火山灰材料在道路工程中的應(yīng)用研究

1、火山灰材料在道路工程中的應(yīng)用研究報(bào)告簡本一、項(xiàng)目研究目的意義從上世紀(jì)90年代，我國公路建設(shè)進(jìn)入了快速發(fā)展時(shí)期，截至2007年底，公路通車總里程達(dá)357.3萬公里，高速公路5.36萬公里。公路建設(shè)有效的促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。然而由于中西部地區(qū)面積大，自然環(huán)境惡劣，人口密度小，地方財(cái)政能力有限，并且缺乏投資價(jià)值，加上一些地區(qū)缺少砂石等傳統(tǒng)筑路材料，使得中西部公路建設(shè)受到嚴(yán)重制約，經(jīng)濟(jì)發(fā)展也受到限制，提高地產(chǎn)材料的使用性能是解決當(dāng)前困境的重要途徑?；鹕交也牧戏植荚谖覈鴸|北、西北的諸多省份和地區(qū)，儲(chǔ)量巨大，因此積極開展火山灰材料在公路工程中的應(yīng)用，利用有限的資金增加公路總里程、提高公路建設(shè)質(zhì)量具有重要的意

2、義。吉林省火山灰資源十分豐富，是國內(nèi)率先開展火山灰在道路工程中應(yīng)用的省份之一，具備進(jìn)行火山灰用于公路工程研究的物質(zhì)、技術(shù)基礎(chǔ)。吉林省交通科學(xué)研究所于2003年承擔(dān)了西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目火山灰材料在道路工程中的應(yīng)用研究。主要進(jìn)行了火山灰分布調(diào)查、火山灰物理化學(xué)性質(zhì)測試、火山灰實(shí)體工程調(diào)查等工作，在此基礎(chǔ)上制定科學(xué)的研究思路，開展了火山灰填筑路基、火山灰穩(wěn)定路面基層材料、磨細(xì)火山灰改善水泥混凝土和瀝青混凝土性能等方面的系統(tǒng)研究，并通過實(shí)體工程進(jìn)行了驗(yàn)證，總結(jié)出切實(shí)可行的應(yīng)用工藝措施，本課題研究成果能夠成功的指導(dǎo)季凍區(qū)火山灰材料在公路工程中進(jìn)行全方位應(yīng)用，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益顯著，研究意義重大。二、國內(nèi)外

3、技術(shù)現(xiàn)狀由于火山灰材料具有隔溫性能優(yōu)良、化學(xué)活性高、開采方便、成本低廉、分布廣泛、儲(chǔ)量豐富等特點(diǎn)，使其在世界各國建筑業(yè)及工業(yè)中得到普遍應(yīng)用。古羅馬人曾利用火山灰制成粘結(jié)材料建起了高達(dá)10層樓的神廟，還用它建成了可容納5萬人的規(guī)模宏大的可里西劇場。此后，日本、瑞士、德國與法國都把火山灰當(dāng)作建筑材料出售，直到二百年前，火山灰與石灰的混合物還被認(rèn)為是世上最優(yōu)良的膠粘建筑材料。此外，近年來國外也對(duì)火山灰替代水泥的混凝土性能進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)研究。火山灰材料在我國的應(yīng)用起步相對(duì)較晚，應(yīng)用時(shí)間最長、技術(shù)最成熟的方式是利用火山灰材料制作水泥，并已在實(shí)際工程中成功應(yīng)用。公路交通部門從上世紀(jì)90年代初開始研究火山灰

