（管理科学与工程专业论文）环氧沥青混凝土钢桥面铺装过程质量控制技术研究.pdf

f yiiiiji1190ii i ii i l l l 9 7 i l r l l i i i i i 攀 重庆交通大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者躲司弗 日期：年么月尹日 重庆交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权重庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本人学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并进行 信息服务( 包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等) ，同时本人保留 在其他媒体发表论文的权利。 指导教师签名： 同期沙1 ，年 瞒气2 石月p h 本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社c n k i 系列数 据库中全文发布，并按中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程规定享 受相关权益。 学位论文作者签名：阅串 r 期：谚降6 月牛开 牛 礴 名，麟6者一年怍、 文 澎 位期 学 日 诌旧 、：、0 f cj 、月厂、名年 签 师 伊 教、吵 导 期 指 r 摘要 环氧沥青混凝土是一种高性能铺装材料，近年来在我国大型桥梁钢桥面铺装 上应用越来越多。但是，环氧沥青混凝土钢桥面铺装施工质量要求非常严格，采 用传统质量检验方式不能保证铺装质量稳定性，有必要研究过程质量控制方法， 提高施工管理水平。 论文介绍了美国环氧沥青混凝土钢桥面铺装施工工艺和日本环氧沥青混凝土 钢桥面铺装施工工艺，分析环氧沥青混凝土铺装施工的特点。环氧沥青混凝土钢桥 面铺装质量病害分早期损坏和使用期病害两类，早期损坏的主要原因是铺装过程 质量控制问题。研究早期损坏中的皮料、鱼尾状裂纹、泛油、纵接缝渗水、鼓包 和不规则裂缝五种主要病害，分析了它们各自的成因。研究指出环氧沥青混凝土 钢桥面铺装的特点和难点主要在于其铺装过程是小批量生产过程，并且混合料时 间温度性能特殊，质量控制要求非常严格。 采用t d - i p 层次分析法和排列图法研究环氧沥青混凝土钢桥面铺装过程质量控 制指标。研究认为混合料摊铺温度、混合料油石比、集料关键筛孔通过率是环氧 沥青混凝土钢桥面铺装过程控制关键指标，在铺装过程中应进行重点控制。马歇 尔稳定度是过程控制重要指标，需加强过程控制；压实度、摊铺厚度、平整度等 是过程控制一般性指标，按照规范和设计要求控制。 论文研究了过程质量的控制方法。针对小批量生产过程特点，分别分析了质 量控制统计方法中的均值极差控制图( x r ) 、均值标准差控制图( x s ) 、单值 移动极差控制图( x - r s ) 、中位数极差控制图( x - r ) 四种常规控制图、以及累 计和控制图( c u s u m ) 和指数加权移动均值控制图( e w m a ) 的原理和适用条件，认 为它们都不适用于环氧沥青混凝土钢桥面铺装过程质量控制。依据田口质量损失 函数，改进了望目值指标的小批量生产预控图，提出利用改进的预控图方法对关键 指标油石比、关键筛孔通过率进行控制。提出利用混合料时间一温度性能曲线对摊 铺温度指标进行全过程控制，应综合应用分层法、因果图法方法对马歇尔稳定度指 标进行过程控制。 最后，依托工程实例应用，验证环氧沥青混凝土铺装验证过程质量控制方法 的有效性和适用性。同时，强调实施过程质量控制必须有相应的技术、经济、组 织和管理保障。 关键词：环氧沥青混凝土：钢桥面铺装：过程质量控制：指标选取研究；统计方法 a s 觚e x c e l l e n tp a v e m e n tm a t e r i a l ，e p o x ya s p h a l tc o n c r e t eh a sb e e np a v e d o i l m o r e 趾dm o r cl a r g eb r i d g e h o w e v e r , e p o x ya s p h a l tc o n c r e t ep a v i n g o ns t e e lb n d g e d e c kr c q u i r e ss t r i c tq u a l i t yc o n t r o l ，t h e t r a d i t i o n a lq u a l i t yc o n t r o lm e t h o d sc a nn o t g u a m t e et h eq u a l i t ys t a b i l i t yo ft h ep a v e m e n t i ti sn e c e s s