开发了不同的技术来降低胶结料粘度并提高在低温下对骨料的裹附，例如沥青发泡（用水或沸石）或注入添加剂 ( 如蜡 ) 。这些技术可减少高达 1.5k g 油 / 吨的燃油消耗和高达 5k g CO ₂ / 吨的二氧化碳排放，同时保持与热拌沥青混合料相同的质量标准。

图 2 含再生沥青生产的温拌沥青工艺

0 2
沥青混合料运输

过去，在整个路面施工周期中，沥青混合料从拌合站到工地的运输没有得到足够的重视。然而，在过去的几年里，沥青行业了解到这实际上是最关键的阶段之一，因为它会产生大量的热量损失，并影响路面的最终质量和性能。

过去几年为最大限度地减少运输影响而开发的主要技术之一是结合使用推杆式拖车和先进的隔离材料。这些新型车辆淘汰了传统的自卸车，原因如下：

图 3 传统自卸车 ( 上 ) 与现代推杆式拖车 ( 下 ) 的比较

（ 1 ）温度隔离

虽然使用非隔离的翻斗车不会显著增加平均温度损失 ( 在 2 o C 和 5 o C 之间 ) ，但它确实会在材料与翻斗车车身的顶部和接触区域形成低温层。当传统的翻斗车通过倾倒车厢来卸载混合料时，材料首先从这些区域出来，从而在铺设的混合料中产生温度下降。现代拖车使用先进的隔离材料，最大限度地减少热量损失，并使用推送系统，无需倾倒即可卸载混合料。在这个过程中，来自较冷层的材料不断地与来自底部的材料重新混合，显著增加了热均匀性。

（ 2 ）颗粒离析

在沥青拌合站的装载过程中，只要细颗粒倾向于到达底部，就会发生颗粒偏析，而粗颗粒则倾向于在表面上滚动，积聚在翻斗车顶部和侧面附近。从这个意义上说，只要这些混合料从车厢中掉出来，推送系统也会使颗粒再混合。

（ 3 ）安全性和可操作性

传统自卸车的主要限制之一是需要自由高度。这通常会导致隧道、桥梁或建筑工地上方的电气装置出现问题。推杆式拖车避免了这些问题，提高了安全性和可操作性。

（ 4 ）车辆清洗

传统自卸车的另一个常见限制是，在卸载一个批次后部分沥青混合料仍粘在车身上。这些残留物通常是用手（用铲子和刷子）或用挖掘机刮掉的，这需要时间和人力。此外，这些材料（已经支付）必须被浪费掉，这也涉及到额外的成本。推杆装置消除了这个问题，即使使用难处理的沥青类型，如 OPA, PMA , LOA 或 DSHV ，也能使车厢保持清洁。

（ 5 ）装载指示

新系统使操作员能够有效地装载卡车，避免超载。铲斗中当前的重量会在车载显示屏上实时显示给驾驶员。这也可以选择一个目标重量，使卡车不超载，轻松跟踪所装载的总重量。

（ 6 ）物流工具

此外，不同的公司已经开发了数字工具来监控和促进沥青从拌合站到摊铺机的平稳输送。这些系统在整个交付过程中跟踪机器位置并收集有关材料的数据，从而使施工方能够可视化和调整卡车调度和生产，对潜在问题（例如与混合物温度相关的问题）做出快速反应并优化性能。关于此主题的更多信息将在 “现场组织工具”一节中解释。

0 3
智能铺装技术

均匀的铺装温度是保证沥青路面高质量压实的基础。在过去的几年里，已经开发出能够在摊铺机之后或压实之前立即连续测量材料表面温度的热扫描仪。这些非接触式测量系统确保了简单、方便和可靠的数据，使铺路人员能够实时调整可操作性，并在需要干预的情况下选择最合适的解决方案。这种传感器与 GPS 技术相结合，可以即时绘制地表温度图，通常在车载控制台上以不同颜色显示给操作员。此外，这些温度图不仅可以被作业者实时使用，也可以在项目完成后被业主用于确定给定截面过早失效的原因，或为工程方提供证据证明工程以正确的方式进行。