4、材料在道路工程中的應(yīng)用，吉林省交通科學(xué)研究所于19901992年承擔(dān)了省交通廳項(xiàng)目火山灰混合料在道路基層中的應(yīng)用研究，該課題取得了階段性成果，但由于當(dāng)時(shí)的研究手段和方法較落后，對(duì)火山灰混合料的抗沖刷、抗收縮、耐久性等研究的不夠，并且應(yīng)用范圍較窄（僅用于道路基層），所以火山灰材料并未能在道路工程中得到廣泛的應(yīng)用。在國內(nèi)，內(nèi)蒙古的楊福珍等人分析了烏蘭哈達(dá)火山渣的擊實(shí)性能，并于2000年在國道208線二連浩特至白音察干段路基中進(jìn)行了試驗(yàn)，提出了烏蘭哈達(dá)火山渣路基的回彈模量及施工要點(diǎn)，對(duì)當(dāng)?shù)鼗鹕皆坊O(shè)計(jì)和施工具有參考價(jià)值。在火山灰改性瀝青性能方面，一些資料中探討了富含天然火山灰的特立尼達(dá)(TLA)湖

5、瀝青性能研究、實(shí)體工程應(yīng)用，而沒有涉及人為在瀝青中添加磨細(xì)火山灰的相關(guān)報(bào)導(dǎo)。綜上，國內(nèi)外相關(guān)資料中未見對(duì)火山灰混合料填筑路基、基層以及相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)與施工工藝進(jìn)行系統(tǒng)的研究及密切相關(guān)的報(bào)道。三、項(xiàng)目研究內(nèi)容及技術(shù)路線1、研究內(nèi)容本項(xiàng)目立足于吉林省豐富的火山灰資源和已有火山灰用于道路工程的研究成果，主要研究內(nèi)容如下：1、火山灰分布、材料性質(zhì)調(diào)查及用于道路工程中的可行性分析；2、火山灰填筑路基壓實(shí)穩(wěn)定技術(shù)、隔溫性及邊坡穩(wěn)定技術(shù)的研究；3、火山灰用于道路基層的強(qiáng)度、抗凍性、抗收縮性、抗疲勞等路用性能研究；4、火山灰用于水泥混凝土路面中的應(yīng)用研究；5、磨細(xì)火山灰改善瀝青混合料性能的研究；6、總結(jié)項(xiàng)目成果

6、，撰寫公路火山灰材料設(shè)計(jì)與施工技術(shù)指南。2、技術(shù)路線國內(nèi)外火山灰資源分布及儲(chǔ)量調(diào)查有代表性火山灰材料物理、化學(xué)性質(zhì)及顆粒組成分析火山灰在道路工程中應(yīng)用方式可行性分析火山灰基層實(shí)體工程使用性能調(diào)查室內(nèi)試驗(yàn)及理論分析結(jié)合季凍區(qū)特點(diǎn)給出火山灰材料在道路工程中應(yīng)用的參考指標(biāo)實(shí)體試驗(yàn)工程的修筑跟蹤測定及數(shù)據(jù)的分析和整理，火山灰在道路工程中應(yīng)用效果評(píng)價(jià)總結(jié)設(shè)計(jì)施工工藝，形成指導(dǎo)文件。四、項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)本項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)如下：1、火山灰材料路用性能的特殊性，不同產(chǎn)地火山灰的變異性；2、火山灰混合料用于道路工程中的設(shè)計(jì)參數(shù)與施工工藝；3、火山灰混合料用于路面基層、面層的耐久性、抗凍性；4、火山灰填筑路基的隔溫性

7、、抗凍性；5、總結(jié)項(xiàng)目成果，公路火山灰材料設(shè)計(jì)與施工技術(shù)指南編寫。五、項(xiàng)目的依托工程本課題在研究過程中，依托工程的實(shí)施地點(diǎn)主要選擇在吉林省東南部山區(qū)，具體為撫松縣境內(nèi)北崗至松江河三級(jí)公路、砬子河至安撫界三級(jí)公路及長白縣境內(nèi)的長白山南坡旅游公路，詳見表5-1所示。表5-1 試驗(yàn)路試驗(yàn)概況試驗(yàn)路施工路線試驗(yàn)路內(nèi)容試驗(yàn)路長度（km）路面/路基寬度（m）路面面層/基層厚度（）北崗至松江河公路路面基層1.16/7.57/15砬子河至安撫界公路路面基層1.06/7.57/15長白山南坡邊防旅游公路填筑路基8.957/8.5（瀝青）7/20（水泥）20/20火山灰邊坡防護(hù)路面基層水泥砼面層六、項(xiàng)目的主要成果