a r y t os t u d yt h ep 舢s s q u a l i t yc o n t r o lm e t h o d s ，t oi m p r o v ep a v e m e n t c o n s t r u c t i o nm a n a g e m e n tl e v e l t 0 柚a l y s i st h ep r o c e s sc h a r a c t e r i s t i c s o fp a v i n ge p o x ya s p h a l tc o h e r e t es l e e i b r i d g ed e c k ，t h i sp a p e rc o m p a r e s t h ea m e r i c a nc o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g yw l t hj a p 观e c o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g y e p o x ya s p h a l tc o n c r e t e s t e e lb r i d g ep a v e m e n td i s e a s e s i n c l u d ee a r l yd i s e a s ea n do p e r a t i o np e r i o dd a m a g e ，a n de a r l y d i s e a s er e a s o nl sm a i n l y d u et oq u a l i t yc o n t r o lp r o b l e m i ne a r l yd i s e a s e s ，d e c e a s e dm a t e r i a l 、f i s h t a i l c r a c k 、 b l e e d i n g 、l o n g i t u d i n a lj o i n ts e e p a g e 、b u l g ea n di r r e g u l a rc r a c k a r et h ef i v em a j o r p r o b l e m s , w h o s ec a u s e sa r ed i s c u s s e ds e p a r a t e l y r e s e a r c h i n d i c a t e st h a tp a y l n ge p o x y a s p h a i tc 0 嬲e t es t e e lb r i d g ep a v e m e n ti s as m a l lb a t c hp r o d u c t i o np r o c e s s 觚di t s q u a l i t yc o n t r o lr e q u i r e m e n ti sv e r ys t r i c t ， w h i c ha l et h em a i nd i f f i c u l t y a h pa n dp a r e t od i a g r a ma r ea p p l i e dt or e s e a r c ht h ep r o c e s sc o n t r o li n d e x s o f p a v i n ge p o x ya s p h a l tc o n c r e t es t e e lb r i d g ed e c k b yt h et w om e t h o d s ，a c o n c l u s l o nl s 出a w nt h a tt h ee p o x ya s p h a l tm i x t u r ep a v i n gt e m p e r a t u r , m i x t u r e0 i l s t o n er a t l o 觚d k e ys i e v ep a s s i n gp e r c e n t a g ea r et h ek e yi n d i c a t o r so fp r o c e s sc o n t r o l ，t h a tm a r s h a i l s t a b i l i t yi sa i li m p o r t a n ti n d i c a t o ro fp r o c e s sc o n t r o l ，a n d t h a tc o m p a c t n e s s ，p a v m g t h i c j k n e s s ，f l a t n e s sa n ds oo na r eg e n e r a l i n d i c a t o r so fp r o c e s sc o n t r o l t h e nt i i ct h