WO2023093813A1 - 基于改性吸水树脂的路基控湿排水智能装置及其应用方法 - Google Patents

基于改性吸水树脂的路基控湿排水智能装置及其应用方法 Download PDF

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崔新壮
李晋
金青
左珅
熊大路
张小宁
姜鹏
孙皓
程德刚
卢忠梅
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山东交通学院
山东大学
重庆大学
济南金曰公路工程有限公司
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Abstract

本发明属于路基控湿排水技术领域，尤其是一种基于改性吸水树脂的路基控湿排水智能装置及其应用方法，针对现有的路基不能对路基水分进行吸附和排出，容易引发灾患的问题，现提出如下方案，其包括地基，地基的顶部铺设有改良路基层，改良路基层的顶部铺设有路面层，地基与改良路基层之间设置有第一排水装置，改良路基层与之间设置有路面层第二排水装置；排水装置的的成分包括以下：双层高吸力土工织物、改性吸水树脂4-10％、絮状填充物、湿敏性材料；改良路基层的成分包括以下重量百分比：高分子疏水剂量0.4-1％。本发明操作方便，利用改性吸水树脂配合制备可通过吸高吸力差排水的路基内部排水装置。

Description

基于改性吸水树脂的路基控湿排水智能装置及其应用方法
本发明要求于2021年11月26日提交中国专利局、申请号为202111424804.0、发明名称为“基于改性吸水树脂的路基控湿排水智能装置及其应用方法”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本发明中。
技术领域
本发明涉及路基控湿排水技术领域，尤其涉及一种基于改性吸水树脂的路基控湿排水智能装置及其应用方法。
背景技术
公路压实土路基内部缺少排水设施也是造成公路整体结构在长时间积水过程中发生破坏的重要因素，为了减少公路“水毁”破坏几率，必须在公路施工前做好公路路基内部排水设计，传统公路路基排水方法主要是防、疏、堵，包括开挖排水沟、设置排水管及隔离地表径流水等方法，然而这些方法均无法有效地将路基内部多余的水分排出。主要原因是水分的迁移路径总是从高压流向低压，当路基收到水分侵入，处于非饱和状态时，土体内部存在吸力，即为负压(设大气压力为零)，水分无法及时向外界(相对压力较高区域)迁移。存留在土基中的水分若长时间不能排除，将软化路基压实土并衍生出各种公路路面病害。尤其当发生强降雨、洪涝灾害时，外部环境水分含量急剧升高，会促使公路路基进行水分吸收，然后由于“锅盖效应”路基与地基、路基与路面界面处会出现大量的水囊现象，湿化软化路基，如果排除不及时使得公路“水毁”几率大大增加，严重影响公路服役质量。
现有的路基不能对路基水分进行吸附和排出，容易引发灾患。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的路基不能对路基水分进行吸附和排出，容易引发灾患的缺点，而提出的基于改性吸水树脂的路基控湿排水智能装置及其应用方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
基于改性吸水树脂的路基控湿排水智能装置，包括地基，所述地基的顶部铺设有改良路基层，改良路基层的顶部铺设有路面层，地基与改良路基层之间设置有第一排水装置，改良路基层与路面层的之间设置有第二排水装置；
第一排水装置和第二排水装置的成分包括以下：双层高吸力土工织物、改性吸水树脂4-10％、絮状填充物、湿敏性材料；
改良路基层的成分包括以下重量百分比：高分子疏水剂量0.4-1％、柔性胶凝材料2-4％、水15-20％、表面活性剂1-2％以及其余的砂；
改良路基层的制备方式包括以下步骤：
S1：将柔性胶凝材料、高分子疏水剂量混合；
S2：加入表面活性剂二次混合；
S3：将施工要求填料再次加入混合制备。