8、項(xiàng)目組通過近4年的研究工作，針對(duì)火山灰材料的性質(zhì)，結(jié)合季節(jié)性冰凍氣候?qū)β坊?、路面、基層的要求，通過大量的試驗(yàn)研究和對(duì)依托工程進(jìn)行跟蹤觀測，以及系統(tǒng)的理論分析和效果評(píng)價(jià)，取得了一系列的研究成果，完成了項(xiàng)目合同所規(guī)定的內(nèi)容，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)?，F(xiàn)將成果簡要介紹如下：1、火山灰分布與性質(zhì)及在道路工程中應(yīng)用的可行性（1）通過調(diào)查得知世界范圍內(nèi)火山灰資源十分豐富，尤其是我國東北及西部地區(qū)，火山灰材料分布比較集中，且儲(chǔ)量巨大。（2）選取有代表性的火山灰進(jìn)行物理、化學(xué)性質(zhì)及顆粒組成分析，依據(jù)火山灰物理、化學(xué)性質(zhì)及天然級(jí)配組成分析結(jié)果，課題組推薦了火山灰材料擬在道路工程中的應(yīng)用范圍。（3）已有的一些火山灰基層試驗(yàn)

9、工程使用性能有好有壞，說明火山灰可以成功的應(yīng)用于道路基層，但應(yīng)根據(jù)火山灰的屬性來確定基層混合料配比、最大粒徑以及集料級(jí)配才能取得良好的效果。（4）目前火山灰利用方式狹窄，造成使用量少，豐富的火山灰資源沒有充分被開發(fā)，應(yīng)結(jié)合火山灰的隔溫性、多孔性等進(jìn)行多種方式應(yīng)用。如火山灰孔隙率大，用作墊層及填筑路基時(shí)能具有良好的隔溫作用；一些產(chǎn)地的火山灰滿足水泥混凝土路面粗集料技術(shù)指標(biāo)要求，可替代水泥混凝土中的部分粗集料承擔(dān)骨架作用；火山灰天然級(jí)配接近基層材料要求，硬度較高，可用作石灰、水泥穩(wěn)定類基層集料；火山灰的活性較大，能夠用作板體性基層材料的結(jié)合料；磨細(xì)火山灰內(nèi)部孔隙仍占較大比例，用于瀝青混合料能起到S

10、MA中的纖維作用，改善瀝青混合料性能。 2、火山灰修筑路基穩(wěn)定技術(shù)的研究針對(duì)火山灰用作路基填料的壓實(shí)技術(shù)、抗凍性、隔溫性及邊坡防護(hù)技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，研究結(jié)果表明：（1）火山灰材料經(jīng)和一些細(xì)粒土或細(xì)粒灰摻配后，大于現(xiàn)行公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D30-2004）中各級(jí)公路對(duì)路床土最小強(qiáng)度CBR的要求，壓實(shí)度也滿足要求，如圖6-1所示。（2）火山灰、火山渣與碎石混合時(shí)，混合料粗細(xì)顆粒搭配合理，碎石形成骨架，火山灰、火山渣填充其內(nèi)，經(jīng)碾壓可形成密實(shí)度、強(qiáng)度高的路基。（3）火山灰材料填筑路基與不同土質(zhì)摻配時(shí)，比例很重要，實(shí)際施工時(shí)應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行填筑。圖6-1 壓實(shí)度93%和95%時(shí)CBR值（4