e s i sr e s e a r c h st h em e t h o d so fp r o c e s sq u a l i t y c o n t r o l f o rs m a l lb a t c h p r o d u c t i o np 雠e s sq u a l i t yc o n t r o l ，t h et h e s i sa n a l y s i s e st h e x - rc h a r t ，x sc h 积， x r sc h a r t 又rc h a r t ，f o u rs h e w h a r tc h a r t s ，c u s u m c h a r ta n de w m ac h a r t ，p 0 i n t s o u tt h e i ra p p l i c a b l ec o n d i t i o na n d d e f i c i e n c i e s ，a n dt h e yd o n ta p p l yt ot h ep r o c c s s q u a i i t yc 0 n t r o lo fp a v i n ge p o x ya s p h a l tc o n c r e t e s t e e lb r i d g ep a v e m e n t a c c o r d i n g t ot a g u c h iq u a l i t yl o s sf u n c t i o n ，t h ep a p e ri m p r o v et h e l o o k o u tm e s hv a l u el n d e xs m a i i b a t c hp r o d u c t i o np r e c o n t r o lc h a r t ，a n dp r o p o s e a p r o c e s sm e t h o do f o i l s t o n er a t l o a n d k e vs i e v ep a s s i n gp e r c e n t a g e ，t h ek e y i n d i c a t o r s r e s e a r c hs u g g e s t st ou s em l x t u r c t i m e t e m p e r a t u r ep e r f o r m a n c ec u r v e t oc o n t r o lp a v i n gt e m p e r a t u r emw h o l e p r o c e s s ，a n da p p l yl a y e r i n gm e t h o da n dc a u s a la n a s y s i sc h a r tt oc o n t r o lm a r s h a l l s t a b i l i t y ，t h ei m p o r t a n ti n d i c a t o r t h i sp a p e ra p p l i e sp r o c e s sq u a l i t yc o n t r o lt e c h n o l o g yt oe p o x ya s p h a l tc o n c r e t e s t e e lb r i d g ep a v e m e ne n g i n e e r i n ge x a m p l e ，t od e m o n s t r a t e st h ee f f e c t i v e n e s sa n d w i d ea p p l i c a b i l i t yo ft h e s em e t h o d s i nt h ee n d ，t h ea u t h o re m p h a s i z e st h a tp r o c e s s q u a l i t y c o n t r o lm u s th a v ec o r r e s p o n d i n gt e c h n i c a l ，e c o n o m i c ，o r g a n i z a t i o n a la n d m a n a g e m e n tg u a r a n t e e s k e y w o r d s ：e p o x ya s p h a l tc o n c r e t e ；s t e e lb r i d g ep a v e m e n t ；p r o c e s sq u a l i t yc o n t r o l ； i n d e xs e l e c t i o nr e s e a r c h ；s t a t i s t i c a lm e t h o d 目录 第一章绪论1 1 1 研究背景及研究意义l 1 1 1 研究背景1 1 1 2 研究意义1 1 2 国内外研究现状2 1 2 1 环氧沥青混凝土钢桥面铺装技术状况2 1 2 2 钢桥面铺装质量控制方法简介5 1 3 本文主要研究内容和技术路线7 1 。