專利名稱：一種路基土壤穩(wěn)固劑及其使用技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種路基土壤穩(wěn)固劑及其使用技術(shù)，屬筑路工程。
路基土壤穩(wěn)固劑技術(shù)在西方發(fā)達國家已有長達30年以上的使用歷史，被大量應(yīng)用于國家高速公路、機場、海堤、港口、碼頭、水利防滲等工程項目。此項技術(shù)采用就地土壤來強固路基，使其形成一個更為堅固、穩(wěn)定、持久的整體板塊結(jié)構(gòu)，使舊技術(shù)道路中普遍存在的水毀、不規(guī)則沉降、反射性裂縫等問題得以解決，從而大大提高了路基的負載能力，使得道路面層減薄及碎石基層取消。從而使道路基礎(chǔ)的直接投資降低。由于道路基礎(chǔ)條件的有效改善，也就減少了年復(fù)一年的道路維修成本。
我國于96年后引進該技術(shù)，如ISS離子土壤穩(wěn)固劑、固路寶(goodroadbase)、路特固(roadgood)等進口產(chǎn)品。但由于其價格昂貴，不符合我國的國情。實際操作中筑路直接成本與傳統(tǒng)筑路成本相比較未能有較大的減少，難以得到廣泛的推廣。
本發(fā)明的目的在于提供一種價格便宜、性能優(yōu)于進口路基穩(wěn)固劑的替代產(chǎn)品。由于其價格低廉，效果及筑路工藝同國外同類產(chǎn)品相似，因而可以作到真正使筑路工程直接投資額減少20％～50％，日后的維修費減低40％～60％。
本發(fā)明是運用丙烯酸聚合物改性的物理化學(xué)性質(zhì)來實現(xiàn)的。因其具有帶負電的羧酸根離子，可以電離，與黏土的外緣帶陽電中和，達到永久的平衡，使黏土由親水性變?yōu)槭杷?，同時產(chǎn)生絡(luò)合反應(yīng)，生成不溶于水的絡(luò)合物，在反應(yīng)初期具有粘性和潤滑性，有利于路基的壓實，從而最大提高路基的密實度、抗壓強度、回彈模量及CBR。一、路基穩(wěn)固劑概述本發(fā)明涉及的這種路基土壤穩(wěn)固劑(substructure soil solidifyingagent，以下簡稱3SA或強路王)是一種多功能的液態(tài)土壤穩(wěn)固劑，其功用是將普通土壤集結(jié)成穩(wěn)定、整體、堅實的路基板塊結(jié)構(gòu)。
道路的生命在于路基，結(jié)實整體堅固的路基，正是我們?nèi)祟愒谥凡僮髦胁粩嘌芯刻剿鳌⒖释纳频囊粋€理想目標(biāo)。3SA的應(yīng)用，使舊工藝標(biāo)準(zhǔn)中投入的施工材料、機械設(shè)備、人工等綜合投入減少20％～50％，并在日后長期的公路使用中減少維護保養(yǎng)費用40％～60％。
使用3SA路基穩(wěn)固劑技術(shù)，只需按程序?qū)⒎€(wěn)固劑材料按比例要求摻入就地土壤，而建造路面的其它準(zhǔn)備工作不變，且施工是不需要增加特殊的機械設(shè)備。應(yīng)用這種技術(shù)，工程施工進度可更快速、更便捷。其穩(wěn)定的路基可防止水的滲透，且不會因為天氣冷熱驟變，差異極大的氣候條件下發(fā)生下陷與斷裂。
3SA可應(yīng)用在高等級公路、機場、港口、碼頭、水利配套等工程中。使用3SA形成的路基，永久性地減少了水與土壤的吸附力，從而解決了土壤的膨脹與縮水。在路基壓實后的承壓比例(C.B.R)值達300％，(C.B.R是全球國際性的運用承壓能力標(biāo)準(zhǔn))二、特性3SA是一種良好的化合型液態(tài)土壤穩(wěn)固劑，它是通過電化絡(luò)合原理永久的將路基土壤的親水性變?yōu)槭杷浴Ｍ瑫r提高土壤微粒之間的吸附力，使路基土壤容易充分壓實且在日后免受雨水的侵害與破壞。
