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路基病害是长期困扰铁路和公路等交通领域的基础设施顽疾,遍布于全国各地。重复荷载作用以及雨水渗入滞留常导致路基土空隙应力的消散以及粉体细颗粒的流失,引发路基翻浆冒泥和沉降病害,导致线路变形,影响行车舒适性和安全性,进行整治。铁路和公路路基病害整治的常用方法是采用水泥注浆法加固,水泥注浆法具有材料便宜、工艺简单的特点。但是,水泥浆制浆作业不仅需要较大的场地,还涉及到废液处理等环保问题,尤为关键的是水泥浆注入后常需要十多小时的固化时间,要求交通中断的时间较长,是日益繁忙的交通运输所不能接受的,且对路基的渗漏水防治效果不明显。因此,研究能大幅度缩短加固时间的新材料和简化施工的新工艺。
高聚物注浆材料作为公路工程建设中常用材料,高聚物注浆材料本身具备诸多优良性能。为避免高聚物注浆材料在工程项目实际应用过程中出现问题,结合高聚物注浆材料特性和其他因素规划工程应用模式,以此高聚物注浆材料在公路工程建设中发挥自身大作用。
高聚物注浆具有非开挖、微创、无损、快速、等优点,是处治路面内部病害的好方法。高聚物注浆材料是两种预聚体液体,将这两种液体混合在一起便立刻发生聚合反应,膨胀后形成泡沫状固体。正是这种混合高聚物树脂的膨胀,能够有效稳定土基、抬升路面或建筑物且可提升地基承载力。具有热固性及低密度的高聚物树脂能够聚合出不溶于水、有弹性且强度高的聚合材料,这种液态树脂相混合后快速发生反应,释放出可控的膨胀力,此膨胀力能够抬升路面。
抗疲劳性能指在公路路面高聚物注浆材料除承受上部结构的静荷载,还需承受公路上行驶车辆产生的动荷载,虽在公路运营中其动荷载通常≤0.1MPa,但高聚物注浆材料在多孔结构中,应重视起动荷载的稳定尺寸。有资料采用MTS试验机对其材料进行各种应力的疲劳测试,加载频率4Hz,试样尺寸:准150mm×50mm。疲劳测试次数达1000万次。试验结果显示,提高大应力,会相应的增加其动变形。对高聚物注浆材料而言,即使其实际运营中承受的荷载超过其2倍,在1000万次疲劳测试后,其疲劳变形也不大。
高聚物注浆材料为高分子材料,其性能直接表现在老化后强度保持率上。利用湿热老化试验对高聚物注浆材料进行检验,以测试其耐老化性能。结果显示,湿热老化龄期越长,高聚物注浆材料的拉伸强度、压缩强度保持率均不断下降,若老化周期为14d和56d时,其压缩强度保持率分别是93%和82%,拉伸强度保持率则分别是92%和83%;当高聚物注浆材料进行90d湿热老化后,其拉伸强度、压缩强度保持率均超过70%,说明高聚物注浆材料具有良好的性能。
CGM聚合物水泥注浆料的质量配比为:聚合物水泥注浆料∶水=10∶(2.5~2.8)。采用强制式搅拌机或改装的冲击电钻进行搅拌,搅拌均匀后使用。拌制好的浆料应色泽均匀,无粉团、沉淀、花白料、泌水等,且流动性符合注浆稠度要求。注浆料配制后,应立即使用,以免凝固。
注浆:将拌好的注浆料装入压力注浆罐,采用0.3MPa左右的压力将浆料连续注入裂缝。竖向裂缝应逐个从下而上一个个灌浆咀注浆,注满的灌浆咀立即封闭。注浆过程应注意排除裂缝中的空气,后一个灌浆管为排气孔,不得堵死,以免影响空气排放。
我国高等级公路绝大部分是半刚性基层沥青路面,基层开裂引起的由下至上的反射裂缝是普遍的裂缝表现形式,此类裂缝的典型特点是下大上小,许多裂缝缝宽从表面上看很窄病害不显著,但实际上基层已在动水压力作用下产生松散、脱空、沉陷等情况影响行车舒适性和安全性。
常规的热沥青灌封、灌封胶、贴缝胶带等手段只对裂缝表面进行修补。局部开挖修补以及单车道铣刨等手段,对面层破坏大,施工时间长,成本高,同时产生大量的道路垃圾,污染环境。为了从根本上修复道路内部病害,通过高聚物注浆技术把注浆材料注入基层和面层的裂缝或孔隙中进行加固,提高基层的承载能力。施工工艺简单,设备轻巧,易操作,同时对路面破坏较小,开放交通快。