乳化沥青水泥复合材料压力灌浆技术的应用

刘旭栋

(1云南平捷工程设计咨询有限公司， 云南 昆明 650000；2兰州大学， 甘肃 兰州 730000)

0 引言

在以往的水泥混凝土路面中，水泥是其中的胶结料，在沥青混合料中，沥青也为其中的胶结材料[1]。而研究过程中，将沥青和水泥组成复合材料作为胶结材料可有效降低混凝土生产施工过程中能源消耗及污染物排放的目标，同时吸收沥青混凝土的柔性和水泥混凝土的刚性特征[2]。

1 灌浆材料及灌浆机理

1.1 灌浆材料

乳化沥青水泥复合材料即乳化沥青和水泥主要组成，具体则是由阳离子乳化沥青、保护助剂、填料等组成[3]。

（1）阳离子乳化沥青。对阳离子乳化沥青是重要组成部分，它的选择要考察乳化剂的HLB值、ζ电位值和乳化剂溶液的pH值。

（2）保护助剂。它是一种在一定环境下控制乳化沥青的破乳速度。

(3)填料。硅酸盐水泥、水泥粉煤灰是灌浆材料的主要填充材料。水泥和乳化沥青之间的反应过程是互补的，乳化沥青破乳的水分正好被水泥硬化所应用。粉煤灰是酸性材料，有利于乳化沥青的破乳颗粒较细，是非常优良的填料[4]。

在实际工程中，根据是实际情况采用不同的灌浆方式以及材料来增加复合材料的可操作性和灌浆质量。

1.2 乳化沥青水泥复合材料的灌浆机理

利用复合材料在灌浆压力下的劈裂效应、挤密、渗透效应将混凝土板下中的空气、泥浆等排出路面之外。用灌入的浆体即乳化沥青水泥复合材料对空气、泥浆等进行替代，而浆液固结后使基层成为一个非常密实的整体，并且板体具有很好的防水、防渗能力，阻止泥浆中的水分对路基的侵蚀和破坏，彻底解决翻浆、唧泥等病害，同时也较好的对板体和基层的空隙进行了填充、补强、加固，提高路面板的承载能力，满足设计规范的要求。

2 灌浆技术的施工工艺

灌浆的施工工艺一般为静压化学注浆法，见图1.

图1 灌浆的施工工艺

(1)布孔。一般情况下先在四角边缘分别打孔，然后在中间打孔，使孔洞呈梅花桩。每隔2～3米设一个封堵灌浆。

(2)钻孔。钻孔直径为46mm，一般的钻孔深度到精加工层（贯穿沥青路面）。

(3)调浆。调浆工作需专业人员进行，浆液的配比需根据现场实际情况提前配好。

(4)压浆。灌浆采用单液灌浆系统，即将浆液提前调配好，通过挤压泵的压力将浆液挤压进路面板的底部，使之充满路面板的底部，使路基与路面板的脱空区得到充分的填充，从而使路面和路基形成一个稳定牢固的整体

(5)灌浆压力。考虑到沥青路面为柔性路面，在灌浆时灌浆压力必须进行非常严格的控制，以沥青混凝土的抗折强度乘以经验系数0.12来进行计算。

(6)灌浆次序。以下几个方面为影响灌浆顺序的重要因素，应该予以重视：

1)以灌浆孔群为单位的注浆次序。前期的注浆情况对于后期的注浆工作是有着非常大的影响的，后期注浆孔洞的注浆工作会由于前期注浆、注浆压力以及其他施工因素而产生注浆流偏，为避免浆液流偏必须适当的划分注浆孔群，按照划分的先后数字次序来进行注浆，已达到均匀的流动和良好的注浆效果，具体见图2。

2)以堵水防渗为目的灌浆施工次序。一般从原则上来说，注浆的先后次序就是逐渐加密孔洞，即缩小孔与孔之间的距离。这样做可以令浆液逐渐被挤密压实，可以逐渐促进灌浆的帷幕的连续性；逐步提高灌浆的压力，能使浆液逐渐充分地扩散均匀用来提高灌浆的密实性。各孔的浆液注入量能够反应灌浆的情况以及灌浆质量。

3)以加固地基为目的的灌浆孔施工次序。这种目的的灌浆施工必须严格贯彻顺序施工的原则，第一个孔洞钻孔、灌浆，然后接着第二个孔洞钻孔、灌浆。这种原则可以及时检查注浆的情况。

图2 注浆孔群的次序

(7)检测方法。灌浆质量和灌浆效果是两个不同的概念，灌浆质量是指灌浆的施工工作是否严格按照相关的施工要求和施工规范标准进行，灌浆材料的品种、灌浆浆液的配比、灌浆压力、钻孔深度等是否满足规范要求。而灌浆效果是指灌浆之后是否达到一定的使用效果，将地层的物理力学性质改善到什么地步。因此灌浆质量好并不等同于灌浆效果好，二者并没有必然的联系。检测方法分为以下两种：

1)实验室检测法。一般的实验室检测方法，即钻芯取样法，通过对钻出的样体的密度、空隙率、液体的充填情况等重要的物理力学指标的测定，来评价灌浆的质量和效果。

2)现场观测法。现场观测的方法分为唧水病害和唧泥病害两种情况的检测。唧水检测:施工后观测，使浆液充填后一小时后破乳形成固结体，令路基和路面之间的脱空区域完全填充，使路基路面的固结强度超过4MPa，并且使路基路面能够形成一个完整的整体拥有非常强的抗变形能力，并且固结体具有较强抗变形能力。可以在降雨之后肉眼观察当重载车通过时是否出现冒水的现象来判断是否有唧水病害。唧泥病害的检测:在施工完成后，可以通过人体的肉眼观察路面是否在重载车通过之后路面出现翻浆的病害来判定是否是唧泥病害。

