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1、高分子材料注浆技术高分子材料注浆技术主讲：张红春 博士20132013年年0 05 5月月“高速公路病害系统处治新技术高速公路病害系统处治新技术”系列之二系列之二一、传统维修方法二、高分子材料及其注浆技术三、高速公路病害处治高分子材料注浆施工四、应用工程及其推广应用情况五、总结主要内容主要内容一、传统维修方法 1.开挖式维修l周期长l造价高l对交通干扰大l产生大量废料 2.水泥压浆l“压”浆 注浆压力 注浆材料（水泥、粉煤灰、水、外掺剂）l养生要求l脆性材料（抗拉强度低）l 耐久性差 3.加铺或罩面l均匀加铺l路况存在差异，加铺厚度如何确定？ 开裂、基层脱空、唧泥路段：加铺难以根治病害 无病害
2、路段：加铺造成资源浪费二、高分子材料及其注浆技术1.高分子注浆材料分类非水反应类非水反应类双组份弹性体双组份弹性体双组份发泡体双组份发泡体 水敏感型水敏感型 水不敏感型水不敏感型高分子注浆材料高分子注浆材料水反应类水反应类亲水型亲水型疏水型疏水型开孔材料开孔材料闭孔材料闭孔材料本项技术采用本项技术采用的高分子注浆的高分子注浆材料属于：材料属于：非水反应类非水反应类 双组份发泡体双组份发泡体 闭孔材料闭孔材料 水不敏感型水不敏感型2.高分子材料特性研究环保试验环保试验耐化学腐蚀性试验耐化学腐蚀性试验渗透性能试验渗透性能试验 膨胀力试验膨胀力试验 抗压强度试验抗压强度试验抗拉强度试验抗拉强度试验弯
3、曲试验弯曲试验环保试验环保试验高聚物浸泡水检测报告高聚物浸泡水检测报告生活饮用水卫生规范生活饮用水卫生规范成分成分2424小时浸泡水小时浸泡水（B B）/mg.L/mg.L-1-17272小时浸泡水小时浸泡水（B B）/mg.L/mg.L-1-13 3个月浸泡水个月浸泡水（B B）/mg.L/mg.L-1-1成分成分限值限值FeFe0.050.050.050.050.050.05铁铁0.3 0.3 （mg/l)mg/l)MnMn0.050.050.050.050.050.05锰锰0.10.1（mg/l)mg/l)CuCu0.050.050.050.050.050.05铜铜1.0 1.0 （mg
4、/l)mg/l)ZnZn0.050.050.050.050.050.05锌锌1.01.0（mg/l)mg/l)CrCr0.050.050.050.050.050.05铬（六价）铬（六价）0.050.05（mg/l)mg/l)AsAs0.00080.00080.00050.00050.00030.0003砷砷0.050.05（mg/l)mg/l)SeSe0.0010.0010.00060.00060.00040.0004硒硒0.010.01（mg/l)mg/l)HgHg0.000040.000040.000030.000030.000020.00002汞汞0.0010.001（mg/l)mg/l
5、)CdCd0.00010.00010.00010.00010.0050.005镉镉0.0050.005（mg/l)mg/l)PbPb0.0010.0010.0010.0010.010.01铅铅0.010.01（mg/l)mg/l)ClCl- -0.30.30.440.442.32.3氯化物氯化物250250（mg/l)mg/l)SOSO4 42-2-0.10.10.170.171.581.58硫酸盐硫酸盐250250（mg/l)mg/l)F F- -0.050.050.110.110.090.09氟化物氟化物1.01.0（mg/l)mg/l)NONO3 3- -0.180.180.240.24
6、0.50.5硝酸盐（以硝酸盐（以N N计）计）2020（mg/l)mg/l)AlAl3+3+0.010.010.010.010.010.01铝铝0.20.2（mg/l)mg/l)pHpH5.975.975.725.725.545.54PHPH6.5-8.56.5-8.5CNCN- -0.0020.0020.0020.0020.0020.002氰化物氰化物0.050.05（mg/l)mg/l)CHClCHCl3 30.020.020.020.020.00320.0032氯仿氯仿0.060.06（mg/l)mg/l)CClCCl4 40.0010.0010.0010.0010.00180.0018