除了热测绘之外，智能摊铺机现在正变得越来越普遍。传统上，为了满足严格的道路管理局报告要求，必须手动记录许多铺路参数，而智能摊铺机可以自动完成这些参数记录。这些机器还提供了一套强大的工具来提高生产率、质量、现场安全性和远程访问关键操作参数的信息（例如，每升燃料铺设的公里数）。

它们还通过机器 365 ° 鸟瞰图和周围区域信息，为提前转变提供环境监测和更好的运行状况及安全条件，并通过显示吨位， m ² 和铺设距离以及以 kg/m ² 为单位的剂量，实现最佳的材料管理。

最后，他们还结合了改善工作条件的解决方案，例如通风系统，该系统可以在输送机的排出点吸收热沥青产生的蒸汽，并将其与新鲜空气混合，使其远离操作团队附近。这些系统在过去的 15 年里通常在美国使用，最近在欧洲得到了广泛使用，目的是最大限度的减少操作人员接触烟雾和气溶胶。

图 4 智能摊铺机温度控制示图

0 4 压实控制技术

智能压实系统（ Intelligent Compaction Systems ， ICS ）是一种强大的工具，可为操作员实时提供有价值的数据，以提高压实工作的质量和效率。应用这些工具之后，点对点来识别施工不足的区域的方法就过时了。新的系统为道路管理机构在质量控制方面提供了更多的责任保证，延长了道路的使用寿命。同时，智能系统可指示操作员压实工作何时完成，以便最佳时刻进入下一个压实工作，因此而提高施工效率。

这些系统包括 :

（ 1 ）实时测量工作现场条件的监控系统（通行次数、路面刚度、温度、湿度等）；

（ 2 ）全球导航卫星系统，使操作员、监督员和工程师能够记录和可视化整个现场的工作质量和一致性

（ 3 ）能够自动识别和记录隐藏的效率的分析软件。

传统的方法是根据材料的密度来分析材料的压实程度，而现代 ICS 使用加速度计来测量材料的刚度，或材料抵抗变形的能力。这种力学性能更多地与结构层的实际承载能力有关，而不是与密度有关。通过持续监测该值，操作人员只需执行压实步骤，直到达到所需的刚度。之后，测试人员检查路段，压实机移至下一个区域。

图 5 智能压路机通过次数的虚拟指示

现代机器还包括自动调节压实系统，以自动施加适用于材料和工作条件的最佳压实力和振幅。从更高的负载到更低的负载，消除分离和对沥青层的破坏，或者有助于敏感结构附近的压实。

空气净化双红外温度传感器安装在机器的前部和后部，消除了对手持设备的需求，并提供了压实沥青路面的实时温度地图，最大限度地减少了传感器组件造成的不准确读数。它们使操作人员了解材料状况，并指示何时必须开始或停止压实。

最后，所有的数据（例如通过次数，刚度，温度等）都被定位到实时地图中，可以用于记录和质量控制。根据需要，可以集成不同的技术，在水平和垂直轴上分别获得高达 1 厘米和 2 厘米的分辨率。

0 5 现场组织工具

沥青道路的成功施工需要沥青拌合站、运输设施、摊铺机和压实机的协调配合。这一过程背后的复杂组织可能受到环境、技术、社会和管理因素的影响。例如，如果沥青混合料批次过早地从沥青拌合站发出，则运输车可能需要在现场等待，从而降低生产率，并且难以保持沥青混合料铺设和压实的最低温度。一些研究估计，大约 5% 的建设费用用于修复此类缺陷。

为了解决这个问题，现在不同的公司提供了用于智能车队管理、优化机器操作和跨流程协作的数字工具。这包括开发 GPS 定位跟踪和记录位置数据、高效通信渠道，通用通信协议和语言，以及建立中央云管理系统，每台机器都可以上传生成的数据。

