2015年第8期 北 方 交 通 DOI:10.15996/j.enki.bfit.2015.08.014 文章编号:1673—6052(2015)08—0051—04 高聚物注浆技术在白改黑路面大修工程中的应用 陈华梅 (山西省交通规划勘察设计院太原市030012) 摘要:高聚物注浆材料具有轻质、高膨胀性、早强、防水、耐久、安全环保、快速及微损的特性,室内试验表明, 高聚物注浆材料具有较低的吸水率、良好的抗压强度与塑性变形能力。白改黑路面大修工程中对弯沉值在0.2— 0.45mm之间的混凝土板进行注浆补强,弯沉及路表性能检测结果表明,高聚物注浆技术能够有效处理白改黑路面 水泥混凝土板板底脱空病害。 关键词:白改黑路面;高聚物;注浆技术;弯沉 中图分类号:U416.05 文献标识码:B 随着我国高速公路网的不断完善,道路工作重 心已经逐渐从道路新建转移到道路的维修与改造上 来¨J。由于交通量增长迅速,重车比例增多,超载 现象严重,再加上原路面设计及施工过程中存在大 量缺陷,因此路面出现了各种病害,严重影响行车的 舒适性与安全性。而我国高速公路修建初期大多为 性、弹性以及强度特性,能够承受较大车辆荷载作用, 有效提高路面的结构强度与预防裂缝;再者,注浆材 料具有良好的抗渗性,能够有效阻止路面水下渗,防 止水毁病害。其主要技术特点包括以下几点 J: (1)轻质:稳定后的材料为一种泡沫轻质体,密 度不足水泥胶砂的1/10,不会由于自重过大而导致 路基、基层出现差异沉降。 水泥混凝土路面,后期为提高行车舒适性而进行沥 青面层加罩处理,即“白改黑”路面 J。由于这种路 面存在刚柔相接的问题,极易出现水泥混凝土板板 底脱空、反射裂缝等病害 ]。因此,采用合理技术 处理水泥混凝土板板底脱空病害,提高白改黑路面 (2)高膨胀性:反应前的物质具有良好的流淌 性,能够渗入路面结构内部的微裂缝、脱空等空穴; 反应后其自由膨胀比可达到20:1,能够有效填充脱 空和裂缝,并挤密、压密周围介质,进一步提高路面 结构强度。 (3)早强:反应后的材料能够在15min内迅速 膨胀、固化,达到其最终强度的85%以上;同时具有 良好的柔韧性及强度特性。 (4)防水:高聚物注浆材料具有良好的抗渗性 的行车舒适性,具有重要的工程实践意义。 本文结合室内试验与实体工程,研究高聚物注 浆技术的材料特性,详细介绍注浆孔的布置方式、设 计依据及注浆效果评价方法,为以后的工程设计及 施工提高参考。 1 高聚物注浆材料特性 能,且其施工不受潮、湿环境影响。材料膨胀、硬化 过程中能够有效排除路面空穴积水,固化后又能够 有效密封路面裂缝与接缝,阻止路面水下渗,进一步 高聚物注浆材料主要由一定比例的专用树脂和 硬化剂组成,利用技术处理路面病害的基本原理是: 将混合液注人地基中,其体积迅速膨胀而形成泡沫 防止水毁病害,延长路面使用寿命。 (5)耐久:材料稳定性好,耐久性强。 (6)安全:注浆材料是一种环保型材料,且不受 霉菌和真菌的侵蚀。 (7)快速:施工简单、快捷,不需要养生,极大缩 状固体,达到加强路面结构与治理混凝土板板底脱 空的目的。 由于高聚物注浆材料不含水,因此不会像水泥混 凝土一样出现干缩病害,能够有效、密实地治理混凝 土板板底脱空病害;其次,材料自身又具有良好的韧 短了施工时间,提高了施工效率。注浆后可以迅速 一52一 北 方 交 通 2015年第8期 开放交通投入使用,对交通干扰较小。 (8)微损:注浆孔约16ram,对路面结构基本无 损坏。 从图1可以看出,随着高聚物注浆材料密度的 增大,其吸水率不断降低。当注浆材料密度达到 240kg/m 时,其吸水率仅为0.4%左右。这主要是 由于注浆材料膨胀、硬化过程中形成的闭孔孔隙,能 够有效阻止表面水渗入其结构内部。这说明高聚物 2 高聚物注浆材料特性研究 采用室内试验对高聚物注浆材料的吸水率、无 侧限抗压强度进行研究。试验参照《公路土工试验 规程》JTG E40—2007 和《塑料力学性能试验方法 总则》(GB/T 1039—1992) 进行,试件均为直径 40mm、高100mm的圆柱体。 2.1 吸水率 浇筑成型1O组高聚物注浆材料圆柱体试件,每 组3个试件,养生24h后,称取各试件原始重量m。, 计算材料密度;然后将试件放人常温水浴中浸泡 24h,由于材料密度较低,故采用石块将其压入水中, 用滤纸擦拭表面粘附水,称取试件重量m 。试件吸 水率根据式(1)进行计算: ’ : nl ×lo0 (1) 试验结果见表l。 表1 吸水率试验结果 密度与吸水率的关系曲线如图1所示。 4.O ● 3.5 3.0 母2.5 \ 纂2宦f 1.o \ .5 一 1.O 1.5 、● O.0 80 lOO 12o 14o 16o 18o 200 220 240 密度(kg/m。) 圈1 吸水率与密度的关系曲线 材料具有吸水率小、含气量高、抗渗性好的特点,利 用其进行路基、基层加固及?昆凝土板板底脱空治理 能够获得良好的效果。 2.2无侧限抗压强度 根据《公路土工试验规程》JrI’G E40—2007中 元侧限抗压强度的测试方法,成型不同密度的试件, 分别测试其无侧限抗压强度。 表2 无侧限抗压强度试验结果 善 骥幽 加 蚰 伽 主暑一—◆一抗压强度—-●一破坏应变 … /. \ \ ∞ 鲫 %, 崔 一/ \ 8O 1oo 12o 14o 16o 18o 200 220 240 密度(1cg,m。) 