粉煤灰在高速公路基層中的應(yīng)用研究

1、粉煤灰在高速公路基層中的應(yīng)用研究 【摘要】 對(duì)于半剛性基層， 為提高高速公路的穩(wěn)定性和可靠性。對(duì)水泥穩(wěn)定基層、底基層和水泥粉煤灰穩(wěn)定基層、底基層的室內(nèi)試驗(yàn)和試驗(yàn)路現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)工作，并對(duì)試驗(yàn)檢測(cè)成果進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析，以評(píng)判和研究粉煤灰的路用性能。并對(duì)其路用性能及其應(yīng)用進(jìn)行分析，為大規(guī)模在高速公路上利用粉煤灰提供實(shí)測(cè)依據(jù)，為高速公路基層建設(shè)提供參考。 【關(guān)鍵詞】 粉煤灰 路基檢測(cè) 路用性能 1、前言 近年來(lái)，隨著環(huán)保節(jié)能意識(shí)的加強(qiáng)，各種工業(yè)廢渣的利用越來(lái)越受到重視。在水泥穩(wěn)定土基層中加入活性材料粉煤灰的水泥粉煤灰是典型的半剛性基層材料。由于水泥粉煤灰穩(wěn)定土物理力學(xué)性能強(qiáng)度高、水穩(wěn)性和抗凍性較好，板體性

2、好且經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，所以能作為高等公路路面基層材料。用粉煤灰還可代替部分水泥，并不降低材料的路用性能，有著廣泛的工程應(yīng)用前景。 但是，目前我國(guó)對(duì)水泥粉煤灰的研究尚不夠深入，現(xiàn)行規(guī)范對(duì)此也沒做相應(yīng)的規(guī)定。本文結(jié)合高速公路建設(shè)工程實(shí)踐，對(duì)粉煤灰在高速公路基層中路用性能進(jìn)行檢測(cè)評(píng)判。對(duì)如何進(jìn)行級(jí)配，如何進(jìn)行混合料的設(shè)計(jì)，如何分析與計(jì)算路用性能等問題，提供一些具體的實(shí)用性的解決思路。以及對(duì)其路用性能及其應(yīng)用進(jìn)行了分析和探討。 2、粉煤灰的化學(xué)、物理及力學(xué)性能 2.1、化學(xué)分類及其特性。 從化學(xué)成分含量和性能上分，粉煤灰一般分為兩大類。一類是含有大量的硅（sio2）和鋁（al2o3），較少量的鐵（fe2o3

3、），以及少量石灰（cao）和硫（sio3），稱為硅鋁型粉煤灰。其cao和mgo含量低，自身不具有膠凝性，屬于低鈣灰范疇。但當(dāng)其粒度較細(xì)并在有水條件時(shí)可與堿金屬或堿土金屬反應(yīng)生成膠凝性產(chǎn)物；另一類粉煤灰硅鋁含量少，石灰和硫的含量較高，屬高鈣灰范疇，稱作硫鈣型粉煤灰。具有自硬性。對(duì)工程有影響的主要成分是游離的石灰和未燃盡的碳，游離的石灰可影響粉煤灰的火山灰反應(yīng)，未燃盡的碳則影響其壓實(shí)性能。 2.2、粉煤灰的物理性能 粉煤灰外觀光滑而松軟，呈粒狀，粒徑較小，部分顆粒尺寸小于10m，具有較大的比表面積。粉煤灰是由少部分結(jié)晶物質(zhì)，一部分非結(jié)晶行物質(zhì)和石英成分組成，完全的粉煤灰不含粘土礦物，因而不具備塑性

4、。 2.3、路用要求。 按照公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，公路工程對(duì)粉煤灰在化學(xué)成分上的路用要求是： （1）sio2，al2o3和fe2o3的總含量應(yīng)大于70%。 （2）燒失量不（3）大于20%。 2.4、路用特性。 （1）粉煤灰通常是一種均勻級(jí)配材料，其粒徑處于粉質(zhì)砂土和粉質(zhì)粘土范圍內(nèi)，粒徑介于0.005mm0.10mm之間。粉煤灰的粒度成分與它的路用性能應(yīng)用協(xié)調(diào)一致。粉煤灰用作路基填筑材料時(shí)，影響其壓實(shí)性能的主要方面是粉煤灰的粒徑組成，粗顆粒含量較多的粉煤灰，內(nèi)摩阻角會(huì)增大，表現(xiàn)出一定的有利作用。在作為路面基層無(wú)機(jī)結(jié)合料時(shí)，粉煤灰的比表面積應(yīng)滿足2500cm2/g的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，以利于早期強(qiáng)度的

5、發(fā)展和火山灰反應(yīng)。 （2）粉煤灰的擊實(shí)特性 有資料顯示，在室內(nèi)對(duì)粉煤灰和細(xì)粒土進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)得出的結(jié)果非常相似，二者的擊實(shí)曲線的在形狀總體上類似。 2.5、粉煤灰的力學(xué)特點(diǎn) （1）粘聚力c。 粉煤灰是球形粉粒狀材料，內(nèi)聚力由自凝強(qiáng)度和灰內(nèi)毛細(xì)水表面張力的作用構(gòu)成。試驗(yàn)表明，粉煤灰的自凝強(qiáng)度僅與密實(shí)度有關(guān)，密實(shí)度越大則其無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度也高；密實(shí)度小，則顯示不出增長(zhǎng)趨勢(shì)。這是由于越密實(shí)，灰顆粒越靠近，火山灰質(zhì)作用就易得到發(fā)揮的緣故。粉煤灰由毛細(xì)水張力所形成的粘聚力是一種“表觀內(nèi)聚力”。 （2）內(nèi)摩阻角。 由于粉煤灰不具有塑性，屬于無(wú)粘性材料，故其抗剪強(qiáng)度由三部分組成，即剪切時(shí)土粒接觸面上的滑動(dòng)摩擦力

