CN1393502A - 一种路基土壤稳固剂及其使用技术 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种路基土壤稳固剂及其使用技术，属筑路工程。本发明运用电化络合原理使就地土壤稳固成一个更为坚固、耐水、稳定、持久的整体板块结构的路基，使旧技术道路中普遍存在的水毁、不规则沉降、反射性裂缝等问题得以解决。稳固的基层比传统施工的基层提高了抗压、抗弯折强度，提高了回弹模量和承载比。从而可使面层减薄，取消碎石基层，由传统的路面三层结构变为二层，且提高道路的质量，使修筑速度更加快捷。成本降低20％～50％。这种路基土壤稳固剂可广泛用于简易公路的面层、城乡公路、高等级公路的路基、底基层、基层；机场、港口码头、水库堤坝、房地产开发等交通工程和基础工程建设。

Description

一种路基土壤稳固剂及其使用技术

本发明涉及一种路基土壤稳固剂及其使用技术，属筑路工程。

路基土壤稳固剂技术在西方发达国家已有长达30年以上的使用历史，被大量应用于国家高速公路、机场、海堤、港口、码头、水利防渗等工程项目。此项技术采用就地土壤来强固路基，使其形成一个更为坚固、稳定、持久的整体板块结构，使旧技术道路中普遍存在的水毁、不规则沉降、反射性裂缝等问题得以解决，从而大大提高了路基的负载能力，使得道路面层减薄及碎石基层取消。从而使道路基础的直接投资降低。由于道路基础条件的有效改善，也就减少了年复一年的道路维修成本。

我国于96年后引进该技术，如ISS离子土壤稳固剂、固路宝(goodroadbase)、路特固(roadgood)等进口产品。但由于其价格昂贵，不符合我国的国情。实际操作中筑路直接成本与传统筑路成本相比较未能有较大的减少，难以得到广泛的推广。

本发明的目的在于提供一种价格便宜、性能优于进口路基稳固剂的替代产品。由于其价格低廉，效果及筑路工艺同国外同类产品相似，因而可以作到真正使筑路工程直接投资额减少20％～50％，日后的维修费减低40％～60％。

本发明是运用丙烯酸聚合物改性的物理化学性质来实现的。因其具有带负电的羧酸根离子，可以电离，与黏土的外缘带阳电中和，达到永久的平衡，使黏土由亲水性变为疏水性，同时产生络合反应，生成不溶于水的络合物，在反应初期具有粘性和润滑性，有利于路基的压实，从而最大提高路基的密实度、抗压强度、回弹模量及CBR。一、路基稳固剂概述

本发明涉及的这种路基土壤稳固剂(substructure soil solidifyingagent，以下简称3SA或强路王)是一种多功能的液态土壤稳固剂，其功用是将普通土壤集结成稳定、整体、坚实的路基板块结构。

道路的生命在于路基，结实整体坚固的路基，正是我们人类在筑路操作中不断研究探索、渴望改善的一个理想目标。3SA的应用，使旧工艺标准中投入的施工材料、机械设备、人工等综合投入减少20％～50％，并在日后长期的公路使用中减少维护保养费用40％～60％。

使用3SA路基稳固剂技术，只需按程序将稳固剂材料按比例要求掺入就地土壤，而建造路面的其它准备工作不变，且施工是不需要增加特殊的机械设备。应用这种技术，工程施工进度可更快速、更便捷。其稳定的路基可防止水的渗透，且不会因为天气冷热骤变，差异极大的气候条件下发生下陷与断裂。

3SA可应用在高等级公路、机场、港口、码头、水利配套等工程中。使用3SA形成的路基，永久性地减少了水与土壤的吸附力，从而解决了土壤的膨胀与缩水。在路基压实后的承压比例(C.B.R)值达300％，(C.B.R是全球国际性的运用承压能力标准)二、特性

3SA是一种良好的化合型液态土壤稳固剂，它是通过电化络合原理永久的将路基土壤的亲水性变为疏水性。同时提高土壤微粒之间的吸附力，使路基土壤容易充分压实且在日后免受雨水的侵害与破坏。

