乳化瀝青水泥復合材料壓力灌漿技術的應用

劉旭棟

(1云南平捷工程設計咨詢有限公司， 云南 昆明 650000；2蘭州大學， 甘肅 蘭州 730000)

0 引言

在以往的水泥混凝土路面中，水泥是其中的膠結料，在瀝青混合料中，瀝青也為其中的膠結材料[1]。而研究過程中，將瀝青和水泥組成復合材料作為膠結材料可有效降低混凝土生產施工過程中能源消耗及污染物排放的目標，同時吸收瀝青混凝土的柔性和水泥混凝土的剛性特征[2]。

1 灌漿材料及灌漿機理

1.1 灌漿材料

乳化瀝青水泥復合材料即乳化瀝青和水泥主要組成，具體則是由陽離子乳化瀝青、保護助劑、填料等組成[3]。

（1）陽離子乳化瀝青。對陽離子乳化瀝青是重要組成部分，它的選擇要考察乳化劑的HLB值、ζ電位值和乳化劑溶液的pH值。

（2）保護助劑。它是一種在一定環境下控制乳化瀝青的破乳速度。

(3)填料。硅酸鹽水泥、水泥粉煤灰是灌漿材料的主要填充材料。水泥和乳化瀝青之間的反應過程是互補的，乳化瀝青破乳的水分正好被水泥硬化所應用。粉煤灰是酸性材料，有利于乳化瀝青的破乳顆粒較細，是非常優良的填料[4]。

在實際工程中，根據是實際情況采用不同的灌漿方式以及材料來增加復合材料的可操作性和灌漿質量。

1.2 乳化瀝青水泥復合材料的灌漿機理

利用復合材料在灌漿壓力下的劈裂效應、擠密、滲透效應將混凝土板下中的空氣、泥漿等排出路面之外。用灌入的漿體即乳化瀝青水泥復合材料對空氣、泥漿等進行替代，而漿液固結后使基層成為一個非常密實的整體，并且板體具有很好的防水、防滲能力，阻止泥漿中的水分對路基的侵蝕和破壞，徹底解決翻漿、唧泥等病害，同時也較好的對板體和基層的空隙進行了填充、補強、加固，提高路面板的承載能力，滿足設計規范的要求。

2 灌漿技術的施工工藝

灌漿的施工工藝一般為靜壓化學注漿法，見圖1.

圖1 灌漿的施工工藝

(1)布孔。一般情況下先在四角邊緣分別打孔，然后在中間打孔，使孔洞呈梅花樁。每隔2～3米設一個封堵灌漿。

(2)鉆孔。鉆孔直徑為46mm，一般的鉆孔深度到精加工層（貫穿瀝青路面）。

(3)調漿。調漿工作需專業人員進行，漿液的配比需根據現場實際情況提前配好。

(4)壓漿。灌漿采用單液灌漿系統，即將漿液提前調配好，通過擠壓泵的壓力將漿液擠壓進路面板的底部，使之充滿路面板的底部，使路基與路面板的脫空區得到充分的填充，從而使路面和路基形成一個穩定牢固的整體

(5)灌漿壓力。考慮到瀝青路面為柔性路面，在灌漿時灌漿壓力必須進行非常嚴格的控制，以瀝青混凝土的抗折強度乘以經驗系數0.12來進行計算。

(6)灌漿次序。以下幾個方面為影響灌漿順序的重要因素，應該予以重視：

1)以灌漿孔群為單位的注漿次序。前期的注漿情況對于后期的注漿工作是有著非常大的影響的，后期注漿孔洞的注漿工作會由于前期注漿、注漿壓力以及其他施工因素而產生注漿流偏，為避免漿液流偏必須適當的劃分注漿孔群，按照劃分的先后數字次序來進行注漿，已達到均勻的流動和良好的注漿效果，具體見圖2。

2)以堵水防滲為目的灌漿施工次序。一般從原則上來說，注漿的先后次序就是逐漸加密孔洞，即縮小孔與孔之間的距離。這樣做可以令漿液逐漸被擠密壓實，可以逐漸促進灌漿的帷幕的連續性；逐步提高灌漿的壓力，能使漿液逐漸充分地擴散均勻用來提高灌漿的密實性。各孔的漿液注入量能夠反應灌漿的情況以及灌漿質量。

3)以加固地基為目的的灌漿孔施工次序。這種目的的灌漿施工必須嚴格貫徹順序施工的原則，第一個孔洞鉆孔、灌漿，然后接著第二個孔洞鉆孔、灌漿。這種原則可以及時檢查注漿的情況。

圖2 注漿孔群的次序

(7)檢測方法。灌漿質量和灌漿效果是兩個不同的概念，灌漿質量是指灌漿的施工工作是否嚴格按照相關的施工要求和施工規范標準進行，灌漿材料的品種、灌漿漿液的配比、灌漿壓力、鉆孔深度等是否滿足規范要求。而灌漿效果是指灌漿之后是否達到一定的使用效果，將地層的物理力學性質改善到什么地步。因此灌漿質量好并不等同于灌漿效果好，二者并沒有必然的聯系。檢測方法分為以下兩種：

1)實驗室檢測法。一般的實驗室檢測方法，即鉆芯取樣法，通過對鉆出的樣體的密度、空隙率、液體的充填情況等重要的物理力學指標的測定，來評價灌漿的質量和效果。

2)現場觀測法。現場觀測的方法分為唧水病害和唧泥病害兩種情況的檢測。唧水檢測:施工后觀測，使漿液充填后一小時后破乳形成固結體，令路基和路面之間的脫空區域完全填充，使路基路面的固結強度超過4MPa，并且使路基路面能夠形成一個完整的整體擁有非常強的抗變形能力，并且固結體具有較強抗變形能力。可以在降雨之后肉眼觀察當重載車通過時是否出現冒水的現象來判斷是否有唧水病害。唧泥病害的檢測:在施工完成后，可以通過人體的肉眼觀察路面是否在重載車通過之后路面出現翻漿的病害來判定是否是唧泥病害。

