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摘要：本文对地聚合物注浆技术中所用到的地聚合物注浆材料、注浆设备、注浆工艺进行了介绍，并通过该技术在江广高速“白改黑”复合式路面病害处治工程中的应用，评价其工程应用效果。
关键词：白改黑，反射裂缝，地聚合物，注浆，弯沉检测，雷达检测
1引言
水泥混凝土路面加铺沥青混凝土面层改造为沥青混凝土路面，俗称“白改黑”。白改黑后的路面由于兼具刚性、柔性两种路面结构形式，是一种复合式路面，具有强度高、平整性好、施工速度快、安全、经济、美观等优点，在水泥混凝土路面加铺改造工程中广泛应用。反射裂缝是白改黑复合式路面在运营使用期间出现的主要病害形式，反射裂缝的产生是由于旧水泥路面在接缝或裂缝附近较大位移引起沥青加铺层内出现应力集中所造成，分为因温度变化引起水泥混凝土面板膨胀或收缩而产生的水平位移，以及因交通荷载作用而产生的竖向剪切位移；当水泥路面板块接缝传荷能力不足时，沥青加铺层在接缝处产生的竖向剪切应力会很大，导致沥青加铺层开裂，路表水下渗冲刷，引起面层剥落，进一步引起板底脱空，造成路面破坏。大量研究表明，由于反射裂缝引起的层间脱空和层间不粘结或粘结力小是造成“白改黑”复合式路面早期损坏的重要原因之一。
目前“白改黑”复合式路面出现开裂、沉陷、坑槽等病害后，局部位置通常采用开挖式修复方式，即全部挖除旧水泥面板和沥青加铺层，对路基进行处治修复后新建路面，或者对沥青加铺层就地再生或现场再生后直接加铺路面结构层，旧路路面病害难以得到彻底处治，造成养护或改造工程的工程量大、维修费用高，修复时间长、对交通影响大，未能取得经济、环保、耐久的处治目的。
地聚合物注浆技术无需破坏现有路面结构，在不破坏并充分利用现有缺损道路的各种材料的情况下，通过地聚合物注浆材料的注入，消除层间脱空，提高了道路的承载能力，可大大减少后期路面的损坏，延长道路使用寿命，降低维修费用；采用该技术进行“白改黑”复合式路面病害处治具有重要的社会和经济意义。
2 地聚合物注浆材料
2.1 地聚合物注浆材料的概念
地聚合物最早是由法国科学家Joseph Davidovits于1985年提出并应用。地聚合物注浆材料主要是利用工业废渣矿物活性成分等材料，通过碱激发剂形成胶凝体结构的无机高性能高分子胶结材料。其合成组份性能要求见表1。
地聚合物注浆材料的特性：
①超高流动性与渗透性：在压力下可以向各个方向流动，通过填充、渗透和挤密迅速将DJZ型地聚合物注浆材料进入微细空隙中，填充脱空区，排除水分，修复道路基层、路面病害和补强路面结构整体强度。
②激活基层或路基填土中的惰性材料：通过碱激发剂可激活基层或路基填土中的惰性二氧化硅和氧化铝，通过与路基、基层中的矿物活性成分进行聚合反应，使地聚合物注浆材料与基层或土壤形成均匀致密粘结性好的结石体，满足道路结构层后期强度与稳定性的需要。
③高抗压、抗折强度及抗水冲刷能力：地聚合物注浆材料反应后结构致密，压力泌水率低，提高道路承载能力、抵抗弯曲拉伸变形产生裂缝的能力，抗水冲刷性能。
④环保清洁：地聚合物材料本身由工业废渣等再生材料制备，材料生产环节节能环保。由于注浆可避免对旧路面材料的开挖、换填、废气处理等环节，从而可节约新沥青和石材等资源，且可避免传统开挖换填维修施工期间的碳排放及粉尘污染。
2.3 地聚合物注浆材料专用注浆设备
为了实现地聚合物注浆时浆液稠度、浆液流量、水灰比、压力等智能反馈控制，选用地聚合物材料进行注浆施工时需采用专用的ZJ-150型地聚合物智能注浆设备，如图1所示。该设备属于集成车载式注浆设备，集钻孔、上料、搅拌、存储、注浆、清洗功能为一体，满足地聚合物注浆流程所需的各种操作，可大大减轻施工人员的劳动强度。
（左：之字形 右：梅花桩形）
图2 “白改黑”复合式路面注浆孔布孔形式
2）钻孔：使用直径16mm或20mm的钻头钻孔，按照施工设计要求进行钻孔，钻孔深度应穿透路面结构层。
3）制浆：根据所选用的地聚合物注浆材料类型按照其性能要求的水灰比进行注浆液配制，安装注浆管和注浆头。
4）注浆：启动注浆设备，调整压力至设计注浆压力（1.5M MPa）并进行试注观测；开启注浆泵，稳压态注浆，待注浆压力上升超过设计注浆压力1.5M MPa时或注浆设备活塞停止5s以上或路面抬升立即停止注浆，拔出注浆头，移至下一孔。