这些工具可以实现沥青拌合站、机器、设备和车辆在同一施工作业中的数字化互联。此外，来自交通、环境（如天气状况和预报）和施工过程的数据被实时收集和传输。车队可以被监控，组织工作可以根据实际情况实时动态调整。

图 6 组织管理系统

例如，通过整合沥青拌合站和现场车辆跟踪，沥青拌合站可以提前知道即将到来的卡车，因此可以优化拌合站的生产方案。来自沥青厂和摊铺机的综合信息可用于及时安排沥青运输，从而减少了现场需要的自卸卡车的数量。此外，应用车载卡车温度传感器或应用机器学习算法，沥青的温度随时都可以知道。然后，将摊铺机与组织工作集成在一起，同时考虑到当前正在运输的材料，摊铺机的速度和吞吐量以及压实机参数可以重新调整。

这些工具还可以提高安全性。例如，通过结合键盘来激活或停用施工机器，公司还可以防止非合格操作员使用机器。此外，公司可以每天跟踪机器的使用时间，这简化了机器在不同工作地点的重新分配，并优化了维护计划。再加上 GPS 系统，公司还可以知道设备何时离开特定区域（即被盗），以及谁是最后一个使用它的人。

有了这些技术，文档记录也变得更加简单，因为施工过程也可以通过使用来自施工现场的实时数据来轻松控制，并直接提供给在现场或任何其他地方使用的智能手机和 / 或平板电脑。其优势在于数据交换的公开和标准化的环境。此外，工程质量可以持续监控并记录到云服务器中，为客户、项目经理和相关利益相关方提供远程信息访问。每个利益相关者都保留对其产生的数据的主权。为了保护这些数据，每个公司都有一个完全隔离的应用程序容器，个人访问权限只授予授权人员，并设置了安全协议。

0 6 混合料质量和路面智能检测

沥青混合料的质量控制和质量验收主要基于生产或成品路面试样的实验室测试结果。一般来说，这些测试只代表已经完成工作的一部分。然而，大量试样的采集使技术人员在其工作环境中面临相对较高的风险，如果使用这里提到的一些更先进的解决方案，可以降低风险。其中许多解决方案（例如连续压实控制、探地雷达、热测绘等）也可以获得更详细和准确的路面质量图像。

在路面检测领域，诸如快速落锤弯沉仪（ Fast Falling Weight Deflectometer ， FFWD ）等新设备被设计用于向路面表面施加荷载脉冲，以模拟移动车辆产生的荷载。由于它们没有液压系统，每次下落速度比原来的 FWD 系统快 5 倍。因此，每小时增加 75% 的测试点或减少 45% 的交通暴露时间。荷载脉冲由分辨率达 0.1 kPa 的测压元件测量，路面响应的分辨率可达 0.1 μ m 。

利用后处理软件，可以根据冲击荷载和路面弯沉盆反算路面层模量。研究结果可有效地用于基于经验或力学 - 经验路面设计指南的路面结构状况评价和结构层设计。

另一方面，其他解决方案结合了滚轮式弯沉仪系统 (RWD) ，能够同时收集结构和功能数据，识别路面上与落锤式弯沉仪完全相同的关键区域。这些工具可以在常规道路交通条件下高速工作，并从整个路面范围收集连续数据。因此，每公里的成本也大大降低。

此外，为了确保数据的长期一致性，已经开发了基于集成线性驱动系统的高精度校准技术，用于扫描基准参考表面，可在几分钟内进行机载校准。设备可以快速和频繁的校准，从而提高了数据的准确性和一致性。

