一种公路裂缝修复材料及修复方法与流程

本发明涉及一种公路裂缝修复材料及修复方法，属于公路养护技术领域。

背景技术：

裂缝是路面最常见、最易发生的早期病害之一。虽然初期路面产生的裂缝对公路路面的使用性能无明显影响，但若不及时对公路路面出现的裂缝进行处理，随着裂缝的延伸和扩大，路面将会加速老化而严重损坏，致使路面不得不大修或者重铺，严重时将会导致交通事故的发生，造成人员和财产损失。

目前，修复路面采用的补缝材料主要有：热沥青类、沥青乳液、专用材料等。其中，热沥青类补缝材料具有温度敏感性差，使用过程中能耗大，粘结力不足、耐低温性差、环保性差等特点；乳化沥青类灌缝材料粘结性能较差，水分不易挥发、环保性能差等缺点；而专用材料类灌缝材料粘度太大，不宜充分渗入裂缝、环保性能差等缺点。而近年来发展迅速的生物固化加固技术则具有固化强度高，粘结力强，工艺简单，成本低较为经济，且低碳环保，质量可控，工期短等等许多优点，极其符合公路裂缝的工程需求。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有路面补缝材料存在的能耗大、粘接力不足、环保性差等问题，本发明提供一种公路裂缝修复材料，并提供了一种利用该修复材料修复公路裂缝的方法。

技术方案：本发明所述的一种公路裂缝修复材料，为由豆酶加固液处理过的砂石填料，其中，豆酶加固液由大豆脲酶溶液与无机处理液按体积比1:1～1:5配制而成，无机处理液的成分为：尿素和钙盐，摩尔比为2:1～1:2。由豆酶加固液处理过的砂石填料通过生物催化反应形成“生物豆酶水泥”，有效地填充在公路裂缝当中，起到修复裂缝的作用。

上述钙盐为可溶性钙盐，可为硝酸钙、氯化钙、醋酸钙中的一种或几种。

优选的，大豆脲酶溶液由豆类植物中提取得到，提取方法为：将豆粉与水按质量比1:15～1:40配置成豆粉混合液，静置2小时后，过滤除去豆渣，所得滤液即为大豆脲酶溶液。豆类植物优选为刀豆。

本发明所述的利用该修复材料修复公路裂缝的方法，包括下述步骤：

(1)制备豆酶加固液；

(2)先用砂石填料填满裂缝，然后用豆酶加固液处理裂缝处的砂石填料，完成公路裂缝修复。

其中，裂缝中加入的砂石填料的质量可为2500～3000kg/m³

优选的，豆酶加固液的处理方式为：对裂缝表层砂石填料采用喷洒处理，对裂缝内部的砂石填料采用灌浆处理。

具体的，步骤(2)中，对裂缝进行填补时，将管壁带有注浆孔的注浆管与砂石填料一起填入裂缝，使注浆管的顶部与路面齐平，铺设完成后，先向注浆管内加入豆酶加固液、处理裂缝内部的砂石填料，处理完后采用砂石填料将注浆管填满，再向填满砂石填料的裂缝表面喷洒豆酶加固液。

较优的，采用豆酶加固液对裂缝表层砂石填料喷洒处理4～8次，对裂缝内部的砂石填料灌浆处理的次数也为4～8次。处理4次基本能达到加固效果，处理8次后效果非常显著，能够结成坚硬的整体并具有很强的胶结能力。

进一步的，豆酶加固液喷洒处理砂石填料时每次的用量为30～60l/m²，灌浆处理砂石填料时每次的用量为3～9l/m³。处理量控制在该范围内可以获得较好的效果，而且节省时间和成本。相邻两次处理之间的时间间隔最好为3～6h，以便尿素水解作用充分进行，从而可节约处理成本，同时能改善生成物结晶状态、加强加固黏结效果。

发明原理：本发明将砂石填料加入公路裂缝压实后，将大豆脲酶溶液与处理液混合后获得的加固液注入到填满砂石填料的裂缝中，并喷洒于表面，利用尿素水解反应产生的碳酸根与反应过程中ph的上升促进方解石的结晶，胶结砂石填料，使填料具有很高的强度和很强的胶结力，有效地修复公路裂缝。

有益效果：与现有技术相比，本发明的显著优点为：(1)采用本发明的公路裂缝修复材料处理后裂缝处砂石填料的强度、刚度及胶结力均能得到显著提升，而且，可以通过调节处理遍数或处理液浓度来适应不同工况，合理调节裂缝填料的强度、刚度及胶结力；(2)本发明的公路裂缝材料基于生物豆酶加固修复技术，简单便捷，成本低廉，相比于热沥青类、沥青乳液、专用材料等传统材料具有一定的经济优势，而且工程质量易于控制；同时，生物豆酶加固过程环保，对环境无污染；(3)本发明的修复方法较为简便，可操作性强，处理周期短且耐久性好。

