CN112358245A - 一种基于泡沫地聚合物的道路深层病害非开挖修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于泡沫地聚合物的道路深层病害非开挖修复方法，包含一种道路深层病害非开挖修复施工工艺和相应的泡沫地聚合物修复材料。本发明提供的道路深层病害非开挖修复施工工艺包括一种大小孔间隔注浆方法，大孔采用自下而上压密劈裂注浆修复主要病害，小孔采用自上而下渗透修复细小病害，可以有效避免单一注浆时过量注浆造成浪费而一些小的裂缝和空穴没有得到有效填充的状况。本发明还提供一种道路注浆加固用泡沫地聚合物注浆材料，该注浆材料分为A、B组份，固化后具有密度低、强度高、耐久性好、无收缩的特点，其密度可达600~700kg/m³，7天抗压强度可达10~12MPa。
Description
技术领域
本发明涉及道路养护技术领域，具体涉及一种基于泡沫地聚合物的道路深层病害非开挖修复方法。
背景技术
目前我国已建成和计划修建的高等级公路中绝大多数为半刚性基层沥青路面，这种路面结构易发生裂缝、松散、唧浆、脱空、沉陷路基强度不足、路基滑移等深层病害。传统的处治措施即开挖处治存在诸多弊端：成本高、浪费严重、影响交通、污染环境等等。深层病害非开挖处治技术则是采取主动措施，在路面钻孔，注入修复材料对深层病害进行修复。这种方式对高速公路的破坏极小、施工工期短、费用低、对高速公路通行影响小并且环保，能够有效延长高速公路服役寿命，节省大量养护费用。
将注浆技术用于道路深层病害处治还存在一些问题。一方面是目前的注浆工艺简单粗狂，达不到理想的修护效果；另一方面注浆材料不够理想。
水泥价格便宜，来源广泛，是目前使用最多的注浆材料。但是使用水泥注浆面临诸多问题，水泥易收缩，耐久性差。高聚物材料修护效果好，但是价格昂贵。 地聚物胶凝材料是一种独特的类胶凝材料，具有快硬早强、体积稳定性好、材料界面结合力强、抗渗性好、耐久性好等，是替代水泥的一种理想材料，但是价格也较高。采用泡沫结构的地聚合物注浆，由于泡沫结构质轻密度小，同体积需求物料更少，可以有效降低成本。其次，泡沫结构注浆还具有独特优势：泡沫结构相对密实体具有更好的减震性能，其弹性模量更小，为柔性结构，在填充路基空隙时可以减少应力集中，减小填充物与周边结构发生二次开裂的可能性。
目前，地聚合物发泡常用铝粉作为发泡剂，铝粉和碱液反应速度比较快，生成气体速度较快，容易溢出，导致泡沫坍塌。发明人发现当铝粉表面被氧化形成氧化铝会延缓铝粉和碱液的反应，且氧化铝本身可以作为地聚合物的铝源材料。发明者发现工业铝渣中包含铝和氧化铝，是地聚合物泡沫一种理想的发泡材料。
现有的注浆方式一个难题在于地下情况复杂，难以把控注浆量。为了保证注填充修效果，一般采用过量注浆的方式，过量注浆过程中，浆液在地下劈裂扩张时易行成通往其他出口的快捷通道，导致浆液从边坡或者周边孔等快捷通道流出而造成浪费，而一些小的裂缝和空穴并没有得到有效填充。其次过量注浆方式还容易引起路面抬高和局部拱起。现有的粗犷注浆工艺无法达到理想的修复效果，所以，现在亟需一种精细的注浆工艺，能有效填充修复路面深层病害。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种基于泡沫地聚合物的道路深层病害非开挖修复方法，以解决上述技术背景中的缺陷。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种泡沫地聚合物浆液，为双组份聚合物浆料，其包括A组份以及B组份，其中：
A组份包括以下质量份的原料：
粉煤灰 40~60份
偏高岭土 10~30份
矿渣粉为 30~40份
微硅粉 10~15份
铝渣 5~15份