图 7 智能道路测量和检测的示图

0 7
智能信息 管理

如今，人们对信息的获取、处理、存储和传输的需求显著增加。鉴于上述所有的数据采集系统和云文件上传技术，下一个挑战不仅仅是收集数据，还要识别和过滤有用的数据，以及在信息系统之间建立有效和高效的通信渠道。换句话说，重要的是管理信息，而不仅仅是管理数据。

在这方面，世界各地出现了许多或多或少采用类似做法的举措。一般来说，这些数字工具中的大多数都包含在完全关联的平台上，涉及地理信息系统 (GIS) 、沥青物流、过程登记和道路管理系统，这些平台允许在设计阶段进行长期的道路监测、风险量化和预测，以及基于可靠数据的后续产品开发和创新。

有了这些技术，所有被许可的利益相关者都可以获得路面中材料的相关信息，包括所有阶段（即设计、施工、服务和服役结束）。因此，客户、工程方和其他施工合作伙伴之间的信息交换更简单、更透明、更有效、更高效，即使这些信息在生产和存储多年后仍需使用。

对于客户来说，数据记录和监控系统的开发正在成为对所承担工作进行验证和确认的重要工具，也有助于根据大数据动态调整检查频率，并建立更好地所需调控政策。此外，通过集成系统数据存储系统，也可以实现从功能规范到功能验证的步骤，这有助于根据功能测试和道路施工处理后对给定沥青混合料进行评估，而不是目前在生产方门口进行材料评估。

这些系统还可以提供内部关键绩效指标（ Key Performance Indicators ， KPI ），用于分析和管理目的。因此，它们可以在 CE 标志中发挥重要作用， CE 标志是根据规格和型式试验对沥青产品进行表征，客户可以选择所需的材料，沥青拌合必须在严格的偏差范围内生产。生产方可以提供使用了哪些标准的信息，而工程方可以证明交付的沥青具有所需的性能，并证明工作是按照要求、计划和（内部）程序进行的。因此，这些技术还可以为工程方提供支持，为交付产品的性能提供多年的保证。

该系统还提供了创建包含相同结构和材料的路面部分的“工程图”的可能性。在给定区域的整个地理位置的类似路面是能够实现的，并比较和评估他们的性能。在此基础上，可以检测异常行为、预测事件发生，并对该部分是否适合未来的实施做出决策。

与路面相关的物理信息主要可以根据材料和结构组成进行记录。当必须规划和管理日常生产、设备配置和成本时，需首先提供了解在施工阶段有用的路面结构信息（材料、结构层、厚度等）。之后需要提供空间信息，例如，在可能进行检查、调查或维护操作的服务阶段，何地施加了荷载是一个有用的信息。结合这两层信息，如果在某一段检测到损坏，则根据该段材料的特性（来源、性能、混合设计、批次参考、生产过程中的问题等）以及作用载荷、温度、湿度或其他相关环境条件，就更容易找出原因。

为了引导参与道路建设的各相关方， EAPA 提出了流程图，其中信息根据相关的服役周期阶段进行分类，并以 KPI 的形式进行分类。流程图还指出了负责生产或使用信息的各相关方以及有权访问信息的人。

0 8 新概念

除了之前的市场技术，还有一系列新的概念和正在开发中的项目，目的是进一步突破沥青工业的极限。在本节中，对其中的一些进行了总结，目的是概述当今世界各地正在开发的广泛而多样的创新。然而，它不能被理解为 EAPA 关于该行业未来应该或将如何发展的构想或态度。

不同的公司已经开始将传感器和人工智能的最新发展应用到新一代智能工程机械中。这些系统可以帮助作业人员完成各种任务，在更短的时间内以更少的精力获得更高的精度和质量的结果。安全性也得到了提高，例如，不需要反复走出机器驾驶室来亲自检查等级或水平。这些系统还可以防止负载过低或过载以及额外的机器磨损，使设备在大多数时间内以最高效率工作。