附图说明

图1为采用本发明的公路裂缝修复方法对裂缝进行注浆的处理过程示意图；

图2为实施本发明的公路裂缝修复方法时采用的注浆设备的结构示意图；

图3为实施本发明的公路裂缝修复方法时采用的喷洒设备的结构示意图；

图4为未处理的沙土与处理后的沙土的应力应变曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

本发明的一种公路裂缝修复材料，是由豆酶加固液处理过的砂石填料，该修复材料立足于生物豆酶加固技术，即“生物豆酶水泥”技术，通过生物催化反应形成“生物豆酶水泥”，一段时间后便形成具有高强度、高粘接力、且低碳环保的裂缝修补材料，有效地修补公路裂缝。

其中，豆酶加固液由大豆脲酶溶液与无机处理液按体积比1:1～1:5配制而成。大豆脲酶溶液可由豆类植物中提取得到，提取方法为：将大豆破碎磨制成豆粉，豆粉与水按质量比1:15～1:40配置成豆粉混合液，静置2小时后，过滤除去豆渣，所得滤液即为大豆脲酶溶液；豆类植物可为刀豆。

无机处理液的成分为：尿素和钙盐，两者摩尔比为2:1～1:2；两者的摩尔浓度一般为1～2mol/l。其中，钙盐为可溶性钙盐，可为硝酸钙、氯化钙、醋酸钙中的一种或几种。

该公路裂缝修复材料依赖的生物反应过程是土体生态环境中本身存在的过程，与现有的沥青材料等补缝材料相比，成本低、更经济，而且在满足强度及黏结性能要求的同时，不会对环境造成污染。

利用该修复材料修复公路裂缝的方法包括下述步骤：

(1)制备豆酶加固液；

(2)先用砂石填料填满裂缝，然后用豆酶加固液处理裂缝处的砂石填料，完成公路裂缝修复。

步骤(2)中，豆酶加固液的处理方式为：对裂缝表层砂石填料采用喷洒处理，对裂缝内部的砂石填料采用灌浆处理。具体施工工艺为：如图1，对裂缝10进行填补时，将管壁带有注浆孔21的注浆管20与砂石填料一起填入裂缝，使注浆管20的顶部与路面齐平，在砂石填料及注浆管20铺设完成后，先向注浆管20内加入豆酶加固液、处理裂缝内部的砂石填料数次，豆酶加固液自注浆管20管壁的注浆孔21流出，渗入裂缝内不同深度位置的砂石填料中，使裂缝内部各深度位置的砂石填料均能处理到；灌浆处理完后，采用粒径较小的砂石填料填满注浆管20，再向填满砂石填料的裂缝表面喷洒豆酶加固液数次。

裂缝中加入的砂石填料的质量一般为2500～3000kg/m³。

采用豆酶加固液处理裂缝处的砂石填料的次数一般为4～8次，处理4次基本能达到加固效果，处理8次后效果非常显著，能够结成坚硬的整体并具有很强的胶结能力。

每次采用豆酶加固液喷洒处理砂石填料时的用量为30～60l/m²，灌浆处理砂石填料时每次的用量为3～9l/m²。处理量控制在该范围内可以获得较好的效果，而且节省时间和成本。相邻两次处理之间的时间间隔最好为3～6h，以便尿素水解作用充分进行，从而可节约处理成本，同时能改善生成物结晶状态、加强加固黏结效果。间隔时间如果太短会增加材料成本，间隔时间太长会增加施工的时间成本和人工成本，在此时间范围内可以在降低成本的同时获得较好效果。

可采用图2所述的注浆设备对灌浆处理砂石填料，该注浆设备包括装有豆酶加固液的储液箱1，储液箱1内部装有扇叶2、可驱动扇叶2旋转的电动机3以及电泵4，储液箱1底部设有出液口，出液口连接水管5，且出液口设置有阀门6；使用时，将水管插入注浆管中，启动电动机，打开阀门，将豆酶加固液由注浆管注入裂缝内的砂石填料中、对内部砂石填料进行加固处理；注浆完成后，可在水管顶端安装喷头7，得到图3中的喷洒设备，采用喷洒设备向裂缝表层砂石填料喷洒豆酶加固液，对表层砂石填料进行加固处理。而且，注浆或喷洒过程中，电动机驱动扇叶旋转，可保证豆酶加固液不会沉底。

本发明将砂石填料加入公路裂缝压实后，将大豆脲酶溶液与处理液混合后获得的加固液注入到填满砂石填料的裂缝中，并喷洒于表面，利用尿素水解反应产生的碳酸根与反应过程中ph的上升促进方解石的结晶，胶结砂石填料，使填料具有很高的强度和很强的胶结力，有效地修复公路裂缝。