3SA的主要用途是处理改变就地土壤的内在亲和力，直接用以筑造路面的坚固基层，用其稳固土壤筑造的基层较传统工艺筑造的基层在稳定性、强度、整体、板结力、抗弯折等方面均具有明显的提高。因此，可将路面(包括面层、基层)结构尺寸减薄50％左右。传统工艺中的碎石基层将被取消，大大减少石料的投入用量，筑路的直接成本将明显节省30％～50％。这一新工艺和传统工艺路面典型断面的对比详见附图。

由附图可见这一程序的工艺结构简化了，结构厚度明显的减少，工程量及造价均占较大比例的碎石基层由此去消，面层也相应减半。因此，使用3SA稳固剂技术可做到：投资成本大幅度降低，工程内在质量提高，工期明显缩短。

另外，3SA稳固土料还具备以下水工方面的特征：抗渗透、抗冻融、抗干湿循环，可用于水渠、水坝、水库等水利工程。三、作用机理

3SA使土壤中的胶质电离失去表面阳性，使之无法再多余地吸收水份，且这种电动反应是永久性的，是不可逆的。土壤一旦被压实稳固，将不会再发生湿涨和塑化，因而也就不会受到日积月累水浸的损害。同时，3SA在初期反应还能充当土壤微粒之间的粘结剂和滑润剂的作用，非常有利于土壤的充分压实，使路基土壤有效地达到95％以上的最大密实度。

这些机理如何保证土质永久的水稳定性和抗压强度，需要结合土壤的微观特性分析：

在土壤中只有粘土是经过矿物学变化的矿石晶体的颗粒，称为胶体。粘土的结构是八面体或四面体的从格型结构，这种结构分子使它们的颗粒表面产生静电荷，静电荷的平衡方式是负电荷主要在里面而正电荷主要在外缘。这些静电荷对水分子的电极产生静电力吸引，将水分子吸附在颗粒表面。

粘土颗粒又被称为层状矽酸盐，格形结构形成的层状导致粘土微粒呈现鱼鳞状，造成一些粘土颗粒有很大的表面积。这些表面和水的静电引力使水能和土粒的大面积表面结合，结合水和失掉水的过程便成了膨化或干缩，膨化或缩水过程中产生巨大的能量(相当于一万个大气压)，足以使土壤改变原来旧有的形态。

水和粘土间的这种联系形成了粘土特有的内聚力和可塑性，这是砂石或沙泥不会具备的。粘土的可塑性使道路能被压缩成型，粘土的内聚力把石子、沙子等强力的凝聚在一起。

日常道路的损坏主要与水侵害有关。在阴雨天气过多时水分使土壤膨化过渡，以至变软甚至变成泥态，道路因失掉稳定性而遭到彻底破坏。若建路时含水份过少使土壤无法形成足够的内聚力，无法达到最大密实度，土中的砂石粒料也粘结不紧，遇干旱的天气便会松散或分离。过湿的土壤在干燥缩水过程中还会发生必然的干裂。膨胀和缩水的循环使道路破裂或在车轮作用下逐渐损坏。

3SA路基稳固剂在水中有一种强大的离子作用，它和粘土颗粒表面的正离子中和，将土粒表面吸附的水分子置换成为自由水，使土粒表面失去了对水的静电吸附力，被压实的土壤不再吸收水份，则土壤的膨胀及缩水现象导致的路面破坏也就不会发生了。3SA的这种离子作用是永久的，不可逆的结果。一旦和土壤中和就不再被水溶走。

3SA路基稳固剂在置换土粒表面的水分子的同时，还生成一种不可溶解的络合物，能发挥类似水泥的凝固作用，这对提高土壤压实的密度是有着直接作用的。

使用3SA路基稳固剂的结果是：在紧固方面，粘土颗粒之间的距离缩短，空隙减少，土壤的密度显著提高，承载能力大大加强。在稳定方面离子交换后，粘土颗粒表面的吸附力大部份被中和了，基本上杜绝了土壤的湿涨与干缩，再也不怕遭受雨水侵扰造成损害。四、承载能力

使用3SA路基稳固剂新增加的承压能力，相当于C.B.R标准(美国加州承压标准)的300％，而C.B.R是世界公认的一致标准。根据承压试验，用3SA处理后的土壤的抗压强度可以达到每平米300T以上。