6、、體積膨脹產(chǎn)生的阻力以及顆粒重新排列所受到的阻力。三部分總的效應(yīng)是隨密實(shí)度的增大而提高。多項(xiàng)試驗(yàn)資料顯示，不同密實(shí)度的值相差不大，這說(shuō)明粉煤灰由于體積膨脹與顆粒重新排列受到的阻力較小，其摩阻強(qiáng)度主要由顆粒接觸面上的摩阻力構(gòu)成。 （3）回彈模量e0。 粉煤灰的回彈模量e0值是路基強(qiáng)度的常用指標(biāo)，是一個(gè)重要的設(shè)計(jì)參數(shù)，它表征材料抵抗垂直變形的能力。 3、試驗(yàn)原理及結(jié)果 依據(jù)底基層、基層合成級(jí)配，分別對(duì)水泥穩(wěn)定碎石進(jìn)行不同灰劑量擊實(shí)試驗(yàn)，以確定各種混合料的最大干容重、最佳含水量；然后按最佳含水量和計(jì)算得的干密度制備試件，進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，選擇最佳灰劑量。 水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石采用與水泥穩(wěn)定碎石相

7、同的底基層、基層合成級(jí)配，依據(jù)福州大學(xué)專家建議的灰劑量進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)與無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。 試驗(yàn)原材料： 水泥：三水河口“橋牌”型硅酸鹽水泥42.5r 砂：馬房中砂，uf=2.7，含泥量0.8%，泥塊含量0.2%，吸水率0.5% 石：云浮碎石525mm連續(xù)粒級(jí)，針片狀含量6.7%，壓碎指標(biāo)7.8%，含泥量0.3%，泥塊含量0.2%，吸水率0.3% 外加劑：廣州建筑寶jzb-4水劑，根據(jù)不同摻量減水率1525% 粉煤灰：珠海港環(huán)保實(shí)業(yè)有限公司供應(yīng)的型灰，45um方孔篩余量13.3%，需水量93%，燒失量1.87% 拌合水：飲用自來(lái)水 混合料設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果如下： 注：7天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為95%保證率值

8、。 根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果，水泥穩(wěn)定碎石底基層的水泥劑量確定為3.5%，基層的水泥劑量確定為5.5%。 依據(jù)確定的合成級(jí)配、灰劑量、最佳含水量，分別對(duì)水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石與水泥穩(wěn)定碎石底基層、基層進(jìn)行7天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、28天、90天回彈模量、劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如下： 4、試驗(yàn)檢測(cè)成果分析 1、強(qiáng)度對(duì)比及增長(zhǎng)情況 在水泥穩(wěn)定土中以粉煤灰代替部分水泥，早期強(qiáng)度較低。在前7天內(nèi)強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度與不摻粉煤灰的基本相當(dāng)，只是由于參與水化反應(yīng)的水泥量較少，其強(qiáng)度低于水泥穩(wěn)定粒料。但28天后，強(qiáng)度增長(zhǎng)的速度略快于水泥穩(wěn)定粒料，90天的強(qiáng)度也略有增加。因此，用粉煤灰代替部分水泥，可獲得較好的后期強(qiáng)度，在同樣的強(qiáng)度要

9、求下，可以明顯減少水泥用量，而粉煤灰來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉，有廣泛的工程應(yīng)用前景。 2、經(jīng)濟(jì)效益分析 我國(guó)是粉煤灰資源大國(guó)，年排放量在1.6億噸以上，但綜合利用率不高，存積的粉煤灰超過10億噸。路面工程造價(jià)由人工費(fèi)、材料費(fèi)和機(jī)械費(fèi)三部分組成。當(dāng)路面結(jié)構(gòu)確定后，路面工程造價(jià)也就相應(yīng)確定了。因此，要比較用不同材料作路面基層時(shí)的路面工程造價(jià)，關(guān)鍵是在于保持其他結(jié)構(gòu)層相同的條件下，確定用不同材料作基層時(shí)的基層厚度。由于粉煤灰的價(jià)格比水泥便宜，據(jù)廣州市政建設(shè)工程總公司測(cè)算，用粉煤灰替代部分水泥配制生產(chǎn)商品混凝土每方可節(jié)約成本47元錢，其帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益是相當(dāng)可觀的。利用粉煤灰激發(fā)劑可激發(fā)粉煤灰的活性，也能提高

10、粉煤灰混凝土的早期強(qiáng)度，改善混凝土的施工性能及混凝土的技術(shù)性能，有效地增加粉煤灰在商品混凝土中的利用率，利于環(huán)境保護(hù)，尤其我國(guó)粉煤灰資源豐富，可以獲得良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益，值得推廣使用。 5、評(píng)定方法效果評(píng)價(jià) 實(shí)踐表明，對(duì)于粉煤灰在高速公路基層中路用性能，都可參照上述方法進(jìn)行檢測(cè)評(píng)判。通過水泥粉煤灰路用性能分析表明，加入粉煤灰后后期強(qiáng)度明顯增加，且經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)證明本文中級(jí)配確定，水泥粉煤灰的設(shè)計(jì)方法是可行的。該方法實(shí)施效果，水煤灰以及稻殼灰等活性材料的作用必將在今后高等級(jí)公路建設(shè)中得以彰顯。 參考文獻(xiàn) 1 李世秋.吳克剛.郝旭 兩種養(yǎng)護(hù)條件下水泥-粉煤灰膠凝體系的性能 2 jtj034-2000，公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范【s】 3 沙慶林，高等級(jí)公路半剛性基層瀝青路面【m】.北京：人民交通出版社.1999 4 teng xu-qiu，chen zhong-da