11、）進(jìn)行火山灰材料凍脹率及導(dǎo)熱系數(shù)試驗(yàn)、火山灰和粘土路基凍深觀測，如圖6-2圖6-3所示。得出火山灰填筑路基比粘土路基具有更好的穩(wěn)定性和抗凍性的結(jié)論，并結(jié)合火山灰路基填料的特點(diǎn)給出了火山灰路基最小填土高度。 圖6-2 導(dǎo)熱系數(shù)測定儀 圖6-3 溫度傳感器埋設(shè)（5）對(duì)火山灰路基邊坡進(jìn)行了穩(wěn)定性驗(yàn)算，結(jié)果表明混合填筑的火山灰路基邊坡具有一定的穩(wěn)定性。邊坡穩(wěn)定滑動(dòng)面示意圖如圖6-4所示。圖6-4 邊坡穩(wěn)定分析滑動(dòng)面示意圖（6）結(jié)合試驗(yàn)路實(shí)體工程，介紹了植草、粘土包邊、疊拱防護(hù)、三維植被網(wǎng)等邊坡防護(hù)方式在火山灰路基上的施工工藝和效果，提出了火山灰路堤適用的邊坡防護(hù)型式及條件。如圖6-5圖6-8所示。 圖

12、6-5 植草皮防護(hù)效果圖 圖6-6 砌石防護(hù)效果圖 圖6-7三維網(wǎng)護(hù)坡 圖6-8 粘土包邊防護(hù)效果圖3、火山灰穩(wěn)定類基層的研究通過對(duì)火山灰基層混合料的力學(xué)性能、抗收縮性能、抗疲勞性能、抗凍性能、抗沖刷性能、反應(yīng)機(jī)理的研究，主要得出以下結(jié)論：（1）石灰火山灰類基層與水泥石灰火山灰類基層較水泥火山灰類基層強(qiáng)度增長均勻、后期強(qiáng)度高，建議實(shí)際工程中使用石灰火山灰類基層與水泥石灰火山灰類基層，結(jié)合料中石灰劑量不得小于6%，應(yīng)用時(shí)通過試驗(yàn)確定合適的配合比。（2）火山灰混合料360d齡期強(qiáng)度較180d齡期強(qiáng)度有10%20%的提高，證明火山灰基層在施工結(jié)束后的使用過程中具有一定的強(qiáng)度增長潛力。（3）火山灰路面

13、基層抗壓回彈模量分布為8701346MPa，低于傳統(tǒng)半剛性基層的抗壓回彈模量，但位于適合瀝青路面的基層模量范圍內(nèi)?；鹕交一旌狭吓褟?qiáng)度分布于0.490.77 MPa之間，和二灰碎石及水泥穩(wěn)定砂礫的劈裂強(qiáng)度相近。（4）火山灰混合料具有較好的抗凍性能，能夠抵抗重冰凍地區(qū)中濕和潮濕段對(duì)基層混合料產(chǎn)生的凍融破壞。（5）火山灰混合料的疲勞曲線和二灰碎石混合料的疲勞曲線出現(xiàn)了交叉，說明火山灰基層的抗疲勞性能接近二灰碎石基層。三種混合料的疲勞曲線如圖6-9所示。圖6-9 三種混合料疲勞曲線（6）火山灰穩(wěn)定基層材料的干縮系數(shù)為傳統(tǒng)半剛性基層干縮系數(shù)的1/31/2，溫縮系數(shù)約為傳統(tǒng)半剛性基層材料溫縮系數(shù)的1/4

14、1/2，說明火山灰穩(wěn)定基層具有良好的抗收縮性能，火山灰材料的多孔隙結(jié)構(gòu)和基層混合料中較多的粒料成分是火山灰穩(wěn)定基層混合料具有良好的抗收縮性能的主要原因。如圖6-10圖6-11所示。圖6-10 火山灰基層混合料干縮系數(shù)圖6-11 火山灰基層混合料溫縮系數(shù)（7）火山灰穩(wěn)定基層強(qiáng)度形成的本質(zhì)是石灰、水泥等材料提供的Ca(OH)2與火山灰中的活性組分進(jìn)行火山灰反應(yīng)，即Ca(OH)2對(duì)火山灰材料中的玻璃體所含的硅氧、鋁氧微晶格作用，使其崩解、溶解，與Ca2+生成難溶于水的二次水化物水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣等。石灰火山灰穩(wěn)定基層混合料較水泥火山灰穩(wěn)定基層混合料含有更多的Ca(OH)2，因此前者較后者具有更高