3 乳化沥青水泥复合材料压力灌浆技术在工程上的应用

3.1 唧水及唧泥路段处置方法

唧水及唧泥路段的处置方法分为以下几步：

（1） 布孔一般情况下，每块混凝土板和布设其他病毒路段一样布设 5个注浆孔，在特殊情况下，比如路面板断裂的情况下，可增设孔洞数量，原则上来说，在满足灌浆要求的情况下应尽可能的减少布孔数量（如图3）。

（2） 钻孔深度钻至脱空层，下陷板钻至软弱土层（46cm左右）；唧泥路段深度钻至泥浆层（大约58cm～90cm）。钻的孔洞的直径为46mm。

（3） 浆液配比基础脱空填充此种复合材料的配比是：水泥：水：保护剂：乳化沥青=10:5～8:0.5～1:5～7；唧泥路段浆液配比为10:5～8:0.8～1:3～5。浆液配比完成后需采用单液灌浆法灌浆。

（4） 灌浆压力。脱空层的施工原理是将里面的积水或泥浆用灌浆的浆液代替，使之从施工缝中被挤出，灌浆压力应控制在0.2～0.4 MPa，下陷板是通过浆液使路基路面的下陷区域抬升到相应位置，灌浆压力应控制在0.8～1.2 MPa(如图4)。

（5） 后处理。灌浆工作完成后，应拆除相关灌浆的设备，并立即清洗灌浆头灌浆管等设备以免堵塞，注浆孔用水泥砂浆磨平，将路面打扫清洗洁净。

图3 布孔情况

图4 注浆示意图

3.2 灌浆施工过程中的注意事项

在灌浆施工过程中是会有可能出现紧急情况的，如果出现此种情况，必须立即采取相应的紧急措施来进行处理。

(1)灌浆中断。在施工过程中，如果出现断浆，应首先找出断浆的原因，并且使之快速解决问题恢复灌浆工作，如果不能及时恢复，就必须进行孔内清扫工作，避免孔洞堵塞，再恢复灌浆工作，如果不能清孔，立即停止灌浆工作收起灌浆设备，以免造成灌浆事故。

(2)串浆。串浆是指向一孔中灌浆的过程中，浆液从其他孔中冒出。应采取以下措施：加大孔间的孔距；根据串浆情况，适当延长相邻孔洞的灌浆间隔，使浆液基本凝固之后再进行相邻孔洞的灌浆工作。

(3)冒浆。在灌浆的过程中，灌进去的浆液从其他缝隙或地方中向外涌出的现象，称为冒浆。主要处理措施：一是采取表面堵盖的处置方法；二是采用减低压力、减少贯入量、增稠浆液、间歇式的灌入方法来进行注浆，必要的情况下可以加入速凝剂使之迅速凝固。

(4)大量漏失。当灌浆时出现大面积的浆液漏失的情况下，处理方式和处理冒浆问题的第二种方法相同；必要时，可注入砂浆或其他充填料如水泥一水玻璃等速凝材料先堵大通道。

(5)路基瞬间下沉。路基瞬间下沉通常是因浆液配合比不合理、含水量多、从其他地方冒浆或者漏浆严重的情况下，路面在车辆的碾压下产生向下的沉降。采取的处理措施：立即将灌浆工作停止，找出原因，通过调整水灰比例，用吸水材料将多余的水分吸走。

4 结语

乳化沥青水泥复合材料压力灌浆技术对于路面的裂缝、板底脱空、唧水、唧泥等水泥混凝土路面常见病害有着非常好的修补作用。这种技术是一种非常值得推广的实用技术对于 路面的修补、病害处理以及路面的养护工作来说。

但是由于国家的并没有出台这种技术买的相关规范，并且在现行的国家公路相关的技术标准以及规范之中，并没有具体规定这种水泥乳化沥青复合材料混合料的允许应力值、弯沉值大小的数值。因此，这种技术还处于不太成熟的阶段。

在工程的应用中，虽然这种水泥乳化沥青材料的应用并不少，但是工程人员大多数是根据自己的工程实践经验来进行这种材料的应用，没有可以比对的标准规定，这就进一步限制了水泥乳化沥青复合材料压力灌浆技术在路面工程中的应用。一般工程中，在这种技术的应用中，由于工程各种不确定因素，还需要乘以相关的经验系数等各类系数。同时，还需要修订系数的修订，用来确定实测值和理论值之间的数值关系，这就需要大量的调查和试验来确定了。

这种技术虽未全国范围内大量的进行推广应用，但是已有很多的工程实例和研究成果，这种技术先进、可操作性强、施工工艺简便、治理病害的效果良好并且治理成本较低。因此，这种技术值得广泛的推广应用。

[1]秦先涛，祝斯月，豆怀兵，陈拴发. 水泥乳化沥青复合材料粘弹性能的依时性研究[J].材料导报，2014(16)：8-10.

[2]刘永亮，孔祥明，阎培渝. 水泥-沥青胶凝材料动态力学行为的初步研究[J].工程力学，2011(07)：35-37.

[3]杜少文，王振军.水泥改善乳化沥青混合料的使用性能[J].建筑材料学报，2009(01)：59-61.

[4]王振军，沙爱民，杜少文，袁文豪.水泥乳化沥青混凝土浆体-集料界面区结构形成机理[J].公路，2008(11)：75-77.