优选的，所述改良路基层的成分包括以下重量百分比：高分子疏水剂量0.5-0.9％、柔性胶凝材料2.2-3.8％、水16-19％、表面活性剂1.2-1.8％以及其余的砂。
优选的，所述改良路基层的成分包括以下重量百分比：高分子疏水剂量0.7％、柔性胶凝材料2.5％、水18％、表面活性剂1.6％以及其余的砂。
优选的，所述改性吸水树脂的成分包括丙烯酸、纤维接枝丙烯酸、淀粉接枝丙烯酸中的一种或两种混合物。
优选的，所述制备改性吸水树脂的方式包括：
第一，取丙烯酸、纤维接枝丙烯酸、淀粉接枝丙烯酸中的任意两种混合；
第二，向混合物中加水或盐水，搅拌使其膨胀形成至少20倍体积的粒、块状物即可。
优选的，所述柔性胶凝材料由水泥、掺合料、膨润土、粘土混合制备得到。
优选的，所述S2中，在50-60℃的温度下，采用220-320r/min的搅拌速度搅拌40-60min。
优选的，所述表面活性剂为蔗糖脂肪酸酯、单硬脂酸甘油酯、失水山梨糖醇脂肪酸酯、聚氧乙烯脂肪酸酯和聚氧乙烯烷基醚中的二种或三种的混合物。
优选的，所述S3中，在55-65℃的温度下，采用260-360r/min的搅拌速度搅拌50-60min。
本发明还提了一种基于改性吸水树脂的路基控湿排水智能装置的应用方法，包括以下步骤：
A1：改良路基层设置在地基与的路面层之间，形成夹心，具有吸水轻微膨胀挤密特性；
A2：第一排水装置和第二排水装置平铺在地基与路面之间，两端露出道路外侧及时排出多余水分。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本方案利用吸水树脂的吸水(水汽)特征，及时排出公路路基内部多余的水分，解决路基运营期内部水分迁移引起的锅盖效应，同时保证路基与地基、 路基与路面界面处的刚度，预防恶劣天气和地质条件引起的“水毁”病害。
本方案露出公路外侧的路基控湿排水管内水分可被及时蒸发，能够充分利用吸力差迁移路基内部多余水分，利用蒸发作用及时排出这些多月水分，整个过程绿色环保节能且耐久性好。
本方案通过耐候性吸水树脂的湿化条件吸水和干燥条件释水功能，可以实现路基与地基、路基与路面界面处湿度状态的智能调控，吸水树脂吸水后成水凝胶状态，其微膨胀亦可较好填充界面孔隙结构保证界面处密实程度。
本发明操作方便，利用改性吸水树脂和高吸力土工材料配合制备智能排水装置，可以及时吸收水分，同时排出界面处的多余水分，可以避免水害路基隐患。
附图说明
图1为本发明提出的基于改性吸水树脂的路基控湿排水智能装置及其应用方法的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例一
参照图1，基于改性吸水树脂的路基控湿排水智能装置，包括地基，所述地基的顶部铺设有改良路基层，改良路基层的顶部铺设有路面层，地基与改良路基层之间设置有第一排水装置，改良路基层与路面层的之间设置有第二排水装置；
第一排水装置和第二排水装置的成分包括以下：双层高吸力土工织物、改性吸水树脂4％、絮状填充物、湿敏性材料；
改良路基层的成分包括以下重量百分比：高分子疏水剂量0.4％、柔性胶凝材料2％、水15％、表面活性剂1％以及其余的施工要求填料；
改良路基层的制备方式包括以下步骤：
S1：将柔性胶凝材料、高分子疏水剂量混合；
S2：加入表面活性剂二次混合；
S3：将施工要求填料再次加入混合制备。
本实施例中，改性吸水树脂的成分包括丙烯酸、纤维接枝丙烯酸、淀粉接枝丙烯酸中的一种或两种混合物。
本实施例中，制备改性吸水树脂的方式包括：
第一，取丙烯酸、纤维接枝丙烯酸、淀粉接枝丙烯酸中的任意两种混合；
第二，向混合物中加水或盐水，搅拌使其膨胀形成至少20倍体积的粒、块状物即可。
本实施例中，柔性胶凝材料由水泥、掺合料、膨润土、粘土混合制备得到。
本实施例中，S2中，在50℃的温度下，采用220r/min的搅拌速度搅拌40min。
本实施例中，表面活性剂为蔗糖脂肪酸酯、单硬脂酸甘油酯、失水山梨糖醇脂肪酸酯、聚氧乙烯脂肪酸酯和聚氧乙烯烷基醚中的二种或三种的混合物。
本实施例中，S3中，在55℃的温度下，采用260r/min的搅拌速度搅拌50min。
本发明还提了一种基于改性吸水树脂的路基控湿排水智能装置的应用方法，包括以下步骤：