3SA的主要用途是處理改變就地土壤的內(nèi)在親和力，直接用以筑造路面的堅固基層，用其穩(wěn)固土壤筑造的基層較傳統(tǒng)工藝筑造的基層在穩(wěn)定性、強度、整體、板結(jié)力、抗彎折等方面均具有明顯的提高。因此，可將路面(包括面層、基層)結(jié)構(gòu)尺寸減薄50％左右。傳統(tǒng)工藝中的碎石基層將被取消，大大減少石料的投入用量，筑路的直接成本將明顯節(jié)省30％～50％。這一新工藝和傳統(tǒng)工藝路面典型斷面的對比詳見附圖
。
由附圖可見這一程序的工藝結(jié)構(gòu)簡化了，結(jié)構(gòu)厚度明顯的減少，工程量及造價均占較大比例的碎石基層由此去消，面層也相應(yīng)減半。因此，使用3SA穩(wěn)固劑技術(shù)可做到投資成本大幅度降低，工程內(nèi)在質(zhì)量提高，工期明顯縮短。
另外，3SA穩(wěn)固土料還具備以下水工方面的特征抗?jié)B透、抗凍融、抗干濕循環(huán)，可用于水渠、水壩、水庫等水利工程。三、作用機理3SA使土壤中的膠質(zhì)電離失去表面陽性，使之無法再多余地吸收水份，且這種電動反應(yīng)是永久性的，是不可逆的。土壤一旦被壓實穩(wěn)固，將不會再發(fā)生濕漲和塑化，因而也就不會受到日積月累水浸的損害。同時，3SA在初期反應(yīng)還能充當(dāng)土壤微粒之間的粘結(jié)劑和滑潤劑的作用，非常有利于土壤的充分壓實，使路基土壤有效地達到95％以上的最大密實度。
這些機理如何保證土質(zhì)永久的水穩(wěn)定性和抗壓強度，需要結(jié)合土壤的微觀特性分析在土壤中只有粘土是經(jīng)過礦物學(xué)變化的礦石晶體的顆粒，稱為膠體。粘土的結(jié)構(gòu)是八面體或四面體的從格型結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)分子使它們的顆粒表面產(chǎn)生靜電荷，靜電荷的平衡方式是負電荷主要在里面而正電荷主要在外緣。這些靜電荷對水分子的電極產(chǎn)生靜電力吸引，將水分子吸附在顆粒表面。
粘土顆粒又被稱為層狀矽酸鹽，格形結(jié)構(gòu)形成的層狀導(dǎo)致粘土微粒呈現(xiàn)魚鱗狀，造成一些粘土顆粒有很大的表面積。這些表面和水的靜電引力使水能和土粒的大面積表面結(jié)合，結(jié)合水和失掉水的過程便成了膨化或干縮，膨化或縮水過程中產(chǎn)生巨大的能量(相當(dāng)于一萬個大氣壓)，足以使土壤改變原來舊有的形態(tài)。
水和粘土間的這種聯(lián)系形成了粘土特有的內(nèi)聚力和可塑性，這是砂石或沙泥不會具備的。粘土的可塑性使道路能被壓縮成型，粘土的內(nèi)聚力把石子、沙子等強力的凝聚在一起。
日常道路的損壞主要與水侵害有關(guān)。在陰雨天氣過多時水分使土壤膨化過渡，以至變軟甚至變成泥態(tài)，道路因失掉穩(wěn)定性而遭到徹底破壞。若建路時含水份過少使土壤無法形成足夠的內(nèi)聚力，無法達到最大密實度，土中的砂石粒料也粘結(jié)不緊，遇干旱的天氣便會松散或分離。過濕的土壤在干燥縮水過程中還會發(fā)生必然的干裂。膨脹和縮水的循環(huán)使道路破裂或在車輪作用下逐漸損壞。
3SA路基穩(wěn)固劑在水中有一種強大的離子作用，它和粘土顆粒表面的正離子中和，將土粒表面吸附的水分子置換成為自由水，使土粒表面失去了對水的靜電吸附力，被壓實的土壤不再吸收水份，則土壤的膨脹及縮水現(xiàn)象導(dǎo)致的路面破壞也就不會發(fā)生了。3SA的這種離子作用是永久的，不可逆的結(jié)果。一旦和土壤中和就不再被水溶走。
3SA路基穩(wěn)固劑在置換土粒表面的水分子的同時，還生成一種不可溶解的絡(luò)合物，能發(fā)揮類似水泥的凝固作用，這對提高土壤壓實的密度是有著直接作用的。