7、四氯化碳四氯化碳0.0020.002（mg/l)mg/l)总溶固总溶固161621215757溶解性总固体溶解性总固体10001000（mg/l)mg/l)嗅和味嗅和味无无无无无无臭和味臭和味无无挥发酚类挥发酚类（以苯酚计）（以苯酚计）0.0020.0020.0020.0020.0020.002挥发酚类挥发酚类（以苯酚计）（以苯酚计）0.0020.002（mg/l)mg/l)耐化学腐蚀性试验耐化学腐蚀性试验溶液名称溶液名称体积损失率（体积损失率（%）评价等级评价等级氢氧化铵（氢氧化铵（10%10%）3.4良好良好盐酸（盐酸（10%10%）4.2良好良好硫酸（硫酸（10%10%）5.6良好良好氢
8、氧化钠（氢氧化钠（10%10%）1.1优良优良氢氧化钠（浓）氢氧化钠（浓）2.6优良优良甲醇甲醇4.1良好良好乙醇乙醇3.9良好良好煤油煤油3.5良好良好汽油汽油3.6良好良好机油机油2.3优良优良水水0优良优良抗水渗透性能试验抗水渗透性能试验膨胀力试验膨胀力试验抗压强度试验抗压强度试验抗拉强度试验抗拉强度试验弯曲试验试验弯曲试验试验3.高分子注浆材料主要特点（1 1）高高膨膨胀胀性性：高高聚聚物物材材料料的的自自由由膨膨胀胀比比可可达达20:120:1，可可以以填填充脱空和裂缝，同时可以进一步压密周围介质。充脱空和裂缝，同时可以进一步压密周围介质。（2）轻轻质质：反反应应后后形形成成的的固固
9、体体材材料料自自重重轻轻，其其密密度度不不到到水水泥泥浆或沥青材料的浆或沥青材料的10%10%。（3）早早强强：高高聚聚物物材材料料能能够够迅迅速速固固化化，可可在在1515分分钟钟内内达达到到其其最最终终强强度度的的90%90%。材材料料具具有有良良好好的的弹弹性性，并并具具有有较较高高的的抗抗拉强度。拉强度。（4）防水：防水：固化后材料具有良好的防水性能。固化后材料具有良好的防水性能。（5）耐久：耐久：材料稳定耐久，在地下可达百年以上。材料稳定耐久，在地下可达百年以上。（6）安全：安全：对环境无污染。对环境无污染。4.高分子材料注浆技术高高分分子子材材料料注注浆浆技技术术是是2020世世纪
10、纪7070年年代代末末发发展展起起来来的的工工程程维维修修技技术，在国外主要用于建筑物地基加固或地板修复术，在国外主要用于建筑物地基加固或地板修复高分子材料注浆技术原理按照一定配比，向地基中注射多组份高聚物材按照一定配比，向地基中注射多组份高聚物材料，材料发生反应后体积迅速膨胀并形成泡沫料，材料发生反应后体积迅速膨胀并形成泡沫状固体，达到加固地基、填充脱空的目的状固体，达到加固地基、填充脱空的目的高聚物注浆技术原理高聚物注浆技术原理国外道路维修高聚物注浆技术研究现状高聚物注浆技术逐步成为国际上道路非开挖维修技术领域高聚物注浆技术逐步成为国际上道路非开挖维修技术领域的研究热点。目前在水泥混凝土路
11、面维修方面取得了进展。的研究热点。目前在水泥混凝土路面维修方面取得了进展。现存的主要问题：现存的主要问题：施工工艺依赖于工程经验，与无损检测施工工艺依赖于工程经验，与无损检测技术相脱节。技术相脱节。 高速公路病害处治关键技术：病病害害诊诊断断 无无损损检检测测技技术术（FWD、GPR）病害处治病害处治 精细化高聚物注浆技术精细化高聚物注浆技术 无无损损检检测测与与高高聚聚物物注注浆浆技技术术集成集成三、高速公路病害处治高分子材料注浆施工以无损检测技术为基础的高速公路病害处治高聚物注浆技术以无损检测技术为基础的高速公路病害处治高聚物注浆技术PRP探地雷达(GPR)技术特点 lGPRGPR综合应用
12、了瞬态电磁场理论、时域测量技术、纳综合应用了瞬态电磁场理论、时域测量技术、纳秒脉冲源技术、超宽带天线技术和信号处理技术等多方面秒脉冲源技术、超宽带天线技术和信号处理技术等多方面的技术成果的技术成果 l l 具有快速、连续、无损伤等特点具有快速、连续、无损伤等特点 l l GPRGPR已已成成为为路路面面无无损损检检测测技技术术的的重重要要组组成成部部分分，并并代代表表了了路路面面结结构构层层厚厚度度、压压实实度度、含含水水量量（沥沥青青含含量量）和和病病害检测技术的发展方向害检测技术的发展方向 1.探地雷达无损检测技术界面R0界面R1界面R2发射信号I0A1A2A3空气0路基3面层1基层2信号