水 30~50份
减水剂 0.5~1.5份
聚丙烯酰胺 0.05~0.1份
物理发泡剂 0.2~1份
稳泡剂 0.2~2份
缓凝剂 0.5~1份
B组份包括以下质量份的原料：
工业硅酸钠水玻璃 80~100份
氢氧化钾 15~25份
聚烯烃醇 5~10份
甲基硅酸钠 5~10份
其中，B组份在使用时，向工业硅酸钠水玻璃中缓慢添加氢氧化钾，调整其模数为1.2~1.5，固含量为40~50%即可。
作为进一步限定，所述减水剂为复合减水剂，包括第一组份以及第二组份，所述第一组份为分子量在2000~3000之间的丙烯酸或马来酸的均聚物或者共聚物或丙烯酸或马来酸的聚合物的钠盐中的一种或几种的组合；所述第二组份为聚羧酸系减水剂、萘系、三聚氰胺系减水剂其中一种或几种的组合。
作为进一步限定，所述物理发泡剂为烷基醚硫酸铵、烷基多聚糖苷、辛基酚乙氧基化物、聚乙二醇山梨醇单月桂酸酯、溴化十六烷基三甲基铵、十四烷基三甲基溴化铵中的一种或多种。
作为进一步限定，所述稳泡剂为硬脂酸盐，所述硬脂酸盐为硬脂酸钙、硬脂酸铵、十二醇硫酸铵中一种或多种。
作为进一步限定，所述缓凝剂是硼酸或者硼酸盐。
作为进一步限定，所述铝渣为熔炼铝渣或电解铝渣，粒径不大于50μm，且所述铝渣中铝含量为30~40wt%，氧化铝含量为40~50 wt %
作为进一步限定，所述聚烯烃醇为分子量在400~800之间聚乙二醇或者就丙二醇。
作为进一步限定，所述泡沫地聚合物浆液在使用时将A组份与B组份通过独立且流量大小可以连续调节的注浆系统进行输送，在注浆前进行混合，且在A组份与B组份混合后、注浆前通过一个加气混搅装置进行加气混搅来混匀A、B组份并引入气泡。
一种基于泡沫地聚合物的道路深层病害非开挖修复方法，以上述泡沫地聚合物浆液作为原料进行修复处理，其具体包括以下操作步骤：
S1分别制备泡沫地聚合物浆液A、B组分；
S2钻孔：以梅花桩顺序布孔，大小孔间隔排布，大孔直径为40~50mm，小孔直径为15~20mm，大孔和小孔之间的间距为1~2m。大孔钻孔深度穿过脱空区域或者处理区域以下10cm，小孔钻孔深度穿过沥青面层10cm；
S3大孔注浆：注浆时先注稀浆再注浓浆，即将A、B以1:0.25的比例混合注入大孔中，注浆压力为0.5MPa到1MPa，当连续5min吸浆量＜30L/min，调整B组分掺入的体积为A组分体积的15％，并继续注入注浆孔。当连续5min吸浆量＜5L/min，或者观察到浆液冒出5min后，停止注浆；
步骤4：稀浆小孔注浆：将A、B以1:0.25的比例混合注入小孔中，注浆压力为0.2MPa到0.6MPa，当连续5min吸浆量＜3L/min，或者观察到浆液冒出5min后，停止注浆；
步骤5：检查；
步骤6：封孔清理。
本发明具有以下技术效果及优势：
（1）生态环保。本发明大量采用粉煤灰、矿渣、铝渣等工业废弃物，既能节省成本，又能减少工业废弃物的堆积，减小环境负担。
（2）创新地采用工业铝渣作为发泡剂，克服了用铝粉作为发泡剂，发泡速度过快，气体容易逸出的问题将。物理发泡和化学发泡相结合，化学发泡为主，物理发泡为辅。直接将物理发泡剂加入组合物浆液中，通过特制的混搅器加气并高速搅拌制备含泡体系，不需要预先制备泡沫，便于现场注浆施工。同时加入物理发泡剂可以使泡沫更均匀，进一步防止反应生成的气体逸出。
（3）采用双液注浆，浆液组份A、B分开贮存可以保持稳定达5~6h，注浆时混合，施工操作时间充裕，更为方便，可用于快凝早强浆液施工，浆液快凝便于快速开放交通。
（4）本发明采用大小孔间隔上下注浆，大孔采用自下而上压密劈裂注浆，小孔采用自上而下渗透劈裂注浆方法。大孔注浆修复大部分深层病害，小孔补注修复一些未填充的小裂缝，并且有效避免路面拱起。大小孔上下不同方式注浆，可以避免浆液从快捷通道流出而没有充分填充一些小裂缝和空穴的情况，对路面深层病害进行更全面的修护。