5）封孔：注浆作业结束后，及时用木塞封闭注浆时的冒浆孔，并用土工布擦洗注浆孔周边溢出的浆液。
6）养护：地聚合物注浆后养生时间不能低于4小时。养生期内禁止车辆通行。
7）开放交通：待养护时间满足要求后方开放交通。
3“白改黑”复合式路面病害地聚合物注浆处治工程应用实例
3.1工程概况
江广高速是江苏苏中第一条高速公路，于1996年全线贯通，双向四车道，设计时速120km/h。全线有两种路面结构：沥青混凝土、水泥混凝土。经统计，沥青混凝土路面约占总里程的47.6%，水泥混凝土路面约占总里程的52.4%，其间隔分布。江广高速在2001年和2003年分别进行了两次中修改造，在旧路面结构层上加铺沥青面层。江广高速路面结构型式如下图所示：
图5 地聚合物注浆处治后路面弯沉值
3.2注浆处治效果
（1）通过弯沉数据分析可知：
①从整体上来看，处理路段一车道处治之前弯沉代表值为28.7（0.01mm），处治之后弯沉代表值15（0.01mm）。处理路段二车道处治之前弯沉代表值为28.7（0.01mm），处治之后弯沉代表值14（0.01mm），通过注浆处理后处治效果明显。
②从单点值分析，全部检测点共916个，其中13个点超出加铺后的设计弯沉值22.89（0.01mm），单点合格率为98.6%。
根据地聚合物注浆段落注浆前后弯沉的降低率分析，可以看出大部分弯沉值的降低率均在40%以上，说明注浆处治存在比较明显的效果，弯沉降低率可作为压浆处治的一个控制标准。
通过对地聚合物注浆段落注浆处治后路面弯沉值的数据统计，可以看出地聚合物处治后98.5%的检测点弯沉值能够小于20（0.01mm）。
（2）通过雷达检测数据分析可知：
随机选取K1000+852~K1000+878段地聚合物压浆路面进行了雷达探测，以了解压浆所至层位、渗透范围等，从而初步判断地聚合物的压浆效果。
图6-2 注浆前后对比图
通过对地聚合物压浆段前后雷达探测图对比可知：
①图6-1中压浆前后水泥板脱空处雷达反射信号发生了较大变化，由注浆前脱空位置的振幅900~1100下降为500~-450，甚至出现负起跳（振幅为负即为负起跳），主要是由于脱空处被地聚合物填充（地聚合物中主要成分为水泥，与上层水泥砼主要成分接近），从而造成介质差异减小，雷达信号通过不同介质时，振幅减小。所测路段内绝大部分脱空在经过压浆后被地聚合物填充，结合现场施工判断，由于地聚合物具有较好的流动性及渗透性，对脱空处治具有较好的效果。
②图6-2中压浆前的雷达探测图中，虚线方框内出现了间隔为1.5m的均匀反射信号，与现场所钻孔洞相对应，通过地聚合物压浆后，虚线方框内的反射信号减弱甚至消失，孔洞之间的脱空振幅由800下降为500~-400，甚至出现负起跳，此处地聚合物压浆效果较好，填充率达到91.7%（脱空长度6m，填充长度5.5m）。
4结论
江广高速“白改黑”复合式路面地聚合物注浆工程实例表明：地聚合物具有较好的流动性及渗透性，通过地聚合物压浆后，雷达图像中振幅变化较为明显，所测路段内绝大部分脱空得到较大改善，压浆后浆体填充率均能达到80%以上；且经地聚合物注浆处治后，路面结构承载力可提高40%以上。采用地聚合物注浆加固补强技术，可稳定沥青加铺层下旧水泥混凝土板块，填充结构层空隙和补强路基，实现路面非开挖式结构补强和病害处治目的，具有很好的工程应用推广价值。
参考文献:
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[2]高聚物注浆技术处治高速公路病害的经济效益分析［J］．公路工程,2013(2):12~15.
[3]Davidovits J． Geopolymers and geopolymeric materials ［J］． Journal of Thermal Analysis，1989，35 ( 2) ：429~441．
论文作者:吕瑞品,扈俊峰
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/14
标签：聚合物论文; 注浆论文; 路面论文; 材料论文; 沥青论文; 病害论文; 结构论文; 《建筑学研究前沿》2017年第30期论文;