季冻区高聚物注浆材料力学性能试验研究

发布时间：2020-03-19 16:14

【摘要】：由于较大的季节性差异,季冻区路面抵抗自然因素影响的能力明显不足,冻胀、翻浆、融沉、裂缝等病害严重,季冻区路面的维修养护面临极大的困难,早期修建的高速公路陆续进入了大、中修阶段。目前,高聚物注浆修复新技术仅是针对非季冻区公路领域有一些应用,而对季冻区的公路应用尚未开展。因此研究季冻区高聚物注浆材料的力学特性是高聚物注浆技术应用在季冻区路面养护的基础和关键,对高聚物注浆技术在季冻区的推广应用具有重要的意义。以高聚物注浆材料为基础的高聚物注浆技术,材料性能的优劣直接影响注浆效果的好坏,结合吉林省公路养护管理部门的养护计划,研究了温度变化及冻融循环对季冻区高聚物注浆材料力学性能的影响。主要研究内容和成果有:(1)测试了不同密度高聚物注浆材料在-35℃~40℃不同温度下的抗压强度和抗拉强度。结果表明,抗压强度随密度的增大而增大,温度变化对抗压强度有一定影响,密度较大时,温度变化对抗压强度的影响比较明显,且抗压强度随温度的升高而降低;温度变化对高聚物材料的抗拉强度基本上没有明显影响,抗拉强度随密度的增加而逐渐增加。(2)对高聚物注浆材料进行不同次数的冻融循环试验,分析了冻融循环作用对不同密度高聚物注浆材料的力学性能影响,发现其力学性能随着冻融循环次数的增加而降低,其中0.4g/cm~3的材料受冻融循环作用的影响最小,为季冻区工程实践应用中选取与之匹配的、密度适宜的高聚物注浆材料提供了理论支撑;(3)通过对试验段路面进行高聚物注浆修复,对比注浆前后FWD和GPR检测结果,发现注浆后试验段弯沉下降了20%,疏松部位被填充挤压密实。高聚物注浆材料可适用于季冻区路面病害修复,有效处治季冻区路面病害,提升路面强度。
【图文】：

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图 1.1 高聚物注浆技术示意图根据注浆压力的不同，注浆方式可以分为静压注浆法和高压旋喷法。其中静压注浆基于地质条件，浆液在土壤中的作用机理，浆液的运动形式以及替代方式等，静压注浆又可进一步分为裂隙注浆、渗透注浆、压密注浆、劈裂注浆。结合高聚物工程路面的实际开挖情况分析，高聚物在路面中大多以层间片状楔形填充，浆液沿着劈裂间隙流动，优先向主应力小的面扩展，并在层间定向分裂扩散，并在渗透胶结的作用下，与土体形成浆土胶结体填充脱空，挤密压实，稳定基础，密封防水。道路非开挖维修高聚物注浆技术综合应用落锤式弯沉仪（FWD）或探地雷达（GPR）快速检测路面病害，评价路面结构，判断路面病害情况，根据检测结果设计有针对性的维修计划，确定高聚物注浆施工过程和注浆孔布置。注浆孔布置通常为矩形或梅花形，间距为 1 至 2m，然后“对症下药”在病害位置处打孔注浆，使用专用的注浆设备将高聚物注入基础，最后，通过无损检测评估注浆后路面的效果[26-29]。具体包括：

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现堵塞管道的问题，注浆效果欠佳[57][58]。双组份非水反应类材料由两组浆液混合反应而成，双组份弹性体不需要水的参与可自行反应，形成一种具有良好粘结性的弹性体，可用于填缝、密封、止水等[59]。双组份发泡体 A 料与 B 料接触发生化学反应，不需要水作为催化剂，与双组份弹性体的主要区别是加入了发泡剂，并由于较快的反应速度与较好的膨胀性，可应用于各种工程针对性的处理病害。根据泡沫结构，双组份发泡体可分为开孔材料与闭孔材料，闭孔材料不透水具有良好的抗渗性，可应用于基础工程的维修加固，如建筑、公路、铁路、隧道、桥梁等。它是一种优良的注浆材料，双组份发泡高聚物材料中的绝大多数是水敏感型材料，而温度是影响高聚物注浆材料性能的重要因素，包括注浆前浆液的预热温度及注浆时浆液聚合反应时的温度均影响高聚物注浆修复的效果，，周围环境条件的温度变化也影响着注浆后的材料的工作状态。本文用于季冻区病害修复的高聚物材料是一种新型的非水反应类不敏感型自膨胀闭孔高分子聚合物。它由两种主要成分组成：蓝色材料和红色材料，蓝料主要包括聚醚多元醇和催化剂、发泡剂等助剂，红料主要包括异氰酸酯，两种材料在混合后发生化学反应，主要有凝胶反应和发泡反应两种，如图 2.2：
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U418.6;U414

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