13、处理机时窗数字处理固体腔反射信号接收天线发射天线数字打印磁盘波形显示GPR工作原理传统检测方法传统检测方法 探地雷达快速无损检测方法探地雷达快速无损检测方法基层厚度变化显著 基层松散底基层松散底基层松散、底基层和基层沉陷基层换填混凝土2.高分子注浆处治高速公路病害施工注浆前检测诊断病害注浆前检测诊断病害注浆方案设计注浆方案设计钻钻 孔孔下注浆管下注浆管安装注射帽安装注射帽注射高聚物材料注射高聚物材料注浆后检测注浆效果注浆后检测注浆效果封封 孔孔清扫环境清扫环境板底注浆板底注浆基底注浆基底注浆加载注浆加载注浆深部注浆深部注浆水泥路面水泥路面 半刚性基层路面半刚性基层路面柔性基层路面柔性基层路面路
14、基路基高高聚聚物物注注浆浆材材料料配配置置施工工艺示图施工工艺示图标点标点下注浆管下注浆管钻孔钻孔封孔封孔雷达检测雷达检测注浆注浆水泥路面高聚物注浆方案及实施效果水泥路面高聚物注浆方案及实施效果（弯沉由（弯沉由8001200微米降至微米降至400微米以下）微米以下）（1 1）水泥路面）水泥路面板底注浆板底注浆（2）加载）加载注浆注浆基层松散路面基层松散路面碎石基层路面碎石基层路面荷载荷载荷载荷载注浆管注浆管注浆管注浆管注浆孔注浆孔注浆孔注浆孔碎石基层沥青路面高聚物加载注浆碎石基层沥青路面高聚物加载注浆实施效果实施效果注浆前检测注浆前检测实施加载注浆实施加载注浆注浆前基层松散注浆前基层松散注浆后
15、取出完整芯样注浆后取出完整芯样注浆注浆补强层补强层探地雷达检测结果探地雷达检测结果（3）深部注浆技术适用路面类型：路基深部病害适用路面类型：路基深部病害注浆管注浆管注浆管注浆管填充空洞填充空洞填充空洞填充空洞压实路基压实路基压实路基压实路基路基路基路基路基半刚性基层沥青路面高聚物注浆方案及实施效果半刚性基层沥青路面高聚物注浆方案及实施效果（ 弯沉由弯沉由500700微米降至微米降至400微米以下）微米以下）（4 4）半刚性基层沥青）半刚性基层沥青路面基底注浆路面基底注浆高聚物注浆排除积水、填充脱空；一次注浆，多层修复。高聚物注浆排除积水、填充脱空；一次注浆，多层修复。施工现场录像施工现场录像施
16、工工法示意施工工法示意预防性养护（整车道注浆）布孔方式及FWD测点150cm150cm125cm注浆孔注浆孔125cmFWD测点测点FWD测点测点预防性养护（整车道注浆）钻孔深度钻孔深度钻孔深度沥青面层沥青面层半刚性半刚性(刚性刚性)基层基层底基层底基层150cm150cm路基路基注浆管深度注浆管深度局部唧泥点位置：注浆孔以唧泥点为中心，呈梅花形：注浆孔以唧泥点为中心，呈梅花形 分布，纵横向距离唧泥点分布，纵横向距离唧泥点0.30m唧泥点中心唧泥点中心0.30m 注浆孔注浆孔 0.30m唧泥点注浆孔布置示意图唧泥点注浆孔布置示意图注浆效果 注浆后既要填充脱空，又不提升路面；注浆后既要填充脱空，
17、又不提升路面； 注浆前对每条缝进行弯沉检测；注浆前对每条缝进行弯沉检测； 注浆前弯沉值大于注浆前弯沉值大于300300微米的点注浆后进行复测；微米的点注浆后进行复测； 注浆前后弯沉值应达到的标准：注浆前后弯沉值应达到的标准： 注浆后弯沉值达不到上述标准的，应实施补注，直至达到上述标准。注浆后弯沉值达不到上述标准的，应实施补注，直至达到上述标准。3.高分子材料注浆系统高分子材料注浆系统系统组成系统组成（1）动力子系统）动力子系统（2）供料子系统）供料子系统（3）配比子系统）配比子系统（4）注射子系统）注射子系统（5）辅助器械）辅助器械系列系列多功能高聚物注浆系统多功能高聚物注浆系统四、应用工程及
18、其推广应用路段唧泥病害严重路段唧泥病害严重 开开挖挖维维修修不不能能根根治治病病害害，而而且且造造价价高高，工工期期长长，对对交通干扰大，并产生大量废料。交通干扰大，并产生大量废料。 试验段实施效果试验段情况试验段情况 主要病害是横缝，且大部分为比较严重的宽主要病害是横缝，且大部分为比较严重的宽缝，数量多，缝间距短，雨后唧泥现象极为严重。缝，数量多，缝间距短，雨后唧泥现象极为严重。20062006年年1111月底做过超薄磨耗技术月底做过超薄磨耗技术( (NovaChipNovaChip) )处理后，处理后，但面层很快又出现裂缝和唧泥。但面层很快又出现裂缝和唧泥。试验段施工现场试验段施工现场排除
