40年來(lái)，在建筑行業(yè)和建筑修復(fù)行業(yè)中，使用地質(zhì)聚合物來(lái)修復(fù)沉降和地面損壞的項(xiàng)目顯著增加。捷敖貝已經(jīng)連續(xù)30年站在這項(xiàng)技術(shù)的最前沿，與專業(yè)合作伙伴供應(yīng)商共同研發(fā)了29種地質(zhì)聚合物，為各種地面破損及沉降問(wèn)題提供定制的解決方案。本報(bào)告分析了與傳統(tǒng)施工方案相比，使用地質(zhì)聚合物技術(shù)的環(huán)境效益，并提供支持?jǐn)?shù)據(jù)和參考資料，以確認(rèn)和衡量具體的效益體量。

工程挑戰(zhàn)

在地質(zhì)工程術(shù)語(yǔ)中，沉降有2種定義分別為：1.地面的向下垂直移動(dòng)，通常由土壤/地下結(jié)構(gòu)內(nèi)的應(yīng)力變化引起。2.經(jīng)常用來(lái)描述地面運(yùn)動(dòng)的術(shù)語(yǔ)，它可能與土壤應(yīng)力的變化無(wú)關(guān)。

如果不及時(shí)處理，過(guò)度的沉降或沉陷可能會(huì)導(dǎo)致基礎(chǔ)設(shè)施以及位于活動(dòng)區(qū)域的建筑物和服務(wù)受損。取決于潛在的土壤條件和運(yùn)動(dòng)原因，沉降可能迅速發(fā)生，或者可能需要數(shù)年或數(shù)十年才能發(fā)生。

沉降通常是由于負(fù)載。例如，建筑物重量或飛機(jī)在跑道上滑行時(shí)所產(chǎn)生的擠壓）超過(guò)地面的承載力從而導(dǎo)致土壤固結(jié)，表現(xiàn)方式就是地表結(jié)構(gòu)下方的土壤會(huì)垂直和水平移動(dòng)。 本身薄弱的土壤以及承受高度動(dòng)態(tài)載荷的土壤會(huì)表現(xiàn)得特別脆弱。 土壤中水分含量也可能使承載力發(fā)生變化。例如，含水量較高的粘性土壤可能變軟，粘性土壤失去水分可能會(huì)變干收縮，水土流水，自然或人為形成的空洞，地下隧道的開挖，引發(fā)的地面振動(dòng)的震源和地震等劇烈地質(zhì)運(yùn)動(dòng)均會(huì)造成嚴(yán)重的沉降。

傳統(tǒng)的解決方案

傳統(tǒng)解決方案根據(jù)受影響結(jié)構(gòu)的性質(zhì)而有所不同，這些解決方案大致分為兩類：

1、水泥灌漿方案

在住宅和商業(yè)建筑沉降應(yīng)用以及橋梁和隧道的一些結(jié)構(gòu)穩(wěn)定所應(yīng)用的解決方案中，傳統(tǒng)上一般使用灌漿解決地面垂直和水平移動(dòng)的問(wèn)題。灌漿技術(shù)通常使用水泥，水和粉煤灰（PFA）的混合物。 混合物的比例通常為20 PFA：1水泥。 常規(guī)灌漿技術(shù)的灌漿效率通常約為25％。 另外，灌漿的凝固時(shí)間很長(zhǎng)，這意味著灌漿可能會(huì)“開裂”，為了降低這個(gè)情況的發(fā)生以及增加穩(wěn)固表面，需要增加額外的灌漿量。

灌漿的原理是可灌裝于垂直于地面的立柱孔內(nèi)，通過(guò)在現(xiàn)有地面上鉆孔并在鉆頭取出后，在孔里注入灌漿。

在灌漿必須安裝在地面結(jié)構(gòu)下方的情況里，通常需要建造大直徑的檢修井，從中可以鉆出小直徑的水平灌漿孔。一旦固化后，保證灌漿的安全性。

對(duì)地下結(jié)構(gòu)修復(fù)方面，傳統(tǒng)的灌漿解決方案將在其使用壽命內(nèi)能發(fā)揮鞏固地基的功能，且不需要維護(hù)和管理。當(dāng)建筑物拆除時(shí)，灌漿樁體可以留在地下，也可以挖出并作為無(wú)害廢物處理。