图2 无侧限抗压强度与密度关系曲线 从图2中可以看出随着密度的增大,高聚物注 浆材料的抗压强度不断增大,而最大应力下所对应 的应变却不断减小。而从破坏形态上看,试件破坏 时并没出现明显的脆性破坏,只是材料内部结构遭 到破坏,产生过大的不可恢复的塑性变形,且塑性变 形能力随着密度的增大而不断减小;密度较小时,试 件仅发生塑性变形;密度较大时,试件表面会出现裂 W 2015年第8期 陈华梅:高聚物注浆技术在白改黑路面大修工程中的应用 缝破坏。这主要是由于随着密度的减小,材料内部 的空穴不断增大,支撑竖向荷载的能力就减小,但由 于材料具有良好的弹性及塑性变形能力,因此破坏 应变不断变大。 高聚物注浆材料的无侧限抗压强度均超过标准 轴载0.7MPa,能够满足路基路面的施工技术要求。 3 实体工程应用研究 由于高聚物注浆材料具有高强、高弹、早强、轻 质等特点,因此适用于白改黑沥青路面的维修养护 工程,为了进一步研究高聚物注浆技术的施工工艺 及检测方案,结合某白改黑路面大中修工程进行研 究。 3.1 工程概况 该路段为白改黑路面,双向四车道,设计车速为 lOOkm/h,路面结构形式为:(4+6)cm沥青面层+ 22cm水泥混凝土面板+25cm水泥稳定碎石基层+ >30cm二灰碎石底基层。在后期的运营过程中, ̄对 沥青路面的各种病害进行了多次路面专项维修施 工。 由于该路段年平均日交通量已达到28106 pcu/d,交通量较大且年平均交通量增长率为 16.3%左右,集装箱、卡车比例大,因此路面出现大 量的车辙、裂缝、坑槽、拥包等路面病害,严重影响行 车舒适性,因此需对白改黑路面进行加罩补强设计。 3.2 原路面结构性能评估 (1)钻芯取样评价 选择车辙、裂缝、坑槽等破坏严重的典型路段进 行钻芯取样,分别测定原沥青混凝土、水泥混凝土、 水稳基层、二灰碎石底基层的抗压回弹模量,并结合 芯样的粘结情况分析病害原因。测试结果见表3。 表3 钻芯取样检测结果 从表3可以看出,沥青面层、水稳基层的模量普 遍低于规范设计值,初步分析原因是由于沥青面层 存在大量的裂缝、沉陷等病害,导致路面水沿着裂缝 下渗,进入基层,在车辆荷载作用下,导致水毁病害 发生;而从芯样外观看,水泥混凝土板与水稳基层存 在脱层现象。这说明路面病害是由于面层沥青混凝 土强度不足及基层破坏共同导致的,存在水泥混凝 土板底脱空的可能。 (2)弯沉检测结果 采用贝克曼梁检测每块水泥混凝土板的板角及 板中弯沉,根据《公路水泥混凝土路面养护技术规 范》JTJ 073.1—2001可知,当弯沉超过0.2mm时即 可认为存在板底脱空,应对水泥混凝土板底进行注 浆加固,弯沉超过0.45mm的则需进行换板处理。 结合工程经验,将板中弯沉1。分为三类,即1。< 0.2ram、0.2mm≤l0≤0.45mm,l0>0.45mm,检测结 果见表4。 表4 弯沉检测结果 根据检测结果可知,该路段大量的混凝土板存 在板底脱空病害,因此需要对弯沉在0.2—0.45mm 之间的混凝土板进行板底注浆加固后再进行加罩补 强。 3.3注浆方案设计 注浆孔采用梅花桩式布置方案,即在板中和板 角各打一个注浆孔,孔径为16mm,具体布置方案如 图3所示。 譬叶 L L 图3 注浆孔布置示意图 根据上述钻芯取样模量检测结果可知,该路段 的基层及底层均出现了不同程度的破坏。因此本次 注浆需注入基底层底部进行基层及底基层的加固补 强,根据路面结构形式拟定注浆深度为90cm。 3.4 施工工艺 北 方 交 通 2015年第8期 高聚物注浆的施工工艺流程图如图4所示。 图4 施工工艺流程图 (1)钻孔,钻孔时必须保证注浆孔竖直,且严格 控制孔深。 (2)注浆孔钻好后,应采用压缩空气将空中的 碎屑、杂物清除干净,并保持干燥,然后埋注浆管并 对管口周围密封。 (3)严格按照配比进行浆料拌制,浆料应随拌 随用,现场应及时做好取样试验工作。 (4)用压力注浆机或压力泵泵送注浆材料,注 浆压力应控制为1.5~2.0MPa,并根据现场情况控 制,记录每块板块注浆压力及注浆材料用量。 (5)注浆作业应从沉陷量大或脱空大的地方开 始,逐步由大到小,先下后上,当相邻孔或接缝中冒 浆,可停止泵送注浆材料,每注完一孔应用木锲堵 孔。 (6)注浆完毕后,高聚物注浆材料固化半小时 即可进行板角弯沉检测,弯沉超过0.2ram的需进行 补浆,直至板角弯沉低于0.2mm。 (7)待全部板角弯沉均低于0.2mm后,方可进 行沥青混凝土面层的加罩。 3.5注浆效果评价 待沥青加铺层施工完毕后,采用自动弯沉仪检 测路面代表弯沉值,并对板角弯沉进行抽样检测,检 测结果见表5。 表5 弯沉检测结果 从表5中检测结果可以看出水泥混凝土板的板 角及板中平均弯沉值都不超过0.2mm,且抽检的混 凝土板块中板角及板中弯沉值超过0.2mm的为 0%。这说明高聚物注浆技术能够有效提高白改黑 路面的结构强度。 采用摩擦系数摆式仪、铺沙法、渗水系数测定仪 测定摩擦摆值、构造深度及渗水系数等路表性能,检 测结果见表6。 表6路表性能检测结果 从表6可以看出,加铺改造后沥青路面的抗滑 摆值、构造深度及渗水系数都能够满足规范要求,这 说明采用高聚物注浆技术进行路面结构补强后加铺 沥青面层的改造技术能够有效改善白改黑路面的路 表性能。 