CN114988806B - 一种复合改性注浆材料及用其修复路面唧浆病害的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合改性注浆材料及用其修复路面唧浆病害的方法，其中，该复合改性注浆材料包括硅酸盐水泥熟料、粉煤灰、石膏粉、增塑剂、改性剂和分散剂；该复合改性注浆材料具有快凝早强的优点，养生时间短，注浆后可快速固化，微膨胀，无需太长初凝时间其强度即可满足工程要求，可实现路面唧浆病害的快速修复，减少后期道路损坏，延长道路使用寿命，降低维修费用，取得了良好的社会经济价值。

Description

一种复合改性注浆材料及用其修复路面唧浆病害的方法

技术领域

本发明属于道路修补材料技术领域，具体涉及一种复合改性注浆材料及用其修复路面唧浆病害的方法。

背景技术

唧浆是地表水通过沥青碎石面层渗入基层，使基层软化、膨胀，在雨水侵蚀和车辆荷载的连续作用下，基层中细小颗粒从面层空隙喷射出来的现象。唧浆是我国半刚性基层沥青路面中最常见的病害之一，如不能及时有效处治，时间一长病害加重而衍变为坑槽、沉陷等严重病害，减少路面使用寿命。

目前，唧浆病害的修复工艺有浅层挖补、深层挖补、局部铣刨开挖三种。浅层挖补仅是对路表进行应急处理，并未对病害的根源做出有效治理，因而使用寿命很短，通常经两次大雨后，新的唧浆病害重新出现在挖补或相邻处。深层挖补存在开挖面积大，需要长时间封闭交通，用时产生大量固体废弃物，而且工程量大，费用高，对基层的结构病害均未修复，唧浆病害难以得到彻底处治，会造成多次修复，多次重复投资。局部铣刨开挖虽比浅层挖补好些，但也未能对病害的根源做出有效治理，其寿命也不长。目前来看，这三种方式均存在不足。

在进行唧浆病害修复时，往往会用到注浆材料，市场上已有的注浆材料品种较多，可分为有机、无机、双组份、单组份等不同品种，但在水较多的情况下，它们的注浆效果都不能保证，目前很难找到一种高流动性、抗裂性优、固疆土力强的注浆材料。

基于现状，研发一种性能优良的注浆材料，能用其对路面唧浆病害进行快速微创修复，快速恢复路面使用功能，是目前行业中较为紧迫的技术课题。

发明内容

为实现上述目的，本发明意在提供一种复合改性注浆材料以及用其修复路面唧浆病害的方法，可实现路面唧浆病害的快速修复，减少后期道路损坏，延长道路使用寿命，降低维修费用，能取得良好的社会经济价值。

首先，本发明提供一种复合改性注浆材料，其包括A组份和B组份，A组份和B组份的重量配比为1:0.1～0.2；其中，按重量份数计，A组份包括85份的硅酸盐水泥熟料和15份的粉煤灰，B组份包括90份的石膏粉、15份的增塑剂、30份的改性剂和2份的分散剂。

作为优选，上述硅酸盐水泥熟料可选用普通硅酸盐水泥熟料、矿渣硅酸盐水泥熟料、火山灰质硅酸盐水泥熟料、粉煤灰硅酸盐水泥熟料和复合硅酸盐水泥熟料中的一种或多种。其中，普通硅酸盐水泥熟料就是指日常生活中常见的那种用石灰石和粘土为主要原料经粉碎、配料、磨细等工艺制成生料后在水泥窑中煅烧制成的水泥熟料，而上述其他硅酸盐水泥熟料都是以此普通硅酸盐水泥熟料添加相应成分制成的，例如，粉煤灰硅酸盐水泥熟料就是以普通硅酸盐水泥熟料为基础加入一定量的粉煤灰制成。

作为优选，上述粉煤灰可选用电厂烯煤锅炉产出的粉煤灰，其主要成份为SiO₂·Al₂O₃·Fe₂O₃。

作为优选，上述石膏粉可选用二水石膏(CaSO₄·2H₂O)。

作为优选，上述增塑剂可选用邻苯二甲酸脂、对苯二甲酸脂和巳二酸二辛酯中的一种或多种。

作为优选，上述改性剂可选用羧基丁苯胶乳和丙苯乳胶的组合。

作为进一步的优选，上述羧基丁苯胶乳和丙苯乳胶的重量配比为6:4。

作为优选，上述分散剂可选用硅酸盐类、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和焦磷酸中的一种或多种；