2、項(xiàng)目設(shè)施重建方案

如果道路設(shè)施發(fā)生沉降，比如公路和機(jī)場(chǎng)跑道的重建通常需要修復(fù)路面的結(jié)構(gòu)和變形部位。重建需要關(guān)閉該設(shè)施的使用功能，比如需要關(guān)閉高速公路上的車道，拆除現(xiàn)有路面破壞的結(jié)構(gòu)然后重新建設(shè)。

在重建路面之前，需要檢查路面是否有軟點(diǎn)和偏移。重建需要將粒狀底基層材料鋪設(shè)并壓實(shí)至設(shè)計(jì)水平。剩下的施工流程則取決于路面的性質(zhì)。

對(duì)于混凝土路面，需要鋪上一層干貧或濕貧的水泥結(jié)合材料（CBM）并且壓實(shí)固化，然后重建路面板。如果需要緊急通道，使用快速固化混凝土，如PQA或快速混凝土。

Geobear解決方案

Geobear采用的是地質(zhì)聚合物注入技術(shù)，這是一種無(wú)中斷式的替代傳統(tǒng)托換和打樁的方法，這是Geobear通過(guò)30多年的研究和開發(fā)取得的卓越進(jìn)展。該系統(tǒng)采用2種聚氨酯聚合物，分別由Geobear在德國(guó)和荷蘭的供應(yīng)鏈合作伙伴生產(chǎn)，隨后會(huì)運(yùn)送到當(dāng)?shù)氐腉eobear儲(chǔ)存?zhèn)}庫(kù)，即英國(guó)的圣海倫斯或溫徹斯特，產(chǎn)品可以根據(jù)需求量運(yùn)送到全世界項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)。

Geobear地質(zhì)聚合物注入系統(tǒng)可實(shí)施應(yīng)用于修復(fù)地面沉降和巖土沉降。

聚合物穩(wěn)定的灌漿效率介于500%和700%之間，這意味著與傳統(tǒng)灌漿漿液相比，穩(wěn)定鞏固每個(gè)單元所需的材料量大大減少（1噸地質(zhì)聚合物相當(dāng)于傳統(tǒng)灌漿約65噸）。

2種聚合物運(yùn)到項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)后當(dāng)場(chǎng)混合，并通過(guò)預(yù)鉆孔注入地下。聚合物在1至5分鐘內(nèi)凝固，凝固時(shí)間短，并可確?？焖偬畛涞孛媪芽p，從而實(shí)現(xiàn)更具針對(duì)性和可控性的應(yīng)用，最大限度地降低漏失和材料損失的風(fēng)險(xiǎn)。這種快速固化反應(yīng)還意味著，基礎(chǔ)設(shè)施（如跑道和高速公路）可以在安裝完成后立即通車，高效地恢復(fù)設(shè)施功能，極大減少對(duì)設(shè)施正常運(yùn)營(yíng)的影響。

這兩種聚合物之間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳，二氧化碳與聚合物基體結(jié)合形成閉孔泡沫。固化后的聚合物基體能抵抗多種化學(xué)物質(zhì)的侵蝕，包括燃料、弱酸和堿，而且對(duì)防水效果好。聚合物基體會(huì)對(duì)紫外線輻射的光氧化很敏感，但是當(dāng)聚合物注入地下時(shí)，紫外線降解的風(fēng)險(xiǎn)就能被消除。

項(xiàng)目安裝完成后，注射設(shè)備被帶回倉(cāng)庫(kù)，在特制的丙酮罐中清洗安裝管線，這種丙酮罐會(huì)重復(fù)使用多次然后處理或者更換。