A1：改良路基层设置在地基与的路面层之间，形成夹心，具有吸水轻微膨 胀挤密特性；
A2：第一排水装置和第二排水装置平铺在地基与路面之间，两端露出道路外侧及时排出多余水分。
实施例二
参照图1，基于改性吸水树脂的路基控湿排水智能装置，包括地基，所述地基的顶部铺设有改良路基层，改良路基层的顶部铺设有路面层，地基与改良路基层之间设置有第一排水装置，改良路基层与路面层的之间设置有第二排水装置；
第一排水装置和第二排水装置的成分包括以下：双层高吸力土工织物、改性吸水树脂5％、絮状填充物、湿敏性材料；
改良路基层的成分包括以下重量百分比：高分子疏水剂量0.5％、柔性胶凝材料2.4％、水16％、表面活性剂1.2％以及其余的施工要求填料；
改良路基层的制备方式包括以下步骤：
S1：将柔性胶凝材料、高分子疏水剂量混合；
S2：加入表面活性剂二次混合；
S3：将施工要求填料再次加入混合制备。
本实施例中，改性吸水树脂的成分包括丙烯酸、纤维接枝丙烯酸、淀粉接枝丙烯酸中的一种或两种混合物。
本实施例中，制备改性吸水树脂的方式包括：
第一，取丙烯酸、纤维接枝丙烯酸、淀粉接枝丙烯酸中的任意两种混合；
第二，向混合物中加水或盐水，搅拌使其膨胀形成至少20倍体积的粒、块状物即可。
本实施例中，柔性胶凝材料由水泥、掺合料、膨润土、粘土混合制备得到。
本实施例中，S2中，在52℃的温度下，采用260r/min的搅拌速度搅拌45min。
本实施例中，表面活性剂为蔗糖脂肪酸酯、单硬脂酸甘油酯、失水山梨糖醇脂肪酸酯、聚氧乙烯脂肪酸酯和聚氧乙烯烷基醚中的二种或三种的混合物。
本实施例中，S3中，在60℃的温度下，采用300r/min的搅拌速度搅拌53min。
本发明还提了一种基于改性吸水树脂的路基控湿排水智能装置的应用方法，包括以下步骤：
A1：改良路基层设置在地基与的路面层之间，形成夹心，具有吸水轻微膨胀挤密特性；
A2：第一排水装置和第二排水装置平铺在地基与路面之间，两端露出道路外侧及时排出多余水分。
实施例三
参照图1，基于改性吸水树脂的路基控湿排水智能装置，包括地基，所述地基的顶部铺设有改良路基层，改良路基层的顶部铺设有路面层，地基与改良路基层之间设置有第一排水装置，改良路基层与路面层的之间设置有第二排水装置；
第一排水装置和第二排水装置的成分包括以下：双层高吸力土工织物、改性吸水树脂7％、絮状填充物、湿敏性材料；
改良路基层的成分包括以下重量百分比：高分子疏水剂量0.7％、柔性胶凝材料3％、水13％、表面活性剂1.5％以及其余的施工要求填料；
改良路基层的制备方式包括以下步骤：
S1：将柔性胶凝材料、高分子疏水剂量混合；
S2：加入表面活性剂二次混合；
S3：将施工要求填料再次加入混合制备。
本实施例中，改性吸水树脂的成分包括丙烯酸、纤维接枝丙烯酸、淀粉接枝丙烯酸中的一种或两种混合物。
本实施例中，制备改性吸水树脂的方式包括：
第一，取丙烯酸、纤维接枝丙烯酸、淀粉接枝丙烯酸中的任意两种混合；
第二，向混合物中加水或盐水，搅拌使其膨胀形成至少20倍体积的粒、块状物即可。
本实施例中，柔性胶凝材料由水泥、掺合料、膨润土、粘土混合制备得到。
本实施例中，S2中，在55℃的温度下，采用280r/min的搅拌速度搅拌55min。
本实施例中，表面活性剂为蔗糖脂肪酸酯、单硬脂酸甘油酯、失水山梨糖醇脂肪酸酯、聚氧乙烯脂肪酸酯和聚氧乙烯烷基醚中的二种或三种的混合物。
本实施例中，S3中，在60℃的温度下，采用320r/min的搅拌速度搅拌57min。
本发明还提了一种基于改性吸水树脂的路基控湿排水智能装置的应用方法，包括以下步骤：
A1：改良路基层设置在地基与的路面层之间，形成夹心，具有吸水轻微膨胀挤密特性；
A2：第一排水装置和第二排水装置平铺在地基与路面之间，两端露出道路外侧及时排出多余水分。
实施例四
参照图1，基于改性吸水树脂的路基控湿排水智能装置，包括地基，所述地基的顶部铺设有改良路基层，改良路基层的顶部铺设有路面层，地基与改良路 基层之间设置有第一排水装置，改良路基层与路面层的之间设置有第二排水装置；