作为进一步的优选，上述硅酸盐类例如可选用硅酸钠(俗称泡花碱)、偏硅酸钠、5水硅酸钠等。

进一步地，本发明继而提供一种使用上述复合改性注浆材料修复路面唧浆病害的方法，该方法包括：步骤1、检测并标记出路面的唧浆病害区域；步骤2、针对唧浆病害区域布设至少一个注浆孔，注浆孔的总注浆液范围能覆盖唧浆病害区域；步骤3、使用复合改性注浆材料调配注浆料；步骤4、使用调配的注浆料向布设的注浆孔中注浆，并进行注浆料的初凝；步骤5、进行路面修复施工。

作为优选，上述步骤1中，将未发生唧浆病害的路面的弯沉值作为参照值，使用手持弯沉仪检测发生唧浆病害的路面的弯沉值，将弯沉值下降到一定范围的路面区域标记为唧浆病害区域。

可以理解的是，上述一定范围在本行业中有着公知的标准，施工人员可以根据施工经验并结合具体施工标准来灵活制定。

作为优选，上述步骤2中，当检测出来的唧浆病害区域为片状区域时，以片状区域中的唧浆点为中心，以梅花状向外扩散布设注浆孔，使得注浆孔的总注浆液范围能覆盖整个唧浆病害区域即可；当检测出来的唧浆病害区域为裂缝状长条区域时，以裂缝状长条区域为中心线，以之字形布设注浆孔，使得注浆孔的总注浆液范围能覆盖整个唧浆病害区域即可。

基于施工经验，相邻注浆孔之间的中心间距最好不要超过单个注浆孔的注浆液范围的半径，这样容易实现对唧浆病害区域的全覆盖。

作为优选，上述步骤3中，使用复合改性注浆材料调配注浆料时，可向复合改性注浆材料中直接加入水并混合搅匀即可，其中，复合改性注浆材料和水的重量配比为1:0.3。

作为优选，上述步骤4中，注浆前，可先在注浆孔内埋设注浆管，然后通过注浆管向注浆孔中注入调配好的注浆料。

可以理解的是，上述注浆管的埋设基于现有施工工艺实施即可实现。

作为优选，上述步骤4中，注浆操作时，施工人员可时刻观察注浆孔周边路面的高低变化情况，当唧浆病害区域的路面在注浆液的作用下抬高到接近无病害路面的高度时，可停止注浆。

作为进一步的优选，施工人员可使用手持弯沉仪对注浆后的路面进行弯沉检测，若弯沉值达到无病害路面弯沉值的1.2倍以内，视为弯沉值达标，则可随时停止注浆；若仍超过1.2倍，则继续注浆，直至达标。

当弯沉值达到无病害路面弯沉值的1.2倍以内后，施工人员能够基于现有施工经验随时掌控停止注浆的时机，例如，在规定压力下，当单孔注浆流量小于1L/min，若压力不下降或下降不超过10％，即可停止注浆；再例如，当相邻注浆孔发生串浆时，则封堵相邻注浆孔，封堵后继续注浆，当注浆压力持续超出规定上限或设计上限时即可停止注浆；再例如，当邻近路面接缝、裂缝有浆液冒出时，继续注浆几秒钟后即可停止注浆，等等。

可以理解的是，若注浆孔所在路面的弯沉值本身就在无病害路面弯沉值的1.2倍以内，则施工人员可随时掌控停止注浆的时机，不然，即使出现上述现象，仍继续注浆，直至弯沉值达标，也即，以弯沉值达标为优先目标，将路表弯沉值控制在无病害路面弯沉值的1.2倍以内，这有利于后续步骤5中的修复施工。

作为优选，上述步骤4中，停止注浆后，拔出注浆管，施工人员可使用橡皮塞或木塞等封堵工具封闭注浆孔的孔口，让注浆液初凝。

作为优选，上述步骤5中，初凝过后，进行路面修复施工，先清除唧浆病害区域周边松散的铺浆层、尘土杂物以及封堵工具等，然后再使用路面修复材料对路面进行修复，恢复路面的承载力和使用功能。

本发明所提供的该种复合改性注浆材料，加水调配混合后可形成浆状胶体质注浆料，具有高流动性、高渗透性和高自流平性等特点，水中的硅酸盐水泥熟料颗粒可水化为纤维状硅酸钙，这些硅酸钙的晶体非常细小，处在胶体大小范围内，比表面积很大，它们会吸附粉煤灰与石膏粉的微粒，共同缠绕在改性剂的高分子结构上，粘结形成一空间网状结构，该空间网状结构主要靠较弱的引力无序连结形成，其结构强度很低但具有明显可塑性；随着水化反应的持续进行，硅酸盐水泥熟料颗粒表面不稳定的包裹层开始破坏并促使水化反应的进一步加速，从而析出新的更稳定的水化物晶体，这些水化物晶体在改性剂的高分子结构上不断长大，依靠多种引力使彼此粘结在一起形成结晶结构，这种结晶结构是一种强度比空间网状结构的强度大很多的紧密结构，其最终会促使注浆料走向硬化形态。