地質(zhì)聚合物的設(shè)計(jì)使用壽命超過(guò)120年，因此在上覆建筑結(jié)構(gòu)的使用期間不需要更換。在移除上覆建筑結(jié)構(gòu)后，聚合物材料可留在原位或作為無(wú)害廢物處理。

傳統(tǒng)解決方案的對(duì)環(huán)境的影響

水泥灌漿

傳統(tǒng)的水泥灌漿漿液在固化后無(wú)害，但在制造和安裝過(guò)程中存在許多重大的對(duì)環(huán)境不利因素。具體如下：

灌漿技術(shù)所使用的漿液是由水泥、水和粉煤灰（PFA）的混合物組成，PFA是燃煤發(fā)電廠的副產(chǎn)品。PFA的生產(chǎn)依賴于化石燃料的燃燒，而化石燃料是一種有限的資源，通過(guò)釋放二氧化碳和化石燃料中蘊(yùn)藏的其他溫室氣體，對(duì)環(huán)境氣候變化產(chǎn)生重大負(fù)面影響。為了向更具可持續(xù)性的能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移，燃煤發(fā)電廠的使用正逐年降低，這意味著在發(fā)達(dá)國(guó)家越來(lái)越不容易獲得PFA。目前英國(guó)只有一個(gè)縣經(jīng)營(yíng)燃煤發(fā)電廠，2025年英國(guó)將全面禁止燃煤發(fā)電廠。而這將導(dǎo)致PFA的碳足跡進(jìn)一步增加，因?yàn)椴牧喜少?gòu)所需的運(yùn)輸超出了各個(gè)國(guó)家的邊界距離。

水泥是通過(guò)硅酸鹽熟料的生產(chǎn)得到，硅酸鹽熟料起著粘合劑的作用。石灰石（CaCO3）在水泥窯中高溫煅燒產(chǎn)生石灰（CaO），導(dǎo)致二氧化碳的釋放。除了通過(guò)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳外，石灰石的加熱通常是通過(guò)燃燒化石燃料來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這一過(guò)程二氧化碳排放量增加了40%。雖然窯爐的效率正在提高，但整個(gè)過(guò)程仍然是溫室氣體排放的始作俑者，每噸水泥產(chǎn)生伴隨著793千克到1060千克不等的二氧化碳的排放，具體排放量取決于反應(yīng)的過(guò)程。

總體來(lái)說(shuō)，1噸水泥基灌漿的綜合碳足跡約為50kg 二氧化碳，然而，傳統(tǒng)灌漿技術(shù)的灌漿效率通常為25%左右，而地質(zhì)聚合物注入的效率為700%，這意味著，在傳統(tǒng)灌漿系統(tǒng)種大量使用的灌漿產(chǎn)品將被浪費(fèi)，進(jìn)一步增加使用過(guò)程中碳總量的產(chǎn)生影響生態(tài)系統(tǒng)。

在英國(guó)，污染“被監(jiān)控的水域”是違法行為，這些水域包括水道、湖泊、沿海水域和地下水源。未固化的水泥灌漿具有高pH值和緩慢的固化期，這意味著灌漿對(duì)鄰近的水環(huán)境和地下水資源具有重大風(fēng)險(xiǎn)。材料通過(guò)裂縫和空隙滲漏會(huì)導(dǎo)致環(huán)境污染。當(dāng)這種污染進(jìn)入水道時(shí)，pH值的增加會(huì)對(duì)野生動(dòng)物產(chǎn)生腐蝕性影響，并導(dǎo)致溶解氧的降低和水中懸浮固體的增加。這些影響因素相結(jié)合對(duì)當(dāng)?shù)厮鷳B(tài)系會(huì)統(tǒng)造成嚴(yán)重的長(zhǎng)期和短期影響。

而在水泥灌漿前修建必需的通道井也會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響，因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)廢料需要清除因此現(xiàn)場(chǎng)和當(dāng)?shù)氐缆飞系南嚓P(guān)協(xié)調(diào)的車輛都會(huì)增加。

灌漿后，由于漿液高pH值和懸浮顆粒殘?jiān)?，設(shè)備清潔產(chǎn)生的水泥漿必須在排放前進(jìn)行儲(chǔ)存和處理，否則會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。