使用3SA路基穩(wěn)固劑的結(jié)果是在緊固方面，粘土顆粒之間的距離縮短，空隙減少，土壤的密度顯著提高，承載能力大大加強。在穩(wěn)定方面離子交換后，粘土顆粒表面的吸附力大部份被中和了，基本上杜絕了土壤的濕漲與干縮，再也不怕遭受雨水侵擾造成損害。四、承載能力使用3SA路基穩(wěn)固劑新增加的承壓能力，相當(dāng)于C.B.R標(biāo)準(zhǔn)(美國加州承壓標(biāo)準(zhǔn))的300％，而C.B.R是世界公認的一致標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)承壓試驗，用3SA處理后的土壤的抗壓強度可以達到每平米300T以上。
由于離子置換過程中產(chǎn)生了有凝聚作用的絡(luò)合物，使土粒之間的結(jié)合力有效加強。因此，用這種土壤筑成的路基的抗拉及抗彎折能力也大幅度明顯提高。五、施工機械及設(shè)備與我國傳統(tǒng)的筑路工藝相比，3SA路基穩(wěn)固劑對機械并無太多的要求，只需有推土機、壓路機、灑水車及旋拌機即可。其中的旋拌機可以是專用的路拌機，也可以使用能達到深度的農(nóng)用旋耕機。如果有條件，壓路機最好是具有振動式和輪胎式兩種，以便施工進度更加快捷。
為了準(zhǔn)確使用3SA劑量，需要配備一些簡單的計量設(shè)備，如可以計量控制容量的桶或水箱等。六、土壤范圍適用于粘土成份含量占25％以上，粘土粒徑0.074mm不少于15％的任何土壤，但腐質(zhì)土，耕地表面土(含有機雜質(zhì)過多)，塘底淤泥土不能直接使用3SA穩(wěn)固劑。
3SA路基穩(wěn)固劑主要靠土壤中的粘土成份發(fā)揮作用，因此使用前應(yīng)對土壤結(jié)構(gòu)進行分析。若土壤中粘土成份偏低或無粘性的粉砂顆粒偏多，應(yīng)適當(dāng)加入消石灰加以改造。若土壤中含有機質(zhì)偏高，應(yīng)使其和較純的粘土混合使用，并適當(dāng)加入消石灰予以改造。若土壤中酸性偏高或局部可能酸性偏高亦應(yīng)當(dāng)加入消石灰以提高化學(xué)作用效果。
消石灰應(yīng)為粉狀(亦稱熟石灰)，絕對不能含有生石灰顆粒(生石灰碾壓后熟化會膨脹穩(wěn)固層)。消石灰的加入量以5％～10％為宜。在對3SA使用尚不熟悉的初期階段，最好普遍采用適當(dāng)添加消石灰的辦法，以便保證穩(wěn)固效果并提高早期強度。
土壤中的碎石對路基強度會有好處，但不能顆粒太大(粒徑不可大于75mm)也不能影響粘土成份的總體比例。七、操作程序與基本用量1、準(zhǔn)備路床路床是整個路面及路面基層的依托，沒有可靠堅實穩(wěn)定的路床，其上面的路面基層也就無法充分發(fā)揮自身的作用。3SA穩(wěn)固層也和傳統(tǒng)工藝的路面及基層一樣，需要一個完整可靠的路床。
當(dāng)3SA路基穩(wěn)固劑用于新筑公路的面層或基層時，路床是相應(yīng)標(biāo)高下的地基結(jié)構(gòu)層(路堤或路槽)。路床應(yīng)具有相當(dāng)可靠的密實度(93％以上)，且基本平整，其高程應(yīng)達到準(zhǔn)確，路面基層與路肩的分界線應(yīng)明顯標(biāo)出，以防筑作位置有誤，造成漏作或浪費。
當(dāng)3SA用于已遭損壞的原有土路或碎石路的翻新改造時，應(yīng)將表層及碎石土按設(shè)計深度破碎。推出路床并根據(jù)實際需要進行平整碾壓，也要控制好高程及界線。
當(dāng)3SA用于原有舊路上的加鋪層時，原有路面便是路床，應(yīng)對其進行局部認真補平碾壓，過高的部份應(yīng)鏟平。