基于上述机理，本发明所提供的该种注浆料具有快凝早强的优点，养生时间短，注浆后可快速固化，微膨胀，初凝时间无需太长，一般至多30min，强度即可满足工程要求。

当注浆料被注入到注浆孔后，在压力的作用下浆液会以注浆孔为中心向四周扩散，良好的高流动性、高渗透性和高自流平性使得注浆料能自动填充、渗透、挤入路面病害结构的缝隙中，基于劈裂、挤密、填充、渗透等多种作用方式自动挤出路面结构缝隙内的积水和空气，水化反应所析出的晶体和水化硅酸钙凝胶会不断地充满注浆孔以及路面的结构空间，再通过化学胶结、离子交换、惰性充填等多种作用方式把松散缝隙胶结成密实整体，与路面材料形成结合体，随着注浆料强度的不断增长，路面强度也会随之提高，从而恢复甚至提高路面的承载力。

与现有技术相比，本发明具有以下有益技术效果：

使用本发明的复合改性注浆材料调配的注浆料具有稳定性好、不泌水、不分层、均匀性好、材料韧性优异的优点，保水能力强，在有水和过湿条件下，注浆料性能稳定，注浆补强效果好，与路面材料的黏附性好，满足在富水潮湿环境下与路面缝壁的贴合力，抗裂性优异，在干燥工况下材料的抗裂性和强度不变，固结松散体能力强，材料中的活性体可与路面材料形成结合体，提高道路承载力。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解。在附图中，除非另外规定，否则贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或元素。这些附图不一定是按照比例绘制的。应该理解，这些附图仅描绘了根据本发明公开的一些实施方式，用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，而不应将其视为是对本发明范围的限制。其中：

图1为用于片状唧浆病害区域的注浆孔布设示意图；

图2为用于裂缝状长条唧浆病害区域的注浆孔布设示意图；

图3为注浆施工作业示意图；

图4为修复后的路面结构示意图；

图5为修复前的路面实景图；

图6为修复后的路面实景图。

附图标记：

注浆孔1、注浆液覆盖范围2、唧浆点3、沥青层4、水稳层5、注浆管6、橡胶密封圈7、修复层8。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明做进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

首先，为快速、低成本地修复路面唧浆病害区域，本发明提供一种复合改性注浆材料，其包括A组份和B组份，A组份和B组份的重量配比为1:0.1～0.2；其中，按重量份数计，A组份包括85份的硅酸盐水泥熟料和15份的粉煤灰，B组份包括90份的石膏粉、15份的增塑剂、30份的改性剂和2份的分散剂。

进一步地，本发明继而提供一种使用上述复合改性注浆材料修复路面唧浆病害的方法，该方法包括：步骤1、检测并标记出路面的唧浆病害区域；步骤2、针对唧浆病害区域布设至少一个注浆孔，注浆孔的总注浆液范围能覆盖唧浆病害区域；步骤3、使用复合改性注浆材料调配注浆料；步骤4、使用调配的注浆料向布设的注浆孔中注浆，并进行注浆料的初凝；步骤5、进行路面修复施工。

在本实施例中，作为一种典型的施工场景，以下以常见的沥青路面为例进行说明。

在上述步骤1中，实际施工时，施工人员可借助本行业内通用的手持式弯沉仪来检测和标记，先将未发生唧浆病害路面的弯沉值作为基准参照值，然后使用手持式弯沉仪检测待标记路面的弯沉值，将弯沉值下降到一定范围的路面区域标记为唧浆病害区域。

在上述步骤2中，针对唧浆病害区域布设注浆孔，所需布设的注浆孔的数量由施工人员基于唧浆病害区域的具体性状并根据施工经验在施工现场灵活确定，以注浆孔的总注浆液范围能覆盖整个唧浆病害区域为准。

如图1所示，若步骤1中标记出来的唧浆病害区域呈片状区域A，施工人员可以片状区域A中的唧浆点3为中心梅花状向外扩散式布设注浆孔1，使得这些注浆孔1的总注浆液范围能覆盖整个唧浆病害区域A。其中，虚线圆圈2表示每个注浆孔1的注浆液范围，图1中则示例性地布设了4个注浆孔1。