15、的強(qiáng)度。4、火山灰在水泥混凝土路面中的應(yīng)用（1）火山渣替代水泥混凝土中部分粗集料室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果表明，火山渣替代水泥混凝土路面中的部分粗集料是可行的，最佳摻配比例為80%。實(shí)體工程如圖6-12圖6-13所示。 圖6-12 輝南萬線火山渣水泥路面 圖6-13 輝南萬線火山渣水泥路面芯樣（2）磨細(xì)火山灰用作水泥混凝土摻料的研究對(duì)不同摻配比例的水泥混凝土進(jìn)行了工作性、力學(xué)性能及耐久性試驗(yàn)。得出在合適的摻量下，磨細(xì)火山灰對(duì)水泥混凝土的工作性、力學(xué)性及耐久性確實(shí)有積極的提高作用，并且減少了水泥用量，降低了造價(jià)，最佳摻量為15%。實(shí)體工程圖片如圖6-14圖6-15所示。 圖6-14 水泥混凝土預(yù)制塊 圖6-1

16、5現(xiàn)澆水泥混凝土5、磨細(xì)火山灰改善瀝青混合料性能的研究（1）磨細(xì)火山灰改性瀝青性能研究對(duì)不同填料類型的瀝青膠漿進(jìn)行DSR、BBR試驗(yàn)，如圖6-16圖6-17所示。 圖6-16 瀝青膠漿DSR試驗(yàn) 圖6-17 瀝青膠漿BBR試驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果表明磨細(xì)火山灰對(duì)瀝青膠漿高溫性能改善效果比較明顯。粉膠比1.0時(shí)，摻有火山灰的瀝青膠漿車轍因子平均提高程度已經(jīng)達(dá)到了66.64%，且提高程度隨著粉膠比的增大而增大。同時(shí)在低溫性能方面也有一定程度的改善。（2）磨細(xì)火山灰對(duì)瀝青混合料性能的改善將磨細(xì)火山灰以填料的形式替代礦粉摻入瀝青混合料中，進(jìn)行了兩次試驗(yàn)。綜合兩次試驗(yàn)結(jié)果可知：摻加火山灰對(duì)瀝青混合料的水穩(wěn)性改善效果

17、不十分明顯。在高溫性能方面，無論摻有哪種類型火山灰的瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度相對(duì)于只摻加礦粉的混合料都有較大程度的提高，平均提高程度53.9%。在低溫性能方面，不同類型以及不同摻配比例的火山灰改善效果差別比較大。（3）磨細(xì)火山灰改性瀝青機(jī)理的分析火山灰的多孔隙結(jié)構(gòu)以及比表面積大的特點(diǎn)，使其具有很強(qiáng)的吸附功能，可以將瀝青中的油分吸入孔中，從而改變了瀝青中各成分的平衡關(guān)系。同時(shí)，和吸入孔的成分產(chǎn)生機(jī)械鎖力，因而增加瀝青的粘度，使瀝青能有效地附著在集料表面，降低瀝青的流動(dòng)性，增加流變阻力，這也是火山灰能夠起到改性作用的根本原因。圖6-18圖6-19分別為撫松火山灰及長白火山灰在電鏡下的微觀結(jié)構(gòu)。砬子河火山

18、灰放大30000倍砬子河火山灰放大15000倍 北崗火山灰放大10000倍北崗火山灰放大30000倍 圖6-18 撫松火山灰掃描電鏡照片放大30000倍放大10000倍 圖6-19 長白火山灰掃描電鏡照片 6、火山灰試驗(yàn)路施工及關(guān)鍵技術(shù)研究介紹了火山灰試驗(yàn)路的方案、施工過程及檢測結(jié)果，試驗(yàn)路的檢測結(jié)果驗(yàn)證了室內(nèi)試驗(yàn)研究結(jié)果的正確性，并且針對(duì)火山灰路基、基層的特點(diǎn)總結(jié)了關(guān)鍵施工技術(shù)，為編寫施工技術(shù)指南奠定了基礎(chǔ)?；鹕交以诼坊?、基層及水泥混凝土路面應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)主要包括以下內(nèi)容。（1）火山灰路基基底處理火山灰質(zhì)輕、相互間粘結(jié)力小，應(yīng)對(duì)基底為火山灰材料的路段進(jìn)行處理，確?；走_(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)?？舍槍?duì)不