4 结语 高聚物注浆材料具有轻质、高膨胀性、早强、防 水、耐久、安全环保、快速及微损等特性,适用于处理 路基或土基的补强加固;结合室内试验与实体工程 对高聚物注浆材料与技术进行研究表明,高聚物注 浆材料具有较低的吸水率、良好的抗压强度与塑性 变形能力;其吸水率随着密度的增大而减小,无侧限 抗压强度则正好相反;采用贝克曼梁检测白改黑路 面的板角、板中弯沉;对弯沉值在0.2~0.45mm之 间的混凝土板采用梅花桩式注浆孔布置形式进行注 浆,施工完毕后弯沉及路表性能检测结果表明高聚 物注浆技术能够有效处理白改黑路面水泥混凝土板 板底脱空病害,达到提高路面结构性能、改善路表性 能的目的。 参考文献 [1]路畅,陶向华,郭积程.高聚物注浆技术在公路改扩建工程中 的应用[J].山西建筑,2008(32):259—260. 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Application of Waterborne Epoxy Asphalt in Burned Asphalt Pavement Repair Engineering WU Xian ,QIAN Hai.tao ,ZHANG Fan (1.Jiangsu Traffic Technician College,Zhenjiang 212006,China; 2.Transportation College of Southeast University,Nanjing 210096,China) Abstract Waterborne epoxy emulsion asphalt form a spatial network structure after curing,has the very strong anti—stripping ability,good high temperature stability.This paper compared several burned asphalt pavement repair solutions,put orfward to repair the asphalt pavement of smaller burned depth by waterborne epoxy emulsion asphalt sand control technology base on the experiment of bonding properties of waterborne epoxy emulsion asphalt material testing.Illustrate its constuctrion technology,and verify the application of waterborne epoxy emulsion asphalt sand control technology by experiment. Key words Asphalt pavement;Pavement maintenance;Burned pavement;Waterborne epoxy asphalt ・・+・・+・ (上接第54页) The Application of Polymer Grouting Technique on the Overhaul Project of Adding AC Overlay on PCC Pavement CHEN Hua.mei (Shanxi Provincial Communications Planning,Survey&Design Institute,Taiyuan 030012,China) Abstract Polymer grouting material has the property of lightweight,high expansion,early strength, waterproof,durable,safe and environmentllay friendly,fast and micro—loss;Laboratory tests showed that the water absorption of polymer grouting materil ias low and compressive strength and plastic deformation were very well;The concrete slabs were reinforced by grouting technique when the deflection was between 0.2mm一0. 45mm on the overhaul project of adding AC overlay on PCC pavement,the road surface and deflection test results showed polymer grouting technique can effectively deal with the cavity diseases under concrete slabs on the adding AC overlay on PCC pavement. Key words Adding AC overlay on PCC pavement;Polymer;Grouting technique;Deflection