第一排水装置和第二排水装置的成分包括以下：双层高吸力土工织物、改性吸水树脂9％、絮状填充物、湿敏性材料；
改良路基层的成分包括以下重量百分比：高分子疏水剂量0.9％、柔性胶凝材料3.8％、水19％、表面活性剂1.8％以及其余的施工要求填料；
改良路基层的制备方式包括以下步骤：
S1：将柔性胶凝材料、高分子疏水剂量混合；
S2：加入表面活性剂二次混合；
S3：将施工要求填料再次加入混合制备。
本实施例中，改性吸水树脂的成分包括丙烯酸、纤维接枝丙烯酸、淀粉接枝丙烯酸中的一种或两种混合物。
本实施例中，制备改性吸水树脂的方式包括：
第一，取丙烯酸、纤维接枝丙烯酸、淀粉接枝丙烯酸中的任意两种混合；
第二，向混合物中加水或盐水，搅拌使其膨胀形成至少20倍体积的粒、块状物即可。
本实施例中，柔性胶凝材料由水泥、掺合料、膨润土、粘土混合制备得到。
本实施例中，S2中，在58℃的温度下，采用300r/min的搅拌速度搅拌56min。
本实施例中，表面活性剂为蔗糖脂肪酸酯、单硬脂酸甘油酯、失水山梨糖醇脂肪酸酯、聚氧乙烯脂肪酸酯和聚氧乙烯烷基醚中的二种或三种的混合物。
本实施例中，S3中，在62℃的温度下，采用320r/min的搅拌速度搅拌58min。
本发明还提了一种基于改性吸水树脂的路基控湿排水智能装置的应用方 法，包括以下步骤：
A1：改良路基层设置在地基与的路面层之间，形成夹心，具有吸水轻微膨胀挤密特性；
A2：第一排水装置和第二排水装置平铺在地基与路面之间，两端露出道路外侧及时排出多余水分。
实施例五
参照图1，基于改性吸水树脂的路基控湿排水智能装置，包括地基，所述地基的顶部铺设有改良路基层，改良路基层的顶部铺设有路面层，地基与改良路基层之间设置有第一排水装置，改良路基层与路面层的之间设置有第二排水装置；
第一排水装置和第二排水装置的成分包括以下：双层高吸力土工织物、改性吸水树脂10％、絮状填充物、湿敏性材料；
改良路基层的成分包括以下重量百分比：高分子疏水剂量1％、柔性胶凝材料4％、水20％、表面活性剂2％以及其余的施工要求填料；
改良路基层的制备方式包括以下步骤：
S1：将柔性胶凝材料、高分子疏水剂量混合；
S2：加入表面活性剂二次混合；
S3：将施工要求填料再次加入混合制备。
本实施例中，改性吸水树脂的成分包括丙烯酸、纤维接枝丙烯酸、淀粉接枝丙烯酸中的一种或两种混合物。
本实施例中，制备改性吸水树脂的方式包括：
第一，取丙烯酸、纤维接枝丙烯酸、淀粉接枝丙烯酸中的任意两种混合；
第二，向混合物中加水或盐水，搅拌使其膨胀形成至少20倍体积的粒、块状物即可。
本实施例中，柔性胶凝材料由水泥、掺合料、膨润土、粘土混合制备得到。
本实施例中，S2中，在60℃的温度下，采用320r/min的搅拌速度搅拌60min。
本实施例中，表面活性剂为蔗糖脂肪酸酯、单硬脂酸甘油酯、失水山梨糖醇脂肪酸酯、聚氧乙烯脂肪酸酯和聚氧乙烯烷基醚中的二种或三种的混合物。
本实施例中，S3中，在65℃的温度下，采用360r/min的搅拌速度搅拌60min。
本发明还提了一种基于改性吸水树脂的路基控湿排水智能装置的应用方法，包括以下步骤：
A1：改良路基层设置在地基与的路面层之间，形成夹心，具有吸水轻微膨胀挤密特性；
A2：第一排水装置和第二排水装置平铺在地基与路面之间，两端露出道路外侧及时排出多余水分。
对比例一
基于改性吸水树脂的路基控湿排水智能装置，包括地基1，地基1的顶部铺设有改良路基层2，改良路基层2的顶部铺设有路面层3，地基1与改良路基层2之间设置有第一排水装置4；
本发明还提了一种基于改性吸水树脂的路基控湿排水智能装置的应用方法，包括以下步骤：
A1：通过中间的“夹心”是改良路基层2，具有吸水膨胀特性；
A2：通过第一排水装置4平铺在地基1与地面3之间，两端露出道路外侧，所吸收的水分能够及时从路基内部排到路基外部，其余与实施例一相同。
对比例二
基于改性吸水树脂的路基控湿排水智能装置，包括地基1，地基1的顶部铺设有改良路基层2，改良路基层2的顶部铺设有路面层3，改良路基层2与之间设置有路面层3第二排水装置5；
本发明还提了一种基于改性吸水树脂的路基控湿排水智能装置的应用方法，包括以下步骤：
A1：通过中间的“夹心”是改良路基层2，具有吸水膨胀特性；