2、準(zhǔn)備穩(wěn)固層土料將用作路基穩(wěn)固劑穩(wěn)固層的土料按折算厚度攤鋪在路床上，攤鋪時應(yīng)盡可能使不同土質(zhì)充分混合均勻。先用推土機或壓路機碾碎較大的土塊，然后用拌和機或旋拌機將土層充分粉碎拌均拌透，并適當(dāng)整平。
鋪設(shè)厚度應(yīng)計算準(zhǔn)確，使其壓實后恰好符合設(shè)計厚度，這一層的土方量是計算3SA路基穩(wěn)固劑用量的依據(jù)。
充分粉碎，拌均拌勻拌透是關(guān)鍵，土塊太大使藥液無法摻入其內(nèi)部，會形成薄弱層(土塊粒徑控制在2cm以下較宜)。土質(zhì)不均勻(含石量、含砂量、粘土成份含量不均勻)會造成穩(wěn)固效果及壓實密度的不平衡。拌和不透往往使底層材料穩(wěn)固質(zhì)量無法保證。
如果拌和設(shè)備能力不足，應(yīng)分層拌和或適當(dāng)增加拌和次數(shù)，或更換能力及深度能保證的拌和設(shè)備。如果備用的土料濕度偏高，應(yīng)適當(dāng)晾曬或增加翻拌次數(shù)，使含水量盡可能降低10％以下，以利充分吸收3SA溶液。最后測出這種土料的實際含水量和最佳含水量。
3、配兌及噴灑3SA溶液(1)根據(jù)已準(zhǔn)備好的路基土料的實際含水量和最佳含水量計算出每立方米應(yīng)當(dāng)加入的水量及該作業(yè)路面需要的總水量，總水量可以比最佳含水量高1％～2％用以補充蒸發(fā)損失。
(2)根據(jù)土壤情況選定3SA路基穩(wěn)固劑的劑量比(每立方米土料的原劑體積一般為2升～2.5升/立方米)及該作業(yè)路面的總劑量。
(3)先用該作業(yè)路面的總水量及總劑量各一半配兌成溶液，在準(zhǔn)備好的土層上均勻噴灑一遍，盡量一次噴完，然后用拌和機充分翻拌均勻。
(4)根據(jù)第一遍噴灑后土壤的實際含水量來調(diào)整后一半用水量，將其和余下的一半劑量配兌成溶液后全部噴灑入該作業(yè)面。然后再次進行充分拌和，使藥液在土壤中有效均勻分布。
注意噴灑時盡量不要噴出界線以外，拌和時不可以把外界生土卷入處理區(qū)。若局部卷入過多，應(yīng)人工進行噴灑補充藥液并重新拌勻。
4、整平碾壓用拌和機拌勻的土層應(yīng)是均勻平整的(拌后輪跡除外)。若不平整則應(yīng)找平并嚴格預(yù)留路拱坡度，然后進行充分碾壓使密度達到95％以上。
為了保證質(zhì)量，最好先用輕碾壓，一遍后再用重碾或振動碾壓至所需密實度，若出現(xiàn)碾壓裂紋，可用輕碾或膠輪碾收縫。
為了保證成路拱，壓路機的橫移方向應(yīng)從兩邊向路中心移動，在彎道處則應(yīng)從低側(cè)向高側(cè)移動。壓路機的每一行程的橫移距離要均勻，一般不應(yīng)超過30mm。橫移不均或過大會造成壓實不均甚至?xí)斐善茐男缘臐撛诘目v向裂紋。
壓路機絕不可在即將完成的碾面上變速，轉(zhuǎn)彎或停留，這些動作會造成局部裂紋。
5、養(yǎng)生3SA路基穩(wěn)固劑通過化學(xué)作用使土基穩(wěn)固，有一個反應(yīng)期，完成碾壓后需要良好養(yǎng)生。防止表層水分蒸發(fā)過快造成干裂。養(yǎng)生的辦法有(1)碾壓完成后24～36小時內(nèi)即做路面面層或以專門作封面的穩(wěn)固劑Z-1或Z-2噴灑表面。Z-1為0.5％聚環(huán)氧乙烷，Z-2為0.01％聚氧化乙烯。
(2)用3SA路基穩(wěn)固劑稀液(1∶1000)每天早晨輕灑一遍，連續(xù)噴灑三至四天，可達到養(yǎng)生效果(計算劑量總數(shù)時應(yīng)考慮這一需要)。
(3)在碾壓完成前平均薄撒一層細碎石(0.5--1.5cm)并和土層表面一同完成壓實，有利于減慢蒸發(fā)速度，也有利于以后加鋪面層。