3 1 研究内容7 1 3 2 技术路线8 第二章环氧沥青混凝土钢桥面铺装特点及质量病害分析9 2 1 环氧沥青混凝土钢桥面铺装施工工艺9 2 1 1 美国环氧沥青混凝土钢桥面铺装施工工艺1 0 2 1 2 日本t a f 环氧沥青混凝土钢桥面铺装施工工艺1 6 2 2 环氧沥青混凝土钢桥面铺装质量病害1 7 2 2 1 环氧沥青混凝土钢桥面铺装质量病害1 7 2 2 2 环氧沥青混凝土钢桥面铺装质量病害成因分析1 8 2 3 环氧沥青混凝土钢桥面铺装质量控制的特点和难点2 0 2 4 本章小结2 2 第三章环氧沥青混凝土钢桥面铺装过程控制指标选取研究2 4 3 1 环氧沥青混凝土钢桥面铺装现行质量控制方式和控制指标2 4 3 2 环氧沥青混凝土钢桥面铺装过程控制指标选取研究2 6 3 2 1a h p 层次分析法2 6 3 2 2a h p 法分析环氧沥青混凝土钢桥面铺装过程质量控制指标2 9 3 2 3 排列图确定铺装过程质量控制主要指标3 5 3 3 本章小结3 6 第四章环氧沥青混凝土钢桥面铺装过程质量控制方法研究3 8 4 1 质量控制理论和基本原则3 8 4 1 1 质量控制理论发展3 8 4 1 3 质量控制基本原则4 0 4 2 质量控制的统计方法4 1 4 2 1 常规控制图4 2 4 2 2 均值一极差控制图分析4 7 4 2 3 均值一标准差控制图分析4 7 4 2 4 单值一移动极差控制图分析4 8 4 2 5 中位数一极差控制图分析4 8 4 2 6 累计和控制图( c u s u m ) 、指数加权移动均值控制图( e 眦) 分析 4 2 7 小批量生产过程质量预控图分析 4 3 基于最优质量成本原理的小批量生产过程预控图研究： 4 3 1 质量控制的经济分析 4 3 2 对小批量生产过程预控图的改进 4 3 3 判断准则 4 4 小批量生产过程改进的预控图方法的适用性 4 5 环氧沥青混凝土钢桥面铺装过程质量控制方法 4 6 本章小结 第五章环氧沥青混凝土钢桥面铺装过程质量控制6 l 5 1 案例分析6 l 5 1 1 油石比控制6 2 5 1 2 关键筛孔通过率控制6 3 5 1 3 时间一温度性能控制6 4 5 1 4 马歇尔稳定度控制6 7 5 2 环氧沥青混凝土钢桥面铺装过程质量控制技术评价6 8 5 3 环氧沥青混凝土钢桥面铺装过程质量控制的保障条件6 8 5 4 本章小结6 9 第六章结论与展望7 1 6 1 主要研究结论7 1 6 2 主要创新点7 l 6 3 研究展望j 7 l 致谢7 3 参考文献7 4 在学期间发表的论著及取得的科研成果7 7 发表论文7 7 科研情况7 7 9 o 2 2 5 8 9 9 o 4 5 5 5 5 5 5 5 6 第一章绪论 1 1 研究背景及研究意义 1 1 1 研究背景 第一章绪论 近年来，我国高速公路建设发展迅猛，新建了一大批跨江、跨河、跨海特大 桥，如2 0 0 5 年建成的润扬长江大桥仅南汊桥钢箱梁主跨就长达1 4 9 0 m ，2 0 0 8 年建 成的杭州湾跨海大桥全长3 6 k m 。国内越来越多的大跨径桥梁采用正交异性板钢 箱梁桥面环氧沥青混凝土铺装。 欧美、日本早在二十世纪六、七十年代就在大跨径桥梁钢桥面上铺装环氧沥 青混凝土。我国在二十世纪九十年代开始引进、研究这项技术，近年来已先后在 十余座大桥上完成环氧沥青混凝土钢桥面铺装，获得成功，取得重大效益。环氧 沥青混凝土钢桥面铺装在我国应用发展迅速，同时也暴露出了不少病害问题，如 铺装层皮料、鼓包、裂缝、抗滑性不理想等。原因有两类：非质量控制因素和质 量控制因素。非质量控制因素，如恶劣的气温、车辆超载、设计不合理等，质量 控制因素主要指施工质量控制不当、不及时、不到位。传统质量检验方法对钢桥 面铺装进行质量控制时常不能及时察觉生产、施工环节质量的异常波动趋势，等 发现问题时常常己难以纠正，属于事后性控制，效果不太理想。 目前，环氧沥青混凝土所用环氧沥青多从国外进口，成本昂贵。混合料生产、 铺装环节出现质量问题，损失非常大，且修复困难。环氧沥青混凝土钢桥面铺装 需要一套更科学、有效的质量控制技术来评价、检验，控制其铺装过程质量。 1 1 2 研究意义 桥面铺装是桥梁行车系的重要组成部分，它的好坏直接影响到行车的安全 性、舒适性、桥梁耐久性及投资效益和社会效益。钢桥面铺装的安全性、耐久性、 行车舒适性等已成为评价桥梁工程质量的主要指标。 基于过程控制方法的环氧沥青混凝土钢桥面铺装质量控制应用研究尚不多 见，本研究适用于环氧沥青混凝土钢桥面铺装过程控制技术。过程控制技术可以 在施工过程中实施事中控制，检测生产过程质量波动情况，及时发现异常，查明 异常原因，及时控制，降低不合格品率，减少质量损失，对提高我国钢桥面铺装 施工质量、提高桥梁建设运营管理水平具有重要的现实意义和经济价值。 