其中更大程度上是自动化机器，它能够最大限度地提高工作的准确性和速度，并使操作员轻松完成繁琐和重复的工作。此外，配备了视觉系统的自动化机器，可以检测附近的人和障碍物，可以持续处于警戒状态，更严格地遵守健康和安全规则，可以在危险的地方工作而不会危及人的生命（即在斜坡上工作）。由于这些原因，其大大减少建筑行业的事故和伤亡人数，减少建筑工地的人为因素可能成为健康与安全的一个重要里程碑。

许多品牌已经开发出不同的原型机，以执行各种施工任务，如压实机、推土机或自卸车。其中一些已经在试点场地和采石场进行了测试，可能很快就会在现实中与人们共同工作。

图 8 自动驾驶串联式压路机

在更接近市场的层面上，用于重复操作的智能设备，如挖掘机、起重机或搬运机械，已经整合了一些系统，当操作员第一次手动操作时，这些系统可以学习特定的任务，然后机器在必要时重复它。这与机器对机器的通信功能相结合，允许过程诸如挖掘机将土从坑中移到自卸车，以操作员手动进行第一次重复的方式，然后机器重复操作，直到传感器检测到所需的水平已经达到，或者自卸车的传感器通知挖掘机已达到自卸车的最大负载。

此外，增材制造（例如安装在自动化电动机器人上的 3D 沥青打印机）和高分辨率计算机视觉的结合可能会产生新一代机器，这些机器能够自主构建新的道路结构层，或者沿着现有的道路网络行驶，寻找裂缝或缺陷，并以恒定的行驶速度修复这些裂缝或缺陷。

这些机器还可以通过在雇佣劳动力工作范围之外继续工作来帮助施工和养护操作员。这将减少道路中断的时间和未修复的道路的暴露，而这通常会导致这些道路进一步恶化。

一些原型机，比如利兹大学开发的飞行无人机，并没有按照传统的工艺铺设沥青表面，而是更像台式 3D 打印机，不受任何空间限制。这些机器人能够通过微创技术识别、诊断和修复街道工程，在未来可能有助于消除我们城市的交通中断。其他人工智能和机器人技术正在开发中，目的是帮助工人远离危险的工作区域，如高速公路，特别是在夜间或交通繁忙等高风险时段。

图 9 城市街道自主修复

从可持续发展的角度来看，从传统的柴油动力机器和沥青拌合设备转向使用替代能源运行的废气排放接近于零的设备，是正在开发的主要概念之一，目的是大幅减少道路建设和养护对环境的影响。另一个重要的解决方案是配备电动机和电池的机器，这不仅可以最大限度地减少废气排放，还可以减少噪音污染，改善工作条件，使它们能够在市中心的夜间使用，减少白天的拥堵。从这个意义上讲，一些品牌已经开发了一系列电动紧凑型挖掘机和电动轮式装载机，运行时间长达 8 小时，可在非车载快速充电 1-2 个小时内充电 80% 。

对于大型挖掘机，这些品牌已经开发了液压混合动力解决方案，利用动臂向下运动为蓄能器和辅助电机充电，并为液压泵提供动力。

其他正在开发的替代品包括使用生物柴油、多种燃料、氢气和合成燃料的设备。

如今，人们也在探索不同的方法来生产沥青混合料，使其在损坏时能够自我修复。因此，虽然这些混合料的初始成本会增加，但使用寿命的延长和养护流程的节省可以使它们成为经济、安全和可持续的选择。其中一种方法是在混合物中加入小部分导电颗粒。当道路被损坏时，施加外部可变电磁场会沿着道路产生微电流，通过焦耳效应将它们加热。结果，内部沥青的粘度降低，并通过裂缝膨胀。一旦电磁场停止，沥青冷却下来，裂缝随之愈合，道路便可再次使用。另一种方法是添加含有愈合剂的胶囊，这些愈合剂要么随着加载周期逐渐少量释放，要么在裂缝到达时直接打开。这些胶囊也可以与再生剂一起使用，以平衡道路使用寿命期间表层的老化过程。这些材料已经在一些试验段中使用，但在整个服役周期和实际条件下的实际效益和局限性将在未来几年内确定。