A2：通过第二排水装置5平铺在地基1与地面3之间，两端露出道路外侧，所吸收的水分能够及时从路基内部排到路基外部，其余与实施例二相同。
对比例三
基于改性吸水树脂的路基控湿排水智能装置，包括地基1，地基1的顶部铺设有路面层3，地基1与路面层3之间设置有第一排水装置4；
本发明还提了一种基于改性吸水树脂的路基控湿排水智能装置的应用方法，包括以下步骤：
A1：通过第一排水装置4平铺在地基1与地面3之间，两端露出道路外侧，所吸收的水分能够及时从路基内部排到路基外部，其余与实施例三相同。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

  1. 基于改性吸水树脂的路基控湿排水智能装置，包括地基(1)，其特征在于，所述地基(1)的顶部铺设有改良路基层(2)，改良路基层(2)的顶部铺设有路面层(3)，地基(1)与改良路基层(2)之间设置有第一排水装置(4)，改良路基层(2)与路面层(3)的之间设置有第二排水装置(5)；
    第一排水装置(4)和第二排水装置(5)的成分包括以下：双层高吸力土工织物、改性吸水树脂4-10％、絮状填充物、湿敏性材料；
    改良路基层(2)的成分包括以下重量百分比：高分子疏水剂量0.4-1％、柔性胶凝材料2-4％、水15-20％、表面活性剂1-2％以及其余的施工要求填料；
    改良路基层(2)的方式包括以下步骤：
    S1：将柔性胶凝材料、高分子疏水剂量混合；
    S2：加入表面活性剂二次混合；
    S3：将施工要求填料再次加入混合制备。
  2. 根据权利要求1所述的基于改性吸水树脂的路基控湿排水智能装置，其特征在于，所述改良路基层(2)的成分包括以下重量百分比：高分子疏水剂量0.5-0.9％、柔性胶凝材料2.2-3.8％、水16-19％、表面活性剂1.2-1.8％以及其余的施工要求填料。
  3. 根据权利要求1所述的基于改性吸水树脂的路基控湿排水智能装置，其特征在于，所述改良路基层(2)的成分包括以下重量百分比：高分子疏水剂量0.7％、柔性胶凝材料2.5％、水18％、表面活性剂1.6％以及其余的施工要求填料。
  4. 根据权利要求1所述的基于改性吸水树脂的路基控湿排水智能装置，其特征在于，所述改性吸水树脂的成分包括丙烯酸、纤维接枝丙烯酸、淀粉接枝丙烯酸中的一种或两种混合物。
  5. 根据权利要求1所述的基于改性吸水树脂的路基控湿排水智能装置，其特征在于，所述制备改性吸水树脂的方式包括：
    第一，取丙烯酸、纤维接枝丙烯酸、淀粉接枝丙烯酸中的任意两种混合；
    第二，向混合物中加水或盐水，搅拌使其膨胀形成至少20倍体积的粒、块状物即可。
  6. 根据权利要求1所述的基于改性吸水树脂的路基控湿排水智能装置，其特征在于，所述柔性胶凝材料由水泥、掺合料、膨润土、粘土混合制备得到。
  7. 根据权利要求1所述的基于改性吸水树脂的路基控湿排水智能装置，其特征在于，所述S2中，在50-60℃的温度下，采用220-320r/min的搅拌速度搅拌40-60min。
  8. 根据权利要求1所述的基于改性吸水树脂的路基控湿排水智能装置，其特征在于，所述表面活性剂为蔗糖脂肪酸酯、单硬脂酸甘油酯、失水山梨糖醇脂肪酸酯、聚氧乙烯脂肪酸酯和聚氧乙烯烷基醚中的二种或三种的混合物。
  9. 根据权利要求1所述的基于改性吸水树脂的路基控湿排水智能装置，其特征在于，所述S3中，在常温条件下，采用260-360r/min的搅拌速度搅拌50-60min。
  10. 基于改性吸水树脂的路基控湿排水智能装置的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：
    A1：改良路基层(2)设置在地基(1)与的路面层(3)之间，形成夹心，具有吸水轻微膨胀挤密特性；
    A2：第一排水装置(4)和第二排水装置(5)平铺在地基(1)与路面(3)之间，两端露出道路外侧及时排除多余水分。
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