由于离子置换过程中产生了有凝聚作用的络合物，使土粒之间的结合力有效加强。因此，用这种土壤筑成的路基的抗拉及抗弯折能力也大幅度明显提高。五、施工机械及设备

与我国传统的筑路工艺相比，3SA路基稳固剂对机械并无太多的要求，只需有推土机、压路机、洒水车及旋拌机即可。其中的旋拌机可以是专用的路拌机，也可以使用能达到深度的农用旋耕机。如果有条件，压路机最好是具有振动式和轮胎式两种，以便施工进度更加快捷。

为了准确使用3SA剂量，需要配备一些简单的计量设备，如可以计量控制容量的桶或水箱等。六、土壤范围

适用于粘土成份含量占25％以上，粘土粒径0.074mm不少于15％的任何土壤，但腐质土，耕地表面土(含有机杂质过多)，塘底淤泥土不能直接使用3SA稳固剂。

3SA路基稳固剂主要靠土壤中的粘土成份发挥作用，因此使用前应对土壤结构进行分析。若土壤中粘土成份偏低或无粘性的粉砂颗粒偏多，应适当加入消石灰加以改造。若土壤中含有机质偏高，应使其和较纯的粘土混合使用，并适当加入消石灰予以改造。若土壤中酸性偏高或局部可能酸性偏高亦应当加入消石灰以提高化学作用效果。

消石灰应为粉状(亦称熟石灰)，绝对不能含有生石灰颗粒(生石灰碾压后熟化会膨胀稳固层)。消石灰的加入量以5％～10％为宜。在对3SA使用尚不熟悉的初期阶段，最好普遍采用适当添加消石灰的办法，以便保证稳固效果并提高早期强度。

土壤中的碎石对路基强度会有好处，但不能颗粒太大(粒径不可大于75mm)也不能影响粘土成份的总体比例。七、操作程序与基本用量：

1、准备路床

路床是整个路面及路面基层的依托，没有可靠坚实稳定的路床，其上面的路面基层也就无法充分发挥自身的作用。3SA稳固层也和传统工艺的路面及基层一样，需要一个完整可靠的路床。

当3SA路基稳固剂用于新筑公路的面层或基层时，路床是相应标高下的地基结构层(路堤或路槽)。路床应具有相当可靠的密实度(93％以上)，且基本平整，其高程应达到准确，路面基层与路肩的分界线应明显标出，以防筑作位置有误，造成漏作或浪费。

当3SA用于已遭损坏的原有土路或碎石路的翻新改造时，应将表层及碎石土按设计深度破碎。推出路床并根据实际需要进行平整碾压，也要控制好高程及界线。

当3SA用于原有旧路上的加铺层时，原有路面便是路床，应对其进行局部认真补平碾压，过高的部份应铲平。

2、准备稳固层土料

将用作路基稳固剂稳固层的土料按折算厚度摊铺在路床上，摊铺时应尽可能使不同土质充分混合均匀。先用推土机或压路机碾碎较大的土块，然后用拌和机或旋拌机将土层充分粉碎拌均拌透，并适当整平。

铺设厚度应计算准确，使其压实后恰好符合设计厚度，这一层的土方量是计算3SA路基稳固剂用量的依据。

充分粉碎，拌均拌匀拌透是关键，土块太大使药液无法掺入其内部，会形成薄弱层(土块粒径控制在2cm以下较宜)。土质不均匀(含石量、含砂量、粘土成份含量不均匀)会造成稳固效果及压实密度的不平衡。拌和不透往往使底层材料稳固质量无法保证。

如果拌和设备能力不足，应分层拌和或适当增加拌和次数，或更换能力及深度能保证的拌和设备。如果备用的土料湿度偏高，应适当晾晒或增加翻拌次数，使含水量尽可能降低10％以下，以利充分吸收3SA溶液。最后测出这种土料的实际含水量和最佳含水量。