如图2所示，若步骤1中标记出来的唧浆病害区域为裂缝状长条区域B，施工人员可以裂缝状长条区域B为中心线呈之字形布设注浆孔1，使得注浆孔的总注浆液范围能覆盖整个唧浆病害区域B。其中，虚线圆圈2表示每个注浆孔1的注浆液范围，图2中则示例性地布设了4个注浆孔1。

在本实施例中，实际施工时，施工人员使用钻头直径为32mm的小钻头水钻机对路面钻孔进行注浆孔1的布设。钻孔时，当水钻机中的冷却水容错码突然下沉时，表明钻孔深度已到达病害深度，即可停止钻孔，一个注浆孔1便布设完成。

基于施工经验，这样制作的注浆孔1的孔径通常为32mm左右，既能保证注浆液的顺利注入，不易堵塞，又对原路面创伤小，能保持原路面的强度。

基于施工经验，孔径为32mm左右的注浆孔1的注浆液范围2的半径通常可达500mm。

在上述步骤3中，使用复合改性注浆材料调配注浆料，施工人员可在施工现场将本发明提供的上述复合改性注浆材料的各组份材料放入配料桶中，然后再加入水并混合搅匀即可，其中，复合改性注浆材料和水的重量配比为1:0.3。

在本实施例中，调配注浆料时，施工人员采用800-1200转/分钟的搅拌机搅拌8-10min，为节约成本，水可直接使用日常生活用自来水，尤其可使用中性自来水。

在上述步骤4中，实际施工时，施工人员可借助本行业内通用的注浆管6向布设的注浆孔1中注浆。如图3所示，沥青路面的上两层通常为沥青层4和水稳层5，布设的注浆孔1通常会深达水稳层5，施工人员先将注浆管6插入到注浆孔1中，再使用注浆设备通过注浆管6将调配好的注浆料注入注浆孔1中，注浆压力可保持在8MPa，加压下的注浆料以注浆孔1为中心向四周扩散，形成注浆液范围2，这一过程中注浆料会自动填充病害区域结构缝隙并挤出其内部的积水和空气。

基于施工经验，对于孔径为32mm左右的注浆孔1来说，选用外径为25mm、长度为50cm的注浆管6即可满足需要。此外，施工人员还可在注浆孔1的孔口处的注浆管6上安装防溢流用橡胶密封圈7，保证注浆管6和注浆孔1之间密封良好，以防注浆时注浆料外溢。

注浆操作期间，施工人员可使用手持弯沉仪对注浆后的路面进行弯沉检测，若弯沉值达到无病害路面弯沉值的1.2倍以内，视为弯沉值达标，则可随时停止注浆；若仍超过1.2倍，则继续注浆，直至达标。

停止注浆后，施工人员拔出注浆管6，可使用橡皮塞或木塞等封闭注浆孔1的孔口，并清除溢出路表的注浆液，然后让填充在唧浆病害区域中的注浆料初凝，初凝时间不超过30min。

在初凝过程中，注浆料的强度不断增长，同时不断固结唧浆病害区域中的松散体，注浆料的活性体还能与沥青路面材料中的惰性硅铝氧化物形成结合体，最终胶结成密实整体，使得路面强度大大提高，从而能提高道路承载力，

在上述步骤5中，初凝时间过后，施工人员进行路面修复施工，可先清除唧浆病害区域周边松散的铺浆层、尘土杂物以及封闭注浆孔1用的橡皮塞或木塞等，然后再使用路面修复材料对路面进行修复，恢复路面的承载力和使用功能。

基于施工经验，对路面的清除深度以不超过10cm为宜。

在本实施例中，实际施工时，上述路面修复材料可选用公知的具有高耐磨防水性能的高性能冷拌冷铺修复材料，这种修复材料可在施工现场直接调制，调好后铺覆于待修复的路面，然后通过修补、找平、压实等工艺对路面进行修复。如图4所示，最终于沥青层4上形成一修复层8；其中，图5则示出了修复前的路面实景，图6则示出了修复后的路面实景。