19、同情況采取直接碾壓、換填后碾壓、耕起碾壓等方式處理。摻配試驗(yàn)由于火山砂、火山渣沿路線物理性質(zhì)及顆粒組成變化較大，并且和其他材料的摻配比例對(duì)壓實(shí)質(zhì)量影響明顯，應(yīng)提前選定足夠的取料地點(diǎn)，按照公路土工試驗(yàn)規(guī)程（JTG E402007）對(duì)借土場和料場的料進(jìn)行含水量、密度、顆粒大小分析等試驗(yàn)及摻配試驗(yàn)。攤鋪與碾壓由于火山渣為粒狀材料，顆粒級(jí)配對(duì)壓實(shí)效果影響很大，因此在施工中應(yīng)盡量選擇級(jí)配良好、粒徑較小的火山渣，必要時(shí)要進(jìn)行碾碎；為使火山渣的大顆粒被壓碎而形成良好的級(jí)配，宜用噸位較大的壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，最好不小于14t，火山渣路基在最后一層施工時(shí)，先穩(wěn)定碾壓幾遍，然后再灑布一薄層細(xì)粒土進(jìn)行碾壓；由于壓實(shí)層上

20、部顆粒較粗，細(xì)料偏少，火山渣路基分層碾壓間隔時(shí)間宜短，避免施工及其他車輛影響而造成火山渣路基的松散，從而影響路基平整度及穩(wěn)定性。含水量控制在火山灰路基的施工中，對(duì)含水量控制可放寬一些，灑水不宜過多。也可不灑水，直接進(jìn)行碾壓，但需增加碾壓遍數(shù)或壓路機(jī)的噸位。壓實(shí)度控制由于火山渣為粒狀材料，由于松散、孔隙大、易被壓碎等特性及火山灰顆粒的不均勻性，火山渣路基的壓實(shí)度檢測與一般土基相比較為困難。試驗(yàn)中所采用的灌沙法效果也不會(huì)太理想，檢測結(jié)果必定會(huì)有一定的離散性。所以可進(jìn)行工地現(xiàn)場控制，以碾壓遍數(shù)控制，當(dāng)頂面壓實(shí)穩(wěn)定，無輪跡時(shí)可判定其為密實(shí)狀態(tài)。邊坡穩(wěn)定驗(yàn)算由于火山灰密度小、相互之間的粘結(jié)力小，影響路基

21、邊坡的穩(wěn)定性，即使在摻配其它細(xì)料作為路基填料時(shí)，對(duì)于較陡的路基邊坡也應(yīng)根據(jù)混合料的性質(zhì)進(jìn)行路基邊坡穩(wěn)定驗(yàn)算。邊坡防護(hù)火山灰路基邊坡抗沖刷能力較差，應(yīng)結(jié)合路基經(jīng)過地區(qū)的邊坡防護(hù)材料分布采取因地制宜的防護(hù)措施。（2）火山灰穩(wěn)定基層配料由于火山灰穩(wěn)定基層混合料的性能和各組分的構(gòu)成比例密切相關(guān)，并且火山灰資源分布范圍廣，各地火山灰性質(zhì)有一定差異，因此施工過程中要結(jié)合火山灰基層混合料的配比作適當(dāng)?shù)尿?yàn)證性試驗(yàn)后再施工。即遇到火山灰物理化學(xué)性質(zhì)、顆粒組成等有變化時(shí)，重新做配比試驗(yàn)。拌和由于火山灰材料吸濕性強(qiáng)，對(duì)火山灰穩(wěn)定基層混合料要采用廠拌，廠拌能夠保證配料比例準(zhǔn)確、拌和均勻、含水量容易調(diào)整，由于拌和均勻，