2 第一章绪论 本文研究提出的基于小批量生产过程的质量控制方法不仅适用于环氧沥青 混凝土钢桥面铺装工程，而且对其它小批量生产过程质量控制也有一定的参考借 鉴意义，如浇筑式沥青混凝土钢桥面铺装、市政道路沥青路面铺装、高等级公路 施工合同段铺装工程等。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 环氧沥青混凝土钢桥面铺装技术状况 大跨径钢桥面铺装结构是由正交异性钢桥面板防腐处理、防水粘结层以及薄 层沥青混凝土组成的复合体系。目前钢桥面铺装形成了“两类铺装结构体系、三 种铺装材料 的格局，即单层与双层铺装两类结构体系，浇筑式沥青混合料、改 性沥青s m a 混合料和环氧沥青混合料三种常用铺装材料。由于双层体系可以对不 同铺装层材料分别设计，较好的满足钢桥面铺装的双向性能( 高温与低温) 要求， 因而在大跨径j 下交异性钢桥面铺装中应用广泛，逐渐取代了单层铺装体系。 欧美、日本等发达国家钢桥面铺装应用时间较早，他们结合本地区气候条件、 交通荷载量和工程实践情况形成了各具特色的典型材料和结构方案。德国多采用 双层浇筑式沥青混凝土，法国常采用橡胶沥青混凝土，瑞典常采用下层改性沥青 浇筑式沥青混凝土、上层改性沥青s m a ，日本常采用下层浇筑式沥青混凝土、上 层改性沥青密级配沥青混凝土，而美国多采用双层环氧沥青混凝土。 钢桥面铺装除了要满足普通的基本要求外，还必须具有与正交异性钢桥面板 的结构特点及使用条件相适应的技术性能，具体表现在川： 足够的强度与适当的刚度 为有效抵抗车辆荷载的作用，铺装层应具备足够的强度，同时还应具备足够 的刚度，以分散荷载并防止钢桥面板产生过大的局部变形。 良好的变形追从性 在行车荷载与温度荷载的作用下，大跨径钢箱梁桥的主梁竖向位移较大，且 局部应力与变形复杂。为适应这种复杂的应力与变形状况，铺装层应具备较好的 变形追从性。 良好的抗疲劳性能 考虑到铺装的养护维修困难，设计上对铺装结构疲劳寿命的要求也较普通沥 青路面结构更高。 较高的高温稳定性与抗剪能力 在相同气候条件下，夏季钢桥面铺装的温度高于普通沥青路面，并且处于高 温的时间比后者长，因此对桥面铺装所用材料的高温稳定性和抗剪能力的要求比 第一章绪论3 一般沥青混凝土路面高得多。 良好的抗裂性能 在车辆荷载作用下，与荷载作用区域相邻的梯形加劲肋肋顶的桥面铺装表面 将出现最大横向拉应力，临近的横隔板顶部的铺装表面出现最大纵向拉应力，当 应力超过材料强度时易造成开裂，当钢板的温度收缩系数与铺装材料的收缩系数 相差较大时，也易造成铺装层的开裂，因此铺装层必须具有良好的抗裂性能。 与钢板粘结牢固 钢板与防水粘结层之间、防水粘结层与沥青铺装层之间都必须具有良好的粘 结力，使各层能够形成牢固的整体，以保证铺装层与钢桥面在荷载作用或温度变 化时能够共同作用。与钢板牢固的粘结也是保证铺装变形追从性的必备条件。 良好的防水性能 保护钢板不被腐蚀是钢桥面铺装的功能要求之一。因此作为铺装层主要结构 材料的沥青混凝土应具有良好的密水性和抗水损能力，而铺装结构则应具有完善 的防水、排水体系。 良好的抗汽油、柴油及用于除冰的化学物质等腐蚀能力 在冬季气温较低、多雨雪的地区，其桥面铺装还应具备较强的抗除冰化学物 质腐蚀的能力。 适当的厚度 为减轻桥梁的恒载，铺装层不宜过厚。而为了保证桥面结构具有足够的刚度、 铺装层的荷载分散能力与抗疲劳性能，铺装层的厚度又不宜过薄。在实际工程中， 铺装层厚度的确定还必须考虑到施工技术要求及摊铺与碾压效果。 良好的表面性能 铺装表面应具有良好的平整性和粗糙性，以减少车辆的冲击和提高铺装的抗 滑能力，提高行车安全性与舒适性。 这些特点决定了钢桥面铺装必须综合考虑多种因素。 环氧沥青是在沥青中添加环氧树脂、固化剂以及其他添加剂等多种材料掺配 而成的新型热固性改性沥青材料。环氧沥青、石质集料和矿粉按比例在一定温度 下经拌和、压实、固化而形成的混合材料叫环氧沥青混凝土。环氧沥青混凝土钢 桥面铺装主要包含钢桥面板防腐处理、防水粘结层施工以及环氧沥青混凝土铺装 层施工三个部分。 4 第一章绪论 环氧沥青混凝土具有优越的高、低温稳定性、高强度、抗疲劳性能、优良的 变形追从性、防水性，比普通的沥青混合料更能适应钢桥面铺装层要求，在大跨 径桥梁钢桥面铺装上得到了广泛应用。 1 9 6 7 年美国加州s a nm a t e oh a y w a r d 桥首次成功实施了钢桥面环氧沥青混 凝土铺装，随后这项技术在美国、荷兰、加拿大、澳大利亚等国家得到广泛应用， 如美国旧金山g o l d e ng a t e 桥、荷兰h a g e s t e i n 桥、加拿大蒙特利尔c h a m p l a i n 桥、澳大利亚w e s t g a t e 桥。2 0 世纪7 0 年代日本对环氧沥青混合料进行过广泛 研究，但直到2 0 世纪9 0 年代他们对环氧沥青的认识才进入到较为成熟的阶段幢1 。 目前，日本主要将环氧沥青应用于路面磨耗层及多孔性沥青混合料幢1 。