3 乳化瀝青水泥復合材料壓力灌漿技術在工程上的應用

3.1 唧水及唧泥路段處置方法

唧水及唧泥路段的處置方法分為以下幾步：

（1） 布孔一般情況下，每塊混凝土板和布設其他病毒路段一樣布設 5個注漿孔，在特殊情況下，比如路面板斷裂的情況下，可增設孔洞數量，原則上來說，在滿足灌漿要求的情況下應盡可能的減少布孔數量（如圖3）。

（2） 鉆孔深度鉆至脫空層，下陷板鉆至軟弱土層（46cm左右）；唧泥路段深度鉆至泥漿層（大約58cm～90cm）。鉆的孔洞的直徑為46mm。

（3） 漿液配比基礎脫空填充此種復合材料的配比是：水泥：水：保護劑：乳化瀝青=10:5～8:0.5～1:5～7；唧泥路段漿液配比為10:5～8:0.8～1:3～5。漿液配比完成后需采用單液灌漿法灌漿。

（4） 灌漿壓力。脫空層的施工原理是將里面的積水或泥漿用灌漿的漿液代替，使之從施工縫中被擠出，灌漿壓力應控制在0.2～0.4 MPa，下陷板是通過漿液使路基路面的下陷區域抬升到相應位置，灌漿壓力應控制在0.8～1.2 MPa(如圖4)。

（5） 后處理。灌漿工作完成后，應拆除相關灌漿的設備，并立即清洗灌漿頭灌漿管等設備以免堵塞，注漿孔用水泥砂漿磨平，將路面打掃清洗潔凈。

圖3 布孔情況

圖4 注漿示意圖

3.2 灌漿施工過程中的注意事項

在灌漿施工過程中是會有可能出現緊急情況的，如果出現此種情況，必須立即采取相應的緊急措施來進行處理。

(1)灌漿中斷。在施工過程中，如果出現斷漿，應首先找出斷漿的原因，并且使之快速解決問題恢復灌漿工作，如果不能及時恢復，就必須進行孔內清掃工作，避免孔洞堵塞，再恢復灌漿工作，如果不能清孔，立即停止灌漿工作收起灌漿設備，以免造成灌漿事故。

(2)串漿。串漿是指向一孔中灌漿的過程中，漿液從其他孔中冒出。應采取以下措施：加大孔間的孔距；根據串漿情況，適當延長相鄰孔洞的灌漿間隔，使漿液基本凝固之后再進行相鄰孔洞的灌漿工作。

(3)冒漿。在灌漿的過程中，灌進去的漿液從其他縫隙或地方中向外涌出的現象，稱為冒漿。主要處理措施：一是采取表面堵蓋的處置方法；二是采用減低壓力、減少貫入量、增稠漿液、間歇式的灌入方法來進行注漿，必要的情況下可以加入速凝劑使之迅速凝固。

(4)大量漏失。當灌漿時出現大面積的漿液漏失的情況下，處理方式和處理冒漿問題的第二種方法相同；必要時，可注入砂漿或其他充填料如水泥一水玻璃等速凝材料先堵大通道。

(5)路基瞬間下沉。路基瞬間下沉通常是因漿液配合比不合理、含水量多、從其他地方冒漿或者漏漿嚴重的情況下，路面在車輛的碾壓下產生向下的沉降。采取的處理措施：立即將灌漿工作停止，找出原因，通過調整水灰比例，用吸水材料將多余的水分吸走。

4 結語

乳化瀝青水泥復合材料壓力灌漿技術對于路面的裂縫、板底脫空、唧水、唧泥等水泥混凝土路面常見病害有著非常好的修補作用。這種技術是一種非常值得推廣的實用技術對于 路面的修補、病害處理以及路面的養護工作來說。

但是由于國家的并沒有出臺這種技術買的相關規范，并且在現行的國家公路相關的技術標準以及規范之中，并沒有具體規定這種水泥乳化瀝青復合材料混合料的允許應力值、彎沉值大小的數值。因此，這種技術還處于不太成熟的階段。

在工程的應用中，雖然這種水泥乳化瀝青材料的應用并不少，但是工程人員大多數是根據自己的工程實踐經驗來進行這種材料的應用，沒有可以比對的標準規定，這就進一步限制了水泥乳化瀝青復合材料壓力灌漿技術在路面工程中的應用。一般工程中，在這種技術的應用中，由于工程各種不確定因素，還需要乘以相關的經驗系數等各類系數。同時，還需要修訂系數的修訂，用來確定實測值和理論值之間的數值關系，這就需要大量的調查和試驗來確定了。

這種技術雖未全國范圍內大量的進行推廣應用，但是已有很多的工程實例和研究成果，這種技術先進、可操作性強、施工工藝簡便、治理病害的效果良好并且治理成本較低。因此，這種技術值得廣泛的推廣應用。

[1]秦先濤，祝斯月，豆懷兵，陳拴發. 水泥乳化瀝青復合材料粘彈性能的依時性研究[J].材料導報，2014(16)：8-10.

[2]劉永亮，孔祥明，閻培渝. 水泥-瀝青膠凝材料動態力學行為的初步研究[J].工程力學，2011(07)：35-37.

[3]杜少文，王振軍.水泥改善乳化瀝青混合料的使用性能[J].建筑材料學報，2009(01)：59-61.

[4]王振軍，沙愛民，杜少文，袁文豪.水泥乳化瀝青混凝土漿體-集料界面區結構形成機理[J].公路，2008(11)：75-77.