19、泥水排除泥水注浆前后弯沉对比结果注浆前后弯沉对比结果 试验段维修结果试验段维修结果注浆前后弯沉对比结果注浆前后弯沉对比结果 试验段维修结果试验段维修结果注浆前后弯沉值统计表注浆前后弯沉值统计表注浆前注浆前注浆后注浆后注浆前注浆前弯沉弯沉平均值平均值注浆后注浆后弯沉弯沉平均值平均值 弯沉值弯沉值平均下降平均下降百分比百分比300微米微米点数点数466396 183 54% 400微米微米点数点数270500微米微米点数点数190未注浆路段雨后第二天情况未注浆路段雨后第二天情况K498+388-K498+980K498+388-K498+980西行高聚物注浆路段雨后第二天情况西行高聚物注浆路段雨后
20、第二天情况钻芯结果钻芯结果全面检测和采用高聚物注浆技术进行针对性快速维修全面检测和采用高聚物注浆技术进行针对性快速维修应用高聚物注浆前后年度维修费用支出对比国家发改委综合运输研究所：高速公路快速维修高聚物注浆技术经济社会效益研究 采用高采用高聚物注浆技聚物注浆技术后年度维术后年度维修费用支出修费用支出明显减少明显减少节省工期节省工期70%以以上上节省造价节省造价30%以以上上延缓高速公路大延缓高速公路大中修中修35年年推广应用情况推广应用情况三年内完成河南、湖北、安徽、贵州、广西、四三年内完成河南、湖北、安徽、贵州、广西、四川、浙江等省川、浙江等省6060多条高速公路病害处治，累计修多条高速公
21、路病害处治，累计修复病害面积达复病害面积达100100多万平方米多万平方米高聚物注浆施工现场高聚物注浆施工现场高聚物注浆维修前后对比高聚物注浆维修前后对比河南省某高速公路高聚物注浆施工现场河南省某高速公路高聚物注浆施工现场其他应用情况其他应用情况河南省某高速公路高聚物注浆施工现场河南省某高速公路高聚物注浆施工现场河南省某高速公路高聚物注浆施工现场河南省某高速公路高聚物注浆施工现场河南省某高速公路高聚物注浆施工现场湖北省某高速公路高聚物注浆施工现场湖北省某高速公路高聚物注浆施工现场贵州省某高速公路高聚物注浆施工现场贵州省某高速公路高聚物注浆施工现场贵州省某高速公路高聚物注浆施工现场贵州省某高速公
22、路高聚物注浆施工现场安徽省某高速公路高聚物注浆施工现场安徽省某高速公路高聚物注浆施工现场广西某高速公路高聚物注浆施工现场广西某高速公路高聚物注浆施工现场1.高速公路快速维修高聚物注浆技术主要特点高速公路快速维修高聚物注浆技术主要特点 快快速速：施施工工快快捷捷，不不需需养养生生，大大幅幅度度节节省省工工期期，减减少少对对 交通的干扰。交通的干扰。 耐耐久久：根根治治病病害害。采采用用高高聚聚物物注注浆浆技技术术，一一次次注注浆浆，多多 层层修修复复，即即基基层层与与底底基基层层、底底基基层层与与路路基基之之间间 脱空、开裂、松散和唧泥病害均被处治。脱空、开裂、松散和唧泥病害均被处治。 经济：经
23、济：维修具有针对性，节省维修经费。维修具有针对性，节省维修经费。 环保：环保：避免了开挖维修造成的资源浪费和环境污染。避免了开挖维修造成的资源浪费和环境污染。五、总结2.高聚物注浆技术的发展高聚物注浆技术的发展 桥头搭板的处治桥头搭板的处治 隧道脱空与渗漏处治隧道脱空与渗漏处治 堤防大坝防渗加固堤防大坝防渗加固82q桥头搭板沉陷防治高聚物注浆技术板底注浆法板底注浆法梁底注浆法梁底注浆法 83注浆前沉陷注浆前沉陷3cm3cm注浆后抬平注浆后抬平工程应用工程应用84p隧道病害处治高聚物注浆技术隧道底板脱空高聚物注浆快速维修技术隧道底板脱空高聚物注浆快速维修技术85隧道渗漏高聚物注浆处治技术w开开发发了了高高聚聚物物自自膨膨胀胀止止浆浆塞塞封封孔孔和和反反压压注注浆浆复复合合技技术术，解决了高水压、大流量渗漏处治关键技术难题解决了高水压、大流量渗漏处治关键技术难题86注浆前渗漏水严重注浆前渗漏水严重注浆后有效封堵渗漏水注浆后有效封堵渗漏水野三关隧道渗漏水现场野三关隧道渗漏水现场高聚物注浆高聚物注浆