美国和日 本编写了相应的环氧沥青桥面铺装规范，以美国环氧沥青混凝土铺装应用最为广 泛3 引。 我国对环氧沥青钢桥面铺装的研究较晚。1 9 9 4 年，同济大学吕伟民教授较 早的向国内介绍了环氧沥青混凝土的特性及其在国外的应用情况。2 0 0 1 年，东 南大学黄卫等人从材料、混合料性能、配合比设计、生产和摊铺等方面研究了环 氧沥青混凝土应用于钢桥面铺装的技术，并通过南京长江二桥首次进行了铺装实 践，取得成功。2 0 0 3 年以来，我国先后在十余座大桥钢桥面铺装环氧沥青混凝 土，多采用美国环氧沥青混凝土施工工艺，研究应用迅速嵋，引。 表1 1 国内采用环氧沥青混凝土铺装钢桥面的部分桥梁 t a b l e l 1p a n so fs t e e lb r i d g e sp a v e dw i t he p o x ya s p h a l tc o n c r e t ei nc h i n a 年份桥梁名称主跨( m )铺装形式桥型 2 0 0 3 舟山桃天门大桥 5 8 0 双层( 2 5 m m + 3 0 m m )斜拉桥 2 0 0 5 润扬长江大桥南汉桥 1 4 9 0 双层( 2 5 咖+ 3 0 m m )悬索桥 2 0 0 6 珠江黄埔大桥南汊桥 1 1 0 8 双层( 3 0 咖+ 3 0 m m )悬索桥 2 0 0 7武汉阳逻长江公路大桥1 2 8 0 双层( 3 0 m m + 3 0 m m )悬索桥 2 0 0 8 苏通长江公路人桥 1 0 8 8 双层( 2 5 m m + 3 0 m m )斜拉桥 2 0 0 8 杭州湾跨海人桥北航道桥 4 4 8 双层( 2 5 m m + 3 0 m m ) 斜拉桥 2 0 0 9重庆鱼嘴k 江人桥 6 1 6 双层( 2 5 唧+ 3 0 姗) 斜拉桥 2 0 0 9 贵州蜘! 陵河大桥 1 0 8 8 双层( 2 5 m m + 3 0 m m )悬索桥 目前，我国大型桥梁钢桥面铺装用的环氧沥青多从国外进口，国内应用较为 广泛的为美国c h e m c os y s t e m s 公司生产的环氧沥青材料和日本t a f 环氧沥青材 料，成本都很高。尤其是美国环氧沥青混合料施工过程对温度、时间要求苛刻， 第一章绪论 施工控制严格。2 0 0 8 年，长安大学张超、李继果研究环氧沥青及其混合料的时 温性后认为，美国环氧沥青混合料适宜的成型温度应在8 0 - - - 8 5 之间，最佳成 型时间段在4 0 - - 5 0m i n 之内，超出这个时间，混合料将变成劣料或者废料h 1 。铺 装后自然养护3 0 天以上才能开放交通。基于美国环氧沥青的缺点，广东省长大 公路工程有限公司采用日本环氧沥青对大跨径钢桥面铺装进行改进开发，该铺装 施工方法铺装条件相对宽松，铺装后养护时间大大缩短，在2 0 1 0 年取得了国家 专利。 为降低成本，提高我国钢桥面铺装整体技术水平，同济大学、东南大学等单 位也积极开展了国产环氧沥青开发与研究。为解决美国环氧沥青混凝土时温性要 求高，施工条件苛刻的不足，重庆智翔铺道技术工程有限公司提出了环氧沥青浇 注式混凝土材料的设想，并进行了研究。目前，国产环氧沥青整体仍处于研究阶 段，在大跨径钢桥面铺装上推广应用尚需一段时间。 目前环氧沥青混凝土钢桥面铺装尚存在许多质量问题，其病害分早期损坏和 使用期病害两种。早期损坏主要包括：皮料、鱼尾纹、泛油、鼓包、纵接缝渗水， 其中皮料、鱼尾纹、泛油、鼓包问题在铺装过程开始形成，不规则裂缝和纵接缝 渗水问题一般在铺装完成后暴露。使用期病害主要有不规则裂缝、脱层、外伤等。 1 2 2 钢桥面铺装质量控制方法简介 由于设计、施工难度大、运营条件复杂，正交异性板钢桥面铺装至今仍是尚 未完全攻克的世界性难题。 不同材料、不同结构的钢桥面铺装施工工艺和质量控制要求也不相同。钢桥 面铺装质量控制是对原材料、生产准备、混合料生产过程、运输、摊铺、压实、 养护全过程的质量控制。发达国家制定了全面钢桥面铺装技术规范用以指导和保 证铺装质量。如德国的钢桥面沥青铺装技术规范由钢桥面铺装补充技术合同条件 及施工准则( z t v b e l s t ) 、钢桥面铺装防水层建筑材料供货技术条件 ( t l b e l s t ) 及钢桥面铺装防水层及防水体系试验规程( t p - b e l - s t ) 组成。日 本制定了日本本州四国联络桥桥面铺装基准，t a f 环氧沥青公司编制了详细的 t a f 环氧沥青施工指导书。 我国在2 0 0 6 年发布了由重庆交通科研设计研究院编制的公路钢箱梁桥面 铺装设计与施工技术指南恤1 ，其中规定了我国钢桥面铺装材料基本要求和铺装 施工工艺的一般性要求，制定了钢桥面铺装施工质量管理及验收标准。大桥钢桥 面铺装主要是设计单位、相关大专院校和一些机构各自研究，具有环氧沥青混凝 土钢桥面铺装施工能力的仅有山东路桥集团有限公司、广东长大公路工程有限公 司、重庆智翔铺道技术工程有限公司、天津五市政公路工程有限公司等少数几家 6第一章绪论 施工单位。