3、配兑及喷洒3SA溶液

(1)根据已准备好的路基土料的实际含水量和最佳含水量计算出每立方米应当加入的水量及该作业路面需要的总水量，总水量可以比最佳含水量高1％～2％用以补充蒸发损失。

(2)根据土壤情况选定3SA路基稳固剂的剂量比(每立方米土料的原剂体积一般为2升～2.5升/立方米)及该作业路面的总剂量。

(3)先用该作业路面的总水量及总剂量各一半配兑成溶液，在准备好的土层上均匀喷洒一遍，尽量一次喷完，然后用拌和机充分翻拌均匀。

(4)根据第一遍喷洒后土壤的实际含水量来调整后一半用水量，将其和余下的一半剂量配兑成溶液后全部喷洒入该作业面。然后再次进行充分拌和，使药液在土壤中有效均匀分布。

注意喷洒时尽量不要喷出界线以外，拌和时不可以把外界生土卷入处理区。若局部卷入过多，应人工进行喷洒补充药液并重新拌匀。

4、整平碾压

用拌和机拌匀的土层应是均匀平整的(拌后轮迹除外)。若不平整则应找平并严格预留路拱坡度，然后进行充分碾压使密度达到95％以上。

为了保证质量，最好先用轻碾压，一遍后再用重碾或振动碾压至所需密实度，若出现碾压裂纹，可用轻碾或胶轮碾收缝。

为了保证成路拱，压路机的横移方向应从两边向路中心移动，在弯道处则应从低侧向高侧移动。压路机的每一行程的横移距离要均匀，一般不应超过30mm。横移不均或过大会造成压实不均甚至会造成破坏性的潜在的纵向裂纹。

压路机绝不可在即将完成的碾面上变速，转弯或停留，这些动作会造成局部裂纹。

5、养生

3SA路基稳固剂通过化学作用使土基稳固，有一个反应期，完成碾压后需要良好养生。防止表层水分蒸发过快造成干裂。养生的办法有：

(1)碾压完成后24～36小时内即做路面面层或以专门作封面的稳固剂Z-1或Z-2喷洒表面。Z-1为0.5％聚环氧乙烷，Z-2为0.01％聚氧化乙烯。

(2)用3SA路基稳固剂稀液(1∶1000)每天早晨轻洒一遍，连续喷洒三至四天，可达到养生效果(计算剂量总数时应考虑这一需要)。

(3)在碾压完成前平均薄撒一层细碎石(0.5--1.5cm)并和土层表面一同完成压实，有利于减慢蒸发速度，也有利于以后加铺面层。

(4)若养生中发现表面细小网状裂纹，这是表层粘土干缩过快所至(在药液效力发挥前)所造成的。完全不影响路基的正常使用。只需用细土灌补裂缝(阻止缝内水分快速蒸发)后继续完成养生或封面。

6、基本用量表

(1)剂量比：2～2.5升/立方米。

(2)几种常用路面稳固层宽度及厚度每公里需用的剂量(按2.08升/立方米计)。单位：升

八、物化性质及应用常识

3SA是一种可调色的液体，比重1.25，可100％溶于水中，原液显酸性，ph＜2，气味微酸，避免聚量吸入，原液操作者应佩戴手套及眼镜，操作时尽量避开桶口，应密闭保存于通风干燥处，远离火源。原液不易燃烧，但一旦被动燃烧会放出有毒气体二氧化硫及氧化磷，应尽快扑灭，水及二氧化碳可灭其火。九、关于水利方面的应用

3SA稳固土壤的优良性能(强度、密实度、水稳定性、干湿稳定性等)可使它在水利设施建筑中发挥极好的作用。例如：用于水渠的防渗衬层，不仅施工工艺简便、工程造价低、工期短、抗坍塌等优良性能，这些性能均达到或超过国家规定数值。附图注释图ASA稳固剂技术  仅用两层结构，分为面层与基层结构

第一层为4～6厘米沥青面层

第二层为20～30厘米3SA稳定基层(高等级公路根据设计要求确定

基层厚度)

第三层为压实素土地基(路床)图B传统方法  分为三层路面结构，分别为面层、基层、底基层

第一层为8～12厘米沥青面层

第二层为15～20厘米碎石基层

第三层为15～30厘米改良土底基层(石灰、水泥、粉煤灰)

第四层为压实素土地基(路床)

Claims (4)

1、以低分子量或高分子量聚丙烯酸(PAA)为主要成分的土壤稳固剂。

2、以丙烯酸单体、水、引发剂、活性剂为原料生产的聚丙烯酸(PAA)土壤稳固剂。

3、外观为无色或由于添加染色剂为白色、红色、黑色、橙黄色、兰色、棕色等各种颜色的聚丙烯酸(PAA)土壤稳固剂。

4、以各种色泽的聚丙烯酸(PAA)土壤稳固剂修筑的公路、铁路、城乡矿山道路及水坝、机场、球场的路床、地基层、基层、面层。

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