也有许多研究项目正在试图寻找替代胶结料，以减少沥青对环境的影响和对原油的依赖。这些主要是基于植物油 ( 如亚麻籽或油菜 ) 、生物燃料生产的副产品、树脂及从微藻中提取的脂质等。它们的大规模生产和在传统沥青拌合站的大规模使用仍然是有待解决的挑战，但在实验室水平上获得的令人鼓舞的结果正在引起许多公司的兴趣，或将成为未来道路的潜在解决方案。

最后，斯堪的纳维亚正在关注的一个领域是在高级乳化剂中使用渗透级沥青。目标是能够生产高质量的沥青（与热拌混合料具有相同的等级和性能），同时减少对环境影响、能源消耗和安全风险。

山东省交通科学研究院沥青路面施工全过程智慧化技术

近年来，随着沥青路面新技术、新材料、新工艺的大规模应用，但仍面临着沥青路面出现不同程度的破坏，究其原因，很大程度是沥青路面施工质量出现了问题，传统的沥青路面监管模式是以人力为主，且往往都是事后控制，如何做到有效监管、将事后控制变为事前、事中控制显得尤为关键。如何提高沥青路面施工全过程监控水平，已成为公路建设中行业亟需解决的重大问题。

交通强国战略中明确指出 “大力发展智慧交通。推动大数据、互联网人工智能、区块链、超级计算等新技术与交通行业深度融合。推进数据资源赋能交通发展，构建泛在先进的交通信息基础设施。” 在此背景下，智能技术在公路工程建设的应用也逐步推广，为保障公路工程建设质量、提高建设效率提供了有力保障。

山东省交通科学研究院始终致力于面向沥青路面工程领域，通过综合利用大数据分析、云计算技术、 5G 网络、物联网技术和区块链技术，将视频监控、工艺监测、预测预警、移动终端等“智慧设施”进行集成和拓展，实现在建工程各环节管理控制信息化、快速化、一体化，解决工程建设中数据真实性、信息分散、问题难追溯、隐蔽工程监管难等管理短板，打造高品质沥青路面工程。

通过持续的科研攻关，目前已经开发完成了云端材料设计与施工质量控制系统、拌合、运输、摊铺智能管控系统、无人驾驶沥青路面智能摊铺实压实、无人机温度离析、大数据成品路面质量评价等多个智慧化管控系统，实现了从原材料、配合比设计、拌合站、沥青路面施工、成品路面检测全过程智慧化管控，并成功应用于多个高速公路建设项目，取得了良好的应用效果。

1 原材料智慧化管控

在原材料质量管控方面，借助物联网手段实现了石料、沥青等路面主要材料关键指标实时监控，工地试验室主要试验设备、试验数据实现了与系统的互联互通，所有试验过程和试验数据，自动传输、分析、预警，可以在第一时间得到第一手的真实试验数据，提升了原材料质量管理的水平和效率。

对集料、沥青、填料多项指标进行数据采集，实现了原材料数据统计、分析、决策的功能。直接提取原材进场的源头信息形成从原材料进场登记、自检、抽检、场站生产、工程实体、实际消耗等相关业务的路面施工全生命周期质量数据库，实现多维度的质量数据追溯。

2 在线配合比设计系统

自主开发了 DKDMIX( 道可美 ) 沥青混合料在线设计系统，主要包含普通（再生）沥青混合料目标配合比设计、冷料仓流量标定、生产配合比设计、生产配合比验证、施工过程质量控制等多个模块化功能的云端在线混合料设计系统。通过在线配合比设计系统打通了原材料检测与生产环节的数据链条，真正意义上实现了从原材料检测、配合比设计与沥青混合料生产施工环节数据互联互通，实现沥青路面质量全过程管控、追溯。