铺装施工中多采用传统质量检验方法馆1 ，铺装质量不够稳定，尚有较 大的提高空间。对铺装质量问题，目前的解决办法主要是彦补，属于事后质量控 制方式，控制效果不理想。 按照对质量保证方式的不同划分，质量管理经过了三个发展阶段：传统质量 检验阶段、统计质量控制阶段和全面质量管理阶段。动态控制方法是在质量管理 的第二阶段提出的。1 9 2 4 年后，美国贝尔实验室的休哈特博士、罗米格博士和 道吉博士先后提出了控制图和过程控制理论以及统计抽样理论。这些先进的科学 方法在二战中因军方对军工产品的高质量要求得以在美国率先推行，战后在日本 民用生产企业大力实施，加之全面质量管理的推行，取得非凡成效。 休哈特常规控制图依据数理统计有关理论，认为计量值数据服从正态分布 n ( | l ，o2 ) ，当生产过程仅有随机因素，没有系统因素( 异常因素) 时，过程数 据落在区间 u 一3o ，u + 3o 的概率为9 9 7 3 ，落在该区间以外的概率只有 0 2 7 ，落在该区间以外是小概率事件。如果有小概率事件发生则表明生产过程 存在异常因素，需要分析原因，进行控制，消除异常偏差。常规控制图有均值 极差x r 图、均值标准差x s 图、单值移动极差x r s 图等几种。其应用分为 两个步骤：先做分析用控制图，收集反映过程特性的关键指标数据，合理分组， 用不少于2 5 组的数据对过程进行统计稳态和技术稳态判断，发现异常数据后反 馈过程寻找到原因采取相应纠偏措施，剔除异常数据，当数据没有异常、过程能 力指数满足要求时，再利用先前的不少于2 0 组的数据计算出控制中心线、上、 下界限，做控制用控制图，对后续生产过程进行控制。 常规控制图对数据量要求较多，而有些过程短暂、数据量小的生产可能在控 制界限还未建立前就结束了，还有些过程要求对微小偏移十分敏感，常规控制图 不能很好的解决。小批量生产过程质量控制多采用预控图方法，微小偏移过程控 制一般采用累计和控制图( c u s u m ) 或者指数加权移动均值控制图( e i e v i a ) 。 一元常规控制图理论和技术已比较成熟n0 1 ，i s 0 9 0 0 0 国际标准质量管理体 系采用的是休哈特常规控制图。我国公路沥青路面施工技术规范( j t g f 4 0 2 0 0 4 ) 提倡高速公路、一级公路施工过程中施工单位采用的施工质量动态管 理方法实质就是常规控制图中的均值极差图( x r ) 技术。国内一些单位在高速 公路路基压实度、沥青路面施工过程中的热料筛分、抽提试验关键筛孔通过率、 油石比方面进行了研究1 。2 0 0 6 年，佛山市南海区公路局冯妥仪介绍了沥青路 面质量动态控制技术，并将平均值一极差控制图技术应用于1 0 5 国道顺德段中修 改造整治下面层施工管理，应用效果良好。 统计过程控制技术在我国公路工程实际应用并不多，一些实际问题也没有 很好解决如引，如取样数据不满足预备数据要求时候如何建立控制图的控制界 第一章绪论7 限；如何根据不同情况选用适合的高等级公路沥青混凝土路面铺装的动态控制技 术等。而在环氧沥青混凝土钢桥面铺装中进行统计过程控制技术应用研究的更不 多见。 1 3 本文主要研究内容和技术路线 1 3 1 研究内容 本论文主要研究内容包括： 环氧沥青混凝土钢桥面铺装的特点 国内环氧沥青混凝土钢桥面铺装主要采用引进的美国施工工艺，其次是日本 施工工艺，分析这两种铺装施工工艺，介绍环氧沥青混凝土钢桥面铺装的特点。 目前环氧沥青混凝土钢桥面铺装存在的主要质量病害及成因 环氧沥青混凝土病害分早期损坏和使用期病害两种，早期损失的主要原因施 工质量控制问题，研究常见的五种早期损害：皮料、鱼尾状裂纹、泛油、纵接缝 渗水、鼓包和不规则裂缝，分析它们的施工成因。 环氧沥青混凝土钢桥面铺装过程质量控制指标选取研究 从控制早期损害的角度出发，利用a h p 层次分析法评价指标权重，利用排列 图法排序分类，确定过程质量控制主次指标。 环氧沥青混凝土钢桥面铺装过程质量控制方法研究 研究质量控制的统计方法，对比分析常规控制图、小批量生产预控图、累计 和控制图、加权移动均值控制图几种方法的应用要求和优缺点，研究分层法、因 果，针对环氧沥青混凝土钢桥面铺装过程不同指标提出相应的过程质量控制方 法。 环氧沥青混凝土钢桥面铺装过程质量控制案例分析。 8第一章绪论 1 3 2 技术路线 研究背景 ll 目前环氧沥青混凝土早期损坏及成因 l 环氧沥青混凝土钢桥面铺装施工工艺 上 层次分析法h 环氧沥青混凝土钢桥面铺装过程质量控制指标选取研究叫排列图法 1 l 质量控制统计方法 l 一 环氧沥青混凝土钢桥面铺装过程质鼍控制技术 土 案例分析 上 结论 图1 1 本论文技术路线 f i g 1 1t h et e c h n i c a lr o u t eo ft h et h e s i s 第二章环氧沥青混凝土钢桥面铺装特点及质量病害分析9 第二章环氧沥青混凝土钢桥面铺装特点及质量病害分析 2 1 环氧沥青混凝土钢桥面铺装施工工艺 环氧沥青是在沥青中添加环氧树脂、固化剂以及其他添加剂等多种材料掺 配而成的新型热固性改性沥青材料。