附图说明
图1为本发明的钻孔示意图。
图2为本发明的大孔注浆示意图。
图3为本发明的小孔注浆示意图。
其中：1、沥青面层；2、基层；3、垫层；4、路基。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
实施例公开了一种基于泡沫地聚合物注浆材料的道路深层病害非开挖修复技术，包含一种具有一定承载能力的低密度的泡沫地聚合物注浆材料和其用于道路深层病害处治的施工工艺。
实施案例1泡沫地聚合物材料制备
一种用于道路深层病害处治的泡沫地聚合物材料，其组分如表1所示
表1 室内泡沫地聚合物材料制备组分表
其中，A、B组分分开配制，然后加气高速搅拌，得到浆液。固化后，干密度为663kg/m³，7d抗压强度为10.9Mpa。
实施案例2为泡沫地聚合物非开挖注浆修复案例
参照图1~图3的转孔及注浆结构示意图，其具体施工步骤如下：
1、道路检测
用路面弯沉仪评价路面性能，对PSSI未达标区域钻芯勘探，分析PSSI未达标原因，并以该区域为中心，划定出探地雷达重点检测区域，分别横纵向进行路面层间的检测，并在修补区域等路面破损严重区域进行加密检测，得到造成路面承载能力下降的位置，从而确定出需要注浆的区域确定注浆修复区域钻孔注浆的深度。
2、制备泡沫地聚合物A、B组分
按照如表2所示比例配制A、B双组份浆液
表2 现场配制A、B双浆液组分比例表
A组分需要现场加水配制成浆液，B组分可体前配制好，配制好的B组分提稳定贮存30~60天。
3、钻孔
钻孔时按照图1所示状态进行钻孔，根据检测数据和路面病害情况确定钻孔位置，以梅花桩顺序布孔，大小孔间隔排布，大孔直径为50mm，小孔直径为16mm，大孔和小孔之间的间距为1m。
大孔钻孔深度依次穿过沥青面层1、基层2、垫层3直到路基4中，穿过脱空区域或者处理区域以下10cm，小孔钻孔则穿过沥青面层1直到基层2中，深度穿过沥青面层1之下10cm。
4、大孔注浆
进行大孔注浆时，安装图2所示的大孔注浆示意图的状态进行注浆，先将A、B以1:0.25的比例混合注入大孔中，最大注浆压力为0.8MPa，当连续5min吸浆量＜30L/min，调整B组分掺入的体积为A组分体积的15％，并继续注入注浆孔。在观察到浆液从周围冒出后，仔细观察压力数据变化，如果压力变化幅度较小，继续注浆5min后停止注浆，移至下一注浆孔注浆。
在观察不到浆液冒出的情况下，当连续5min吸浆量＜5L/min停止注浆。如果出现路面异常抬动或者超压，应立即暂停注浆，3min后继续注浆，如异常消失，则继续注浆，如仍旧出现路面异常抬动或者超压，则停止注浆，移至下一注浆孔注浆。
5、小孔注浆
进行小孔注浆时，安装图3所示的小孔注浆示意图的状态进行注浆，先将A、B以1:0.25的比例混合注入小孔中，注浆压力为0.2MPa，在观察到浆液从周围冒出后，仔细观察压力数据变化，如果压力变化幅度较小，继续注浆5min后停止注浆，移至下一注浆孔注浆。在观察不到浆液冒出的情况下，当连续5min吸浆量＜3L/min停止注浆。
如果出现路面异常抬动或者超压，应立即暂停注浆，3min后继续注浆，如异常消失，则继续注浆，如仍旧出现路面异常抬动或者超压，则停止注浆，移至下一注浆孔注浆。
具体的注浆流程可以参考上海市地方标准《公路路基与基层地聚合物注浆加固技术规程》，注浆过程中用灌浆变形抬动监测仪密切监测路面抬动情况。
6、注浆后检测和补注
注浆完成后，养护3小时后重新对道路进行弯沉和探地雷达的无损检测，对于不合格的路段重新钻孔、注浆。