（ 1 ）目标配合比设计

目标配合比设计包括：原材料检测、原材料筛分、原材料密度、配合比设计、性能检验、设计结果汇总 ”五大模块。可在线进行马歇尔设计方法或 SUPERPAVE 设计方法的目标配合比设计及记录、报告的导出。

（ 2 ）冷料仓流量标定

冷料仓标定以间歇式拌合站为主，通过简洁的界面录入目标配合比比例、集料带转速等指标，最终确定拌合站的频率（转速）以满足热料仓级配组成和防止溢料、等料等现象的发生。

（ 3 ）生产配合比设计

生产配合比设计采用间歇式拌合站进行配合比设计，在配合比设计的基础上可对矿料级配进行波动范围设置及统计图分析，根据试验结果，对级配曲线或沥青用量进行修正，确定生产配合比。

（ 4 ）生产配合比验证

生产配合比验证可录入多次热料仓筛分和密度数据，通过对热料仓集料变异性进行统计分析，灵活选择不同热料仓可进行多次配合比调试工作。

（ 5 ）施工质量控制

质量控制中可对原材料筛分、原材料密度、原材料检验、热料仓筛分、热料仓密度、矿料级配、体积指标、拌合站监控、沥青路面检测等进行全过程施工质量动态管理，并可绘制折线图、级配图、 X-R 控制图、移动平均值控制图、直方图等进行数据分析及控制图控制。

3 施工全过程智慧化管控

借助物联网、互联网、云计算、大数据分析等技术手段，实现了沥青路面从沥青混合料生产、运输、摊铺、压实全过程智慧化管控。

在沥青混合料生产阶段，实现了拌合站生产与系统的互联互通，实时采集拌和生产过程中全部生产数据，对每一生产周期内的各种材料用量、矿料级配、拌和温度、拌和时间等关键生产指标进行实时动态监控。所有数据均实现自动上传、分析、统计、汇总，建立三级预警体系，对不合格生产数据第一时间短信预警。

通过在运输车辆安装 GPS 和电子标签，实现了运输车辆运行轨迹实时动态监测，并将装料类型、装料时间、运输时间、卸料时间等生产信息进行全过程监管并上传系统，打通了沥青混合料生产环节与施工环节关键信息的数据链。

在沥青路面施工现场，通过在摊铺、压实设备终端安装的 GPS 定位、温度、速度传感器等自动采集设备，实现了对摊铺、压实轨迹、速度、温度等关键指标的采集、分析及展示功能，通过现场设备安装的电子显示屏以及及手机、平板等移动终端实现了可视化的实时查看。

4 无人驾驶智能摊铺

“无人驾驶集群”系统主要由感知模块、路径规划与决策模块、局域网通讯模块、控制执行模块、后台监测模块等五大部分组成。利用 RFID 、 3G/4G 、 WIFI 、局域组网等技术手段，将数据回传至服务平台，利用大数据分析，结合作业业务，实现实时监控、数据展现、远程控制、压实管理、统计报表等功能。施工中采用的无人驾驶双钢轮压路机、摊铺机，统一由“北斗定位基准站”指挥，利用高精度北斗定位、惯性导航、障碍物识别等技术，接收基站提供的行驶路径引导与控制信号，控制各工作系统，完成既定的行驶、转向、碾压等作业任务。

打造 “无人智慧施工”的目的是为了提高工程质量和智能化管理水平，从而逐步实现绿色施工和生态施工。进入伏天，无人施工解决了高温下的强度施工；全天候连续作业大大缩短了工期且智能系统的管控，作业效率远远高出人工。

利用物联网数据采集技术和数据分析技术确保现场的施工过程符合施工规范，当现场和施工工艺出现偏差时进行实时预警和引导纠正，让施工的结果管理变为过程管理。无人驾驶通过基于北斗高精度定位技术实现对施工碾压轨迹的精准控制，保证了施工的一致性，有效避免了人为操作过程中常出现的漏压、过压、欠压、超速等问题，避免了由于人为操作水平不一致导致的碾压质量问题；无人驾驶实现了智能化、信息化施工，保证了摊铺的均匀性、碾压压实度和表面的平整度，最大程度的提高了面层的施工质量。