环氧沥青、石质集料和矿粉按比例在一定温 度下经拌和、压实、固化而形成的混合材料叫环氧沥青混凝土。环氧沥青混凝土 钢桥面典型铺装结构见图2 1 。 铺装上层：3 0 r a m 环氧沥青混凝土 粘结层：环氧沥青 铺装下层：2 5 3 0 m m 环氧沥青混凝土 防水粘结层：环氧沥青 防腐层 钢桥面板：喷砂除锈 第二章环氧沥青混凝士钢桥面铺装特点及质量病害分析 2 1 1 美国环氧沥青混凝土钢桥面铺装施工工艺 美国环氧沥青是由a 组分与b 组分在一定的条件下按规定的比例混合产生 的，其中组分a 是由双酚a 和表氯醇( e p i c h l o r o h y d r i n ) 经反应得到的液态双环氧 树脂( d i e p o x yr e s i n ) ，组分b 是一种由石油沥青、固化合剂及介质组成的匀质合 成物“3 1 。 根据其性能和用途，环氧沥青可以分为两类：一类是用于生产环氧沥青混合 料的结合料，另一类是钢桥面铺装粘结层和防水粘结层所用的粘结料。两者的a 组分相同，而b 组分则不同，铺装结合料b 组分一般采用b “v 型) ，粘结料的 b 组分一般采用b i f ( i f 型) 或b i d ( i d 型) 。 环氧沥青混凝土用集料一般分为六档，外加石灰石矿粉，具体粒径范围见表 2 1 所示。 表2 1 环氧沥青混凝土用集料规格 t a b l e 2 1e p o x ya s p h a l tc o n c 他t ea g g r e g a t e 粗集料( n u n )细集料( m m ) 矿粉 l 撑 猫 3 撑错5 撑酣 1 2 5 - - 9 59 。5 - - 一4 1 s4 7 5 2 3 62 3 6 o 60 6 - 一0 0 7 50 - - 一0 0 7 5 石灰石矿粉 集料要求玄武岩集料，应洁净、干燥、无风化、- 无杂质，其中粗集料抗压强 度1 2 0 m p a 颗粒形状接近立方体，表面粗糙。 环氧沥青混合料配合比设计与检验按目标配合比设计、生产配合比设计和 生产配合比验证三阶段进行环氧沥青混合料的配合比设计。在环氧沥青混凝土钢 桥面铺装正式实施前必须进行试验段铺筑，以便检验和完善施工技术细则、施工 组织设计，检验和调试施工机械和设备，确定施工中需要的各种参数，如混合料 马歇尔稳定度、流值、空隙率、压实度、摊铺机行走速度、压路机碾压次数、速 度等，通过试铺让全体人员明确各自职责，熟练掌握份内业务。试验段铺筑后， 经检测各项技术指标均符合规定后，提出试验路段铺筑总结报告，由监理工程师 审核，经业主批准后，才可以正式开工。 环氧沥青混合料的矿料级配应符合表2 2 的技术要求，并尽可能接近中值。 油石比一般在6 2 6 8 之间。环氧沥青混合料试件成型后，未固化试件的马歇 尔稳定度必须大于5 k n ，完全固化后必须满足表2 3 的技术要求。试件完全固化 的条件为1 2 1 ，4 h 。 第二章环氧沥青混凝十钢桥面铺装特点及质量病害分析 1 l 表2 2 环氧沥青混合料矿料级配范围 t a b l e 2 2g r a n d a t i o nr a n g eo fe p o x y 雒f ：! tm i x t u r e 通过下列筛孔( 方孔筛，n u n ) 的质量百分率( ) 级配范围 1 3 2 9 5 4 7 5 2 3 6 0 60 0 7 5 级配上限 1 0 01 0 08 57 04 01 4 级配卜限 9 56 55 02 87 表2 3 环氧沥青混合料的技术要求 t a b l e 2 3t e c h n i c a lr e q u i r e m e n t so fe p o x ya s p h a l tm i x t u r e 技术指标技术要求试验方法 空隙率， 3 0t 0 7 0 5 2 0 0 0 马歇尔稳定度，k n 4 5t 0 7 0 9 - 2 0 0 0 流值，0 1 m m 2 0 5 0t 0 7 0 9 2 0 0 0 残留稳定度， 8 5t 0 7 0 9 2 0 0 0 弯曲应变( - 1 0 * c ，5 0 m m m i n ) ，l a 3 0 0 0t 0 7 2 8 2 0 0 0 美国环氧沥青混凝土钢桥面铺装正式实施工艺流程如图2 2 所示引 图2 2 美国环氧沥青混凝土钢桥面铺装施工工艺 f i g 2 2a m e r i c a ne p o x ya s p h a l tc o n c r e t es t e e lb r i d g ep a v e m e n tc o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g y 钢桥面喷砂除锈 防腐施工 1 2第二章环氧沥青混凝十钢桥面铺装特点及质量病害分析 喷洒( 防水) 粘结层 喷洒前检查所喷洒区域，并用带空气滤清器的空压机将其表面可能存在的浮 粒吹出桥面范围，确保桥面板干燥、清洁，并确认当天气温高于1 0 ，