7、清理、养护，养护时间不得少于材料终凝时间，养护完成后即可得到修复后的道路，并开放交通。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种泡沫地聚合物浆液，其特征在于，该浆料为双组份聚合物浆料，包括A组份以及B组份：
A组份包括以下质量份的原料：
粉煤灰 40~60份
偏高岭土 10~30份
矿渣粉为 30~40份
微硅粉 10~15份
铝渣 5~15份
水 30~50份
减水剂 0.5~1.5份
聚丙烯酰胺 0.05~0.1份
物理发泡剂 0.2~1份
稳泡剂 0.2~2份
缓凝剂 0.5~1份
B组份包括以下质量份的原料：
工业硅酸钠水玻璃 80~100份
氢氧化钾 15~25份
聚烯烃醇 5~10份
甲基硅酸钠 5~10份
B组份在使用时，向工业硅酸钠水玻璃中缓慢添加氢氧化钾，调整其模数为1.2~1.5，固含量为40~50%即可。
2.根据权利要求1所述的泡沫地聚合物浆液，其特征在于，所述减水剂为复合减水剂，包括第一组份以及第二组份，所述第一组份为分子量在2000~3000之间的丙烯酸或马来酸的均聚物或者共聚物或丙烯酸或马来酸的聚合物的钠盐中的一种或几种的组合；所述第二组份为聚羧酸系减水剂、萘系、三聚氰胺系减水剂其中一种或几种的组合。
3.根据权利要求1所述的泡沫地聚合物浆液，其特征在于，所述物理发泡剂为烷基醚硫酸铵、烷基多聚糖苷、辛基酚乙氧基化物、聚乙二醇山梨醇单月桂酸酯、溴化十六烷基三甲基铵、十四烷基三甲基溴化铵中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的泡沫地聚合物浆液，其特征在于，所述稳泡剂为硬脂酸盐。
5.根据权利要求4所述的泡沫地聚合物浆液，其特征在于，所述硬脂酸盐为硬脂酸钙、硬脂酸铵、十二醇硫酸铵中一种或多种。
6.根据权利要求1所述的泡沫地聚合物浆液，其特征在于，所述缓凝剂是硼酸或者硼酸盐。
7.根据权利要求1所述的泡沫地聚合物浆液，其特征在于，所述铝渣为熔炼铝渣或电解铝渣，粒径不大于50μm，且所述铝渣中铝含量为30~40wt%，氧化铝含量为40~50 wt %。
8.根据权利要求1所述的泡沫地聚合物浆液，其特征在于，所述聚烯烃醇为分子量在400~800之间聚乙二醇或者就丙二醇。
9.根据权利要求1所述的泡沫地聚合物浆液，其特征在于，所述泡沫地聚合物浆液在使用时将A组份与B组份通过独立且流量大小可以连续调节的注浆系统进行输送，在注浆前进行混合，且在A组份与B组份混合后、注浆前通过一个加气混搅装置进行加气混搅来混匀A、B组份并引入气泡。
10.一种基于泡沫地聚合物的道路深层病害非开挖修复方法，其特征在于，以权利要求1中所述的泡沫地聚合物浆液组份的原料进行道路深层病害修复处理，具体包括下操作步骤：
S1分别制备泡沫地聚合物浆液A、B组分；
S2钻孔：以梅花桩顺序布孔，大小孔间隔排布，大孔直径为40~50mm，小孔直径为15~20mm，大孔和小孔之间的间距为1~2m。大孔钻孔深度穿过脱空区域或者处理区域以下10cm，小孔钻孔深度穿过沥青面层10cm；
S3大孔注浆：注浆时先注稀浆再注浓浆，即将A、B以1:0.25的比例混合注入大孔中，注浆压力为0.5MPa到1MPa，当连续5min吸浆量＜30L/min，调整B组分掺入的体积为A组分体积的15％，并继续注入注浆孔。当连续5min吸浆量＜5L/min，或者观察到浆液冒出5min后，停止注浆；
步骤4：稀浆小孔注浆：将A、B以1:0.25的比例混合注入小孔中，注浆压力为0.2MPa到0.6MPa，当连续5min吸浆量＜3L/min，或者观察到浆液冒出5min后，停止注浆；
步骤5：检查；
步骤6：封孔清理。
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