无人化集群结合北斗高精度定位，在策略中压路机集群与摊铺机之间设定了安全距离，压路机跟随摊铺机在安全距离之外，梯队与梯队之间也有设定的安全距离，各梯队车辆不会进入到其他区域内，同时整个系统配备有 3 级制动控制策略，一级是车辆前后安装有毫米波雷达做到 5m 减速， 2m 制动，第二级车辆外侧安装有急停开关可以直接人工制动车辆，第三级无人化手持平板具有一键停止功能，操作人员可以及时制动车辆，确保设备在施工过程中的绝对安全。

系统基于采集的摊铺数据、碾压数据、拌合站数据、运输数据以及施工进度等，同施工成本做对比分析，帮助施工方发现物资消耗的黑洞，提高机械利用率，降低返工风险，减小资源浪费，降低施工成本。使用无人驾驶设备可实现摊铺速度与碾压速度最优匹配，同时可以实现连续不间断作业，有效的解决由于人员等问题导致的工期问题，施工效率提高了 1/4 。无人驾驶通过准确计算、精准控制实现最优轨迹计算，因此有效的控制摊铺精度，避免了人为操作导致的翻工耽误工期。

5 无人机载红外探测

本系统把双目视觉和 ToF 传感器同时集成到机身的六个面，可同时拍摄所拍区域的红外图像、可见光图像及变焦图像，可精准、无死角监视并计算沥青混凝土摊铺路面的温度数据，实时转换成红外图像和热像视频，通过不同颜色的渐变组合，直观呈现沥青混凝土摊铺温度；全断面采集沥青混合料在卸料、摊铺、碾压阶段的温度数据，实时监控施工温度离析控制并优化碾压工艺。实现了沥青摊铺温度监控从“点”到“面”乃至“动态立体”的突破，不但提高了检测精准度，还避免了工作人员在路面长时间的高温作业。

此系统采用了 GPS 定位技术，准确跟踪沥青装卸料及行驶过程，实现原料溯源和质量把控。此外，本系统还可应用于钢桥面病害排查，沥青路面渗水系数分布和施工均匀性评价。

6 沥青路面三维大数据智能检评

三维探地雷达具有三维断面覆盖的独特优势，一次检测可以覆盖 1.8 米有效宽度，两次扫描即可覆盖一条车道。各路段检测结果包括单元路段沥青面层厚度关键统计指标汇总表、厚度分布云图。将检测路段划分为若干个段落单元，并统计桩号，单元路段长度，采样点数量，厚度均值，偏薄区域比例，正常区域比例，偏厚区域比例，作为关键统计指标汇总到关键统计指标汇总表中。

三维探地雷达可以实现对沥青路面压实或离析程度的检测。为了更直观地展示施工均匀性检测结果，结合路面几何尺寸，将介电常数数据输出为以不同颜色代表不同数值状况的分布云图，可直观表现和定位沥青混合料全断面、大样本数据的均匀分布情况。

“云图”提供了路面施工质量全覆盖、大样本数据，克服传统质量评定以有损、人工、点状、经验、表象为特征的技术缺陷，可以精准定位路面施工质量状况，引导有针对性的质量评定。

对于厚度云图可以给施工管理或施工单位了解整体路面结构层施工厚度状况，为质量评定提供依据，指导下一层施工调整，减少检查需要的取芯数量。对于均匀性云图可以精确定位压实度不良或离析部位，为进一步质量评定（渗水、取芯性能评价，如汉堡、冻融、疲劳等）提供精准定位，避免随机取样造成的质量评定数据波动和误导问题。

（来源：道可道网，微土木人荐读）

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