(4)若養(yǎng)生中發(fā)現(xiàn)表面細小網(wǎng)狀裂紋，這是表層粘土干縮過快所至(在藥液效力發(fā)揮前)所造成的。完全不影響路基的正常使用。只需用細土灌補裂縫(阻止縫內(nèi)水分快速蒸發(fā))后繼續(xù)完成養(yǎng)生或封面。
6、基本用量表(1)劑量比2～2.5升/立方米。
(2)幾種常用路面穩(wěn)固層寬度及厚度每公里需用的劑量(按2.08升/立方米計)。單位升 八、物化性質(zhì)及應(yīng)用常識3SA是一種可調(diào)色的液體，比重1.25，可100％溶于水中，原液顯酸性，ph＜2，氣味微酸，避免聚量吸入，原液操作者應(yīng)佩戴手套及眼鏡，操作時盡量避開桶口，應(yīng)密閉保存于通風(fēng)干燥處，遠離火源。原液不易燃燒，但一旦被動燃燒會放出有毒氣體二氧化硫及氧化磷，應(yīng)盡快撲滅，水及二氧化碳可滅其火。九、關(guān)于水利方面的應(yīng)用
3SA穩(wěn)固土壤的優(yōu)良性能(強度、密實度、水穩(wěn)定性、干濕穩(wěn)定性等)可使它在水利設(shè)施建筑中發(fā)揮極好的作用。例如用于水渠的防滲襯層，不僅施工工藝簡便、工程造價低、工期短、抗坍塌等優(yōu)良性能，這些性能均達到或超過國家規(guī)定數(shù)值。附圖注釋圖ASA穩(wěn)固劑技術(shù) 僅用兩層結(jié)構(gòu)，分為面層與基層結(jié)構(gòu)第一層為4～6厘米瀝青面層第二層為20～30厘米3SA穩(wěn)定基層(高等級公路根據(jù)設(shè)計要求確定基層厚度)第三層為壓實素土地基(路床)圖B傳統(tǒng)方法 分為三層路面結(jié)構(gòu)，分別為面層、基層、底基層第一層為8～12厘米瀝青面層第二層為15～20厘米碎石基層第三層為15～30厘米改良土底基層(石灰、水泥、粉煤灰)第四層為壓實素土地基(路床)
權(quán)利要求
1.以低分子量或高分子量聚丙烯酸(PAA)為主要成分的土壤穩(wěn)固劑。
2.以丙烯酸單體、水、引發(fā)劑、活性劑為原料生產(chǎn)的聚丙烯酸(PAA)土壤穩(wěn)固劑。
3.外觀為無色或由于添加染色劑為白色、紅色、黑色、橙黃色、蘭色、棕色等各種顏色的聚丙烯酸(PAA)土壤穩(wěn)固劑。
4.以各種色澤的聚丙烯酸(PAA)土壤穩(wěn)固劑修筑的公路、鐵路、城鄉(xiāng)礦山道路及水壩、機場、球場的路床、地基層、基層、面層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種路基土壤穩(wěn)固劑及其使用技術(shù)，屬筑路工程。本發(fā)明運用電化絡(luò)合原理使就地土壤穩(wěn)固成一個更為堅固、耐水、穩(wěn)定、持久的整體板塊結(jié)構(gòu)的路基，使舊技術(shù)道路中普遍存在的水毀、不規(guī)則沉降、反射性裂縫等問題得以解決。穩(wěn)固的基層比傳統(tǒng)施工的基層提高了抗壓、抗彎折強度，提高了回彈模量和承載比。從而可使面層減薄，取消碎石基層，由傳統(tǒng)的路面三層結(jié)構(gòu)變?yōu)槎?，且提高道路的質(zhì)量，使修筑速度更加快捷。成本降低20％～50％。這種路基土壤穩(wěn)固劑可廣泛用于簡易公路的面層、城鄉(xiāng)公路、高等級公路的路基、底基層、基層；機場、港口碼頭、水庫堤壩、房地產(chǎn)開發(fā)等交通工程和基礎(chǔ)工程建設(shè)。
文檔編號C09K17/14GK1393502SQ0111487
公開日2003年1月29日 申請日期2001年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月2日
發(fā)明者張振慧 申請人:張振慧