傳統(tǒng)灌漿的重建方案

設(shè)施重建會(huì)對(duì)運(yùn)營(yíng)及使用造成重大影響，同時(shí)也會(huì)對(duì)環(huán)境造成重大影響。由于材料中的水泥含量和骨料的提取過(guò)程中，水泥結(jié)合材料（CBM）和路面質(zhì)量混凝土（PQC或PQA）都具有顯著的碳足跡。雖然使用再生骨料可以減少碳足跡中，但每噸混凝土的總體碳足跡仍然很大，生產(chǎn)每噸混凝土將產(chǎn)生0.07到0.1噸的二氧化碳。這意味著，生產(chǎn)厚度為300mm，尺寸為6m x 6m的混凝土地板，二氧化碳排放量約為2.6噸，而200mm厚的水泥結(jié)合材料層產(chǎn)生約0.8噸二氧化碳（取決于材料配合比設(shè)計(jì)）。

為了盡量減少重建或者維護(hù)對(duì)設(shè)施運(yùn)營(yíng)的影響，快速混凝土和類似的PQA混凝土產(chǎn)品通常用于交通繁忙地區(qū)的路面維修。這些產(chǎn)品雖然使用方便，固化期相對(duì)較短，但在大量使用/裝載情況下，其使用壽命有限，因此需要在設(shè)施的整個(gè)使用期間進(jìn)行持續(xù)的維護(hù)。在高使用率的機(jī)場(chǎng)滑行道，PQA板通常需要每4-6年更換一次。這意味著在10年的時(shí)間里，一個(gè)6米x 6米的機(jī)場(chǎng)路面的碳足跡超過(guò)8噸二氧化碳。

Geobear 解決方案對(duì)環(huán)境影響更為友好

雖然Geobear地質(zhì)聚合物的制造過(guò)程中碳排放相對(duì)較高，每噸地質(zhì)聚合物的生產(chǎn)到安裝的碳排放量為1.18噸CO2，但聚合物穩(wěn)定的灌漿效率在500%到700%之間，這意味著與傳統(tǒng)方法相比，每個(gè)項(xiàng)目穩(wěn)定鞏固階段所需相對(duì)較少材料（1噸地質(zhì)聚合物的效果約等于65噸常規(guī)灌漿）。

這意味著，與傳統(tǒng)灌漿溶液相比，Geobear地質(zhì)聚合物可節(jié)省約46%的碳排放。

與路面重建的成本相比，節(jié)省成效明顯更高：如果是和地面更換相比，節(jié)省了90%以上，和使用快固混凝土或類似混凝土的材料相比，在十年內(nèi)需要更換的材料節(jié)省了97%。

一旦固化，地質(zhì)聚合物基質(zhì)就能夠抵抗各種化學(xué)物質(zhì)的腐蝕，包括燃料、弱酸和堿，而且對(duì)水不敏感。盡管地質(zhì)聚合物基質(zhì)會(huì)被丙酮和強(qiáng)酸/堿溶解，但即使在受污染的土壤環(huán)境中，這些物質(zhì)的濃度也不可能影響基質(zhì)的完整性。

英國(guó)檢測(cè)公司ALS Life Sciences Ltd根據(jù)環(huán)境機(jī)構(gòu)許可證上的要求，對(duì)Geobear地質(zhì)聚合物的壓碎樣品進(jìn)行全面的滲濾液測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明，滲濾液的“數(shù)量和濃度均小到可以排除對(duì)現(xiàn)有和將來(lái)通過(guò)的地下水潛在的危險(xiǎn)因素”。因此，在地下土壤，也包括存在地下水的土壤使用Geobear地質(zhì)聚合物不屬于“地下水活動(dòng)”，因?yàn)樗檄h(huán)境許可條例（EPR 2016）附表22.3.3第（b）條的標(biāo)準(zhǔn)。其中規(guī)定：“經(jīng)過(guò)環(huán)境檢測(cè)機(jī)構(gòu)，如果檢測(cè)到污染物的輸入的數(shù)量和濃度在現(xiàn)在以及將來(lái)都很小的情況下，以排除接收地下水導(dǎo)致水質(zhì)惡化的任何當(dāng)前或未來(lái)危險(xiǎn)的因素，可確定排放或可能導(dǎo)致排放均不屬于地下水活動(dòng)?！?/p>

