常温液态沥青固化特性与抗冲刷模拟试验研究

摘要

近年来，随着国家基础设施建设项目的大力发展，地下工程、建筑工程、水利工程等多个领域发展迅猛，规模不断扩大，但随之而来的工程问题不断增加，最常见的就是复杂地层中岩土体防渗堵漏和基础补强加固。当前，这类工程问题的解决方法主要依靠注浆技术。
　　沥青注浆是国内近期发展起来的一种快速堵漏新技术，严格意义上讲属于化学注浆范畴。沥青注浆的原理，主要还是依靠沥青的物理性能，以此达到注浆目的。沥青材料与水不互溶，当沥青被加热成流动的液态时，形态发生改变，此时的沥青材料具有较好的流动性和可泵性，沥青浆液进入渗漏部位遇水后发生分散作用，随水流入渗漏通道，冷却后的沥青逐渐粘附在通道的缝壁上，不易被水冲散。随着缝壁上沥青的不断堆积加厚，渗水通道不断缩小直至最终完全堵塞，达到岩土体加固补强、防渗堵漏的目的。
　　本论文旨在针对现有沥青注浆材料的缺陷与不足，特别是对现有沥青注浆改性方面研究较少，在充分收集利用已有资料的基础上，通过室内实验，首先从沥青方面着手进行改性研究，制备出一种在常温下具有较大流动性的液态沥青，并能长时间保持其形态及性质不发生变化。再在制备出的常温液态沥青中加入固化材料，将其与液态沥青混合复配，使常温下的液态沥青又可以凝结固化，以此达到防渗堵漏、补强加固的目的。针对不同类型的固化剂、引发剂、稀释剂和促进剂掺量，设计多组配方，每组配方分别进行初始时、可泵期、凝结时间段浆液粘度测定，浆液固化后固结体抗压强度、粘结强度等强度测定，选出能满足注浆条件的最优配方。最后将试验选出的最优配方材料与普通水泥浆进行不同水头流量下、不同孔隙率条件下的动水抗冲刷模拟试验，对比两种浆液流动性、渗透性、浆液留存率及冲刷后强度等参数，全面评价改性沥青浆材注浆性能。论文的主要研究内容和成果如下:
　　(1)通过多组实验，在加热熔化的基质沥青中加入15％溶剂0＃柴油和2％R型改性剂，充分搅拌、溶解，冷却后的沥青不再恢复到固态，而是呈现出具有一定流动性的液态，成功研制出常温液态沥青。这为沥青注浆省去加热环节，省时省力，提高施工效率提供了前提。
　　(2)在常温液态沥青固化试验中，结合引发剂与4类固化剂在不同掺量比下，对浆液凝结固化过程中各指标的影响，经试验得出宜采用引发剂与B固化剂组合体系，且引发剂与B固化剂两者掺量宜为液态沥青的30％。
　　(3)稀释剂对浆液初始粘度和浆液固结体力学性能有一定影响。掺量过小或过大，浆液固结体力学性能均下降，所以稀释剂掺量应控制在一定的范围内。
　　(4)促进剂对浆液凝结固化速率有着重要影响，考虑固化稍慢有利于浆液的均匀聚合，建议在不影响施工后续工作情况下，促进剂掺量宜为引发剂的2％。
　　(5)在抗冲刷模拟试验中，沥青浆液和水泥浆液冲刷后自身留存率均随孔隙率的增大而降低。沥青浆液留存率整体保持在70％以上，而水泥浆液留存率有的甚至低于60％，说明沥青浆液抗水流冲击性能要好于水泥浆液。在同等孔隙率条件下，沥青材料留存率整体高于水泥浆液10％～20％，直接说明沥青浆液抗冲刷性要优于普通水泥浆液。
　　(6)沥青浆液都能有效的渗透进碎石块间隙，牢牢与碎石块粘附包裹在一起，表明沥青材料渗透性及流动性较好;在水头流量增大时，沥青浆液沿着木槽底部开始向外蔓延，表明沥青浆液扩散性好;普通水泥浆液在动水冲刷前后基本覆盖在碎石体上表面，表明水泥浆液流动性比沥青浆液差，扩散性低于沥青浆液。
　　(7)冲刷试验后沥青浆液基本已完全凝结固化，浆液将碎石块重重包裹，形成一种密实牢固的空间网状结构，连接在一起形成具有较高强度的有机整体。而水泥浆液因水化反应太慢并未固化，水泥浆液与碎石块之间并未胶结在一起，表面间呈分离状态。与沥青注浆材料相比，水泥浆液在实际注浆工程中达不到快速加固补强堵漏的效果。
　　综上所述，试验制得的改性沥青注浆材料具有黏度低、渗透性好、扩散性强、固化快、固结体强度高、抗水冲刷等优点，为动水条件下的岩土体防渗堵漏、补强加固等问题的治理提供了新的思路，具有重要的应用价值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题依据及研究意义

1．2 沥青注浆国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 存在的问题

1．4 研究内容及技术路线

1．4．1 研究内容

1．4．2 技术路线

第2章 常温液态沥青的制备

2．1 常温液态沥青制备的一般方法

2．1．1 溶剂型稀释法

2．1．2 乳剂型稀释法

2．2 试验用常温液态沥青的制备与性能

2．2．1 制备方法

2．2．2 组分分析

2．2．3 技术性能

2．3 本章小结

第3章 液态沥青固化方法及性能检测

3．1 固化试验材料的选取

3．1．1 液态沥青

3．1．2 固化剂

3．1．3 引发剂

3．1．4 促进剂

3．1．5 稀释剂

3．2 各组分间相互作用机理分析

3．2．1 液态沥青与引发剂之间的反应

3．2．2 引发剂与固化剂之间的反应

3．2．3 稀释剂的作用

3．2．4 促进剂的作用

3．3 液态沥青固结性能检测

3．3．1 浆液粘度的测定

3．3．2 浆液可泵期和凝结时间的测定

3．3．3 固化物抗压强度的测定

3．3．4 浆液粘结强度的测定

3．4 本章小结

4．1 引言

4．2 引发固化剂组分及其掺量的选择

4．2．1 强力S型固化剂

4．2．2 1#固化剂

4．2．3 A固化剂

4．2．4 B固化剂

4．3 稀释剂掺量的选择

4．4 促进剂掺量的选择

4．5 本章小结

第5章 沥青浆材简易冲刷模拟试验及效果评价

5．1 抗冲刷试验装置设计

5．1．1 试验原理

5．1．2 装置组成部件

5．1．3 试验数据处理

5．2 试验材料

5．3 沥青注浆材料冲刷试验及结果分析

5．3．1 小孔隙率下沥青注浆材料冲刷试验

5．3．2 中等孔隙率下沥青注浆材料冲刷试验

5．3．3 大孔隙率下沥青注浆材料冲刷试验

5．4 普通水泥浆材冲刷试验及结果分析

5．4．1 小孔隙率下水泥浆材冲刷试验

5．4．2 中等孔隙率下沥青注浆材料冲刷试验

5．4．3 大孔隙率下沥青注浆材料冲刷试验

5．5 两种注浆材料抗冲刷性能对比分析

5．5．1 浆材留存量对比

5．5．2 浆材渗透扩散性能对比

5．5．3 浆材固化性能对比

5．6 本章小结

结论与建议

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果