实施例1

路面上有一裂缝，最宽处的宽度为15厘米，最深处的深度为20厘米，长度为1米，这种路面裂缝的修复方法，包括以下步骤：

(1)将干燥的大豆破碎磨成豆粉，将豆粉与水按质量比1:25配置成豆粉混合液，静置2小时后，过滤除去豆渣，得大豆脲酶溶液；

(2)配制无机处理液，无机处理液的成分为：尿素和钙盐，两者摩尔比为1:1；两者的摩尔浓度为1mol/l；

(3)清水冲洗裂缝，清除裂缝内杂物；

(4)往裂缝中加入85kg的砂石填料，沿着裂缝长度每隔20cm插入一根与裂缝基本等深的带有注浆孔的注浆管，并通过碾压机压实形成与原路面平滑连接的修补块；

(5)配制豆酶加固液：将大豆脲酶溶液和无机处理液按照体积比1:2混合配制豆酶加固液；

(6)采用图2中的注浆设备将水管插入注浆管中，将180ml豆酶加固液分别从5个注浆管注入裂缝填料，接着再次用碾压机压实形成与原路面平滑连接的修补块；

(7)重复注入180ml豆酶加固液4次，在最后一次注入豆酶加固液后，将注浆管中填满砂石填料整平表面；

(8)在图2所示设备的水管顶端安装喷头，得到图3中的喷洒设备，对裂缝填料表面，重复喷洒7l豆酶加固液4次；

(9)最后一次处理后，压实整平填料表面，铺设塑料覆盖层养护72h。

实施例2

路面上有一裂缝，最宽处的宽度为10厘米，最深处的深度为30厘米，长度为80厘米，这种路面裂缝的修复方法，包括以下步骤：

(1)将干燥的大豆破碎磨成豆粉，将豆粉与水按质量比1:30配置成豆粉混合液，静置2小时后，过滤除去豆渣，得大豆脲酶溶液；

(2)配制无机处理液，无机处理液的成分为：尿素和钙盐，两者摩尔比为2:1；两者的摩尔浓度为2mol/l；

(3)清水冲洗裂缝，清除裂缝内杂物；

(4)往裂缝中加入60kg的砂石填料，沿着裂缝长度每隔15cm插入一根与裂缝基本等深的带有注浆孔的注浆管，并通过碾压机压实形成与原路面平滑连接的修补块；

(5)配制豆酶加固液：将大豆脲酶溶液和无机处理液按照体积比1:5混合配制豆酶加固液；

(6)采用图2中的注浆设备将水管插入注浆管中，将75ml豆酶加固液分别从5个注浆管注入裂缝填料，接着再次用碾压机压实形成与原路面平滑连接的修补块；

(7)重复注入75ml豆酶加固液6次，在最后一次注入豆酶加固液后，将注浆管中填满砂石填料整平表面；

(8)在图2所示设备的水管顶端安装喷头，得到图3中的喷洒设备，对裂缝填料表面，重复喷洒2.5l豆酶加固液6次；

(9)最后一次处理后，压实整平填料表面，铺设塑料覆盖层养护72h。

实施例3

路面上有一裂缝，最宽处的宽度为20厘米，最深处的深度为25厘米，长度为2米，这种路面裂缝的修复方法，包括以下步骤：

(1)将干燥的大豆破碎磨成豆粉，将豆粉与水按质量比1:40配置成豆粉混合液，静置2小时后，过滤除去豆渣，得大豆脲酶溶液；

(2)配制无机处理液，无机处理液的成分为：尿素和钙盐，两者摩尔比为1:2；两者的摩尔浓度为1mol/l；

(3)清水冲洗裂缝，清除裂缝内杂物；

(4)往裂缝中加入300kg的砂石填料，沿着裂缝长度每隔40cm插入一根与裂缝基本等深的带有注浆孔的注浆管，并通过碾压机压实形成与原路面平滑连接的修补块；

(5)配制豆酶加固液：将大豆脲酶溶液和无机处理液按照体积比1:1混合配制豆酶加固液；

(6)采用图2中的注浆设备将水管插入注浆管中，将900ml豆酶加固液分别从5个注浆管注入裂缝填料，接着再次用碾压机压实形成与原路面平滑连接的修补块；

(7)重复注入900ml豆酶加固液8次，在最后一次注入豆酶加固液后，将注浆管中填满砂石填料整平表面；

(8)在图2所示设备的水管顶端安装喷头，得到图3中的喷洒设备，对裂缝填料表面，重复喷洒24l豆酶加固液8次；

(9)最后一次处理后，压实整平填料表面，铺设塑料覆盖层养护72h。

实验一：加固性能测试试验

(1)制备试样：为验证该方法对砂料的力学性能的加强，在两个模型箱中利用沙土制作两个相同的宽为20cm、长为40cm、高为20cm的立方体试块，其中一个试块不做任何处理作为参照试样，另一个采取豆酶加固液处理。

(2)沿着试块长边方向每隔20cm插入1根直径20cm的侧壁开孔的塑料管；

(3)通过注浆孔注浆处理，每个注浆孔内注浆4次，每次注入实例1中豆酶加固液100ml；采用喷洒装置向边坡表面喷洒4次，每次喷洒实例1中豆酶加固液4l；每隔4小时分别注浆和喷洒一次。

(4)取样：试块养护72h后，用内径50mm、高100mm的取样筒，分别在两个模型箱中取两个三轴试样。

(5)加固效果测试：加固处理后砂料的三轴固结不排水抗压应力应变关系曲线如图4，可以看到，未处理砂料强度为700kpa，加固处理后砂料强度为1720kpa、为未处理砂料强度的2.46倍。