兩組分樹脂混合的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生最終的地質(zhì)聚合物基體會(huì)產(chǎn)生少量有氣味的有機(jī)和無(wú)機(jī)氣體的排放。這些氣體的釋放量非常小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于任何法定的閾值，一旦反應(yīng)完成，它們就會(huì)迅速消散。它們對(duì)人類或野生動(dòng)物不構(gòu)成威脅，也不需要特殊的控制措施。

Geobear的地質(zhì)聚合物經(jīng)過(guò)了4年的掩埋試驗(yàn)，以確認(rèn)材料的機(jī)械性能不受掩埋環(huán)境的影響，并且樣品在掩埋環(huán)境中沒(méi)有變質(zhì)。試驗(yàn)證實(shí)，這種材料不會(huì)因掩埋而變質(zhì)，它能抑制細(xì)菌和真菌的生長(zhǎng)，并且有地下水的情況下也沒(méi)有降低材料的結(jié)構(gòu)完整性或性能。

地質(zhì)聚合物的設(shè)計(jì)使用壽命超過(guò)120年，因此在上覆建筑結(jié)構(gòu)的使用期間內(nèi)不需要更換地質(zhì)聚合物。移除上覆建筑結(jié)構(gòu)后，材料可留在原位或作為無(wú)害廢物處理。

未來(lái)前景

Geobear將繼續(xù)與我們的供應(yīng)鏈供應(yīng)商合作開發(fā)地質(zhì)聚合物的解決方案。我們的動(dòng)力來(lái)自于世界需要加快向更高效、更綠色環(huán)保的地基修復(fù)解決方案實(shí)施的進(jìn)行過(guò)渡。由于對(duì)化石燃料作為聚氨酯來(lái)源的依賴減少了生物基聚氨酯的使用，這為我們的解決方案進(jìn)一步減少對(duì)環(huán)境的影響提供了一個(gè)為之振奮的機(jī)會(huì)。

結(jié)論：

Geobear地質(zhì)聚合物的分析和測(cè)試表明，與傳統(tǒng)的水泥灌漿固化和重建這2種方案相比，更具有多方面可持續(xù)性的優(yōu)勢(shì)。

地質(zhì)聚合物在制造過(guò)程中確實(shí)會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響，但是與傳統(tǒng)解決方案相比，地質(zhì)聚合物產(chǎn)品的高效利用率彌補(bǔ)了這部分的不足，對(duì)環(huán)境的影響依然明顯小于傳統(tǒng)的方案。

總而言之，與傳統(tǒng)的灌漿溶液相比，Geobear解決方案將所需材料數(shù)量是傳統(tǒng)灌漿的1/40到1/50，并可減少約46%的碳排放；當(dāng)與傳統(tǒng)的混凝土路面重建方案相比，Geobear能夠減少99%的所需材料，與更換每塊PQA板相比，能減少90%的碳排放量；與用PQA板維護(hù)10年的成本相比，則能減少97%的碳排放量。

固化后的地質(zhì)聚合物基質(zhì)具有耐化學(xué)性、對(duì)水不敏感、抗真菌和細(xì)菌生長(zhǎng)等特性。它也適用于地下水的保護(hù)，其快速固化的特性限制了在水道或環(huán)境敏感區(qū)域附近工作時(shí)的泄漏風(fēng)險(xiǎn)。 Geobear地質(zhì)聚合物的120年設(shè)計(jì)使用壽命已通過(guò)加速老化試驗(yàn)得到證實(shí)，并通過(guò)在英國(guó)超過(guò)30年的持續(xù)使用項(xiàng)目得到了證實(shí)。

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