在具体施工中，压实可先采用施工车车轮低速初压，压实后可开放交通，开放交通后可借助通行车辆进一步压实，这样可进一步节约施工成本。

实施例一

取本发明的复合改性注浆材料的A组份45公斤、B组份5公斤，加入15公斤水后搅拌均匀，注入注浆孔中。

设定初凝时间30min、终凝时间6.2h，经测试，该注浆料的24h抗压强度达35Mpa。

实施例二

取本发明的复合改性注浆材料的A组份20公斤、B组份2.8公斤，加入到6.84公斤水后搅拌均匀，注入注浆孔中。

设定初凝时间28min、终凝时间5.7h，经测试，该注浆料的24h抗压强度达37Mpa。

实施例三

取本发明的复合改性注浆材料的A组份20公斤、B组份3公斤，加入到6.9公斤水后搅拌均匀后，注入注浆孔中。

设定初凝时间26min、终凝时间5.5h，经测试，该注浆料的24h抗压强度达38Mpa。

实施例四(即对比实施例)

购买市售山东某公司地聚物注浆材料，型号为CH-810型。

取CH-810型注浆材料20公斤，加入到6公斤水搅拌均匀后，注入注浆孔中。

设定初凝时间93min、终凝时间12h，经测试，该注浆料的24h抗压强度达28Mpa。

各技术指标对比情况参见下述表1，参照JTC/TF50-2011和JI/T1211-2018进行检测。

表1注浆料力学性能对比

由表1可知，本发明所提供的注浆料在流动性、初凝、终凝时间方面均满足路面修复施工要求，且修复后的强度显著高于现有注浆料，完全能够满足工程需求。

最后，对使用本发明所提供的上述方法进行修复的沥青路面的面层、基层分别取芯样，面层是直接承受行车轮荷载的反复作用和自然因素影响的结构层，基层是主要承受由面层传来的车辆荷载的垂直力并将力扩散到下面的垫层和土基中的结构层，并对面层芯样进行剪切强度试验、对基层芯样进行剪切强度试验以及劈裂抗拉强度试验，检测结果表明：面层芯样的剪切强度可达0.96Mpa；基层芯样的剪切强度可达1.23Mpa，基层芯样的劈裂抗拉强度可达1.25Mpa。可见，修复后的路面性能完全满足路面设计强度要求。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种复合改性注浆材料，其特征在于，该复合改性注浆材料包括A组份和B组份，所述A组份和B组份的重量配比为1:0.1～0.2；其中，按重量份数计，所述A组份仅包括85份的硅酸盐水泥熟料和15份的粉煤灰，所述B组份仅包括90份的石膏粉、15份的增塑剂、30份的改性剂和2份的分散剂；所述改性剂选用羧基丁苯胶乳和丙苯乳胶的组合，其中，所述羧基丁苯胶乳和丙苯乳胶的重量配比为6:4。

2.根据权利要求1所述的复合改性注浆材料，其特征在于，所述增塑剂选用邻苯二甲酸脂、对苯二甲酸脂和巳二酸二辛酯中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的复合改性注浆材料，其特征在于，所述分散剂选用硅酸盐类、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和焦磷酸中的一种或多种。

4.一种使用根据权利要求1-3中任意一项所述的复合改性注浆材料修复路面唧浆病害的方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

步骤1、检测并标记出路面的唧浆病害区域；

步骤2、针对所述唧浆病害区域布设至少一个注浆孔，所述至少一个注浆孔的总注浆液范围能覆盖所述唧浆病害区域；

步骤3、使用所述复合改性注浆材料调配注浆料；

步骤4、使用调配的所述注浆料向布设的所述至少一个注浆孔中注浆，并进行所述注浆料的初凝；

步骤5、进行路面修复施工。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤2中，若所述步骤1中检测并标记出的所述唧浆病害区域为片状区域，以该片状区域中的唧浆点为中心，以梅花状向外扩散布设所述注浆孔，使得所述注浆孔的总注浆液范围能覆盖整个所述唧浆病害区域；若所述步骤1中检测并标记出的所述唧浆病害区域为裂缝状长条区域，以该裂缝状长条区域为中心线，以之字形布设所述注浆孔，使得所述注浆孔的总注浆液范围能覆盖整个所述唧浆病害区域。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤3中，使用所述复合改性注浆材料调配注浆料具体为：向所述复合改性注浆材料中加入水并混合搅匀；其中，所述复合改性注浆材料和水的重量配比为1:0.3。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤4中，注浆后的路面弯沉值达到无病害路面弯沉值的1.2倍以内后允许停止注浆，然后进行所述注浆料的初凝。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤4中，停止注浆后，使用封堵工具封闭注浆孔的孔口，然后进行所述注浆料的初凝。

9.根据权利要求4-8中任意一项所述的方法，其特征在于，所述步骤4中，所述注浆料的初凝时间不超过30min。

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