22、無機(jī)結(jié)合料可以充分進(jìn)行水化作用，從而加速混合料的早期成型?；鹕交伊竭^大不僅使混合料易產(chǎn)生離析，并且攤鋪碾壓困難，因此為了準(zhǔn)確計(jì)量和確保材料級(jí)配，在原有設(shè)備的投料斗上加一道粉碎機(jī)，用來粉碎粒徑超過37.5cm以上的火山渣材料。攤鋪火山灰基層混合料攤鋪采用推土機(jī)和平地機(jī)結(jié)合的方法?；旌狭线\(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場之后，先用推土機(jī)推平，對(duì)于道路邊緣則由人工鏟料來填平，同時(shí)粒徑較大的碎石，由工人隨時(shí)揀出，推土機(jī)將混合料推平之后，再由平地機(jī)來進(jìn)行找平，找平之后壓路機(jī)進(jìn)行碾壓。防離析由于火山灰集料與碎石相比缺少棱角性，與細(xì)粒土相比缺少粘結(jié)性，因此在火山灰拌合、運(yùn)輸、攤鋪過程中，存在火山灰大料離析現(xiàn)象的發(fā)生。其主要發(fā)生在

23、拌合過程中，集料傳送、運(yùn)輸過程的混合料裝卸料，以及攤鋪過程中。集料離析將造成局部細(xì)集料和結(jié)合料偏少，勢必會(huì)造成混合料的攤鋪難以成型，如離析面積過大，將引起路面的破壞。所以離析是火山灰基層混合料施工的一個(gè)關(guān)鍵問題。分析解決措施如下：控制最大粒徑，二級(jí)及以上公路的火山灰基層混合料最大粒徑應(yīng)小于32.5mm，三級(jí)以下公路混合料最大粒徑應(yīng)小于37.5mm；控制火山灰集料的級(jí)配，避免混合料中細(xì)集料過少或某一檔集料空缺；裝卸料及攤鋪過程中應(yīng)注意車輛的移動(dòng)及速度，以減小混合料的離析；加強(qiáng)對(duì)攤鋪后離析的檢測，一旦發(fā)生離析應(yīng)及時(shí)處理。壓實(shí)度控制采用灌沙法測定火山灰穩(wěn)定基層壓實(shí)度。由于室內(nèi)試驗(yàn)沖擊力的作用，部分火

24、山渣被打碎，造成最大干密度較高，因此實(shí)測壓實(shí)度較其它半剛性基層略低，故建議火山灰混合料基層要求達(dá)到的壓實(shí)度為94%95%，若采用振動(dòng)壓路機(jī)，其壓實(shí)度應(yīng)適當(dāng)提高。養(yǎng)生濕度、溫度條件對(duì)火山灰穩(wěn)定基層強(qiáng)度形成過程、特別是早期強(qiáng)度影響較大，因此要加強(qiáng)碾壓后的早期養(yǎng)生，確?；旌狭匣鶎訌?qiáng)度的增長；由于火山灰穩(wěn)定基層早期強(qiáng)度較低，所以養(yǎng)生過程中要封閉交通，待基層強(qiáng)度達(dá)到要求后才可開放。試驗(yàn)路檢測 圖6-20 北崗至松江河試驗(yàn)路芯樣 圖6-21 砬子河至安撫界試驗(yàn)路芯樣 火山灰基層試驗(yàn)路經(jīng)過3年的運(yùn)行后，對(duì)其強(qiáng)度和成型情況進(jìn)行了檢測，經(jīng)過檢測，彎沉值均滿足設(shè)計(jì)要求，而芯樣也具有良好的強(qiáng)度，見圖6-20圖6-2

25、2。 圖6-22 長白山南坡旅游公路試驗(yàn)路芯樣（3）火山灰用于水泥混凝土路面水灰比控制火山灰吸水性強(qiáng)，用于水泥混凝土路面時(shí)水灰比較大，大的水灰比影響水泥混凝土的抗凍性，在滿足和易性時(shí)盡量降低水灰比?；鹕皆夹g(shù)指標(biāo)控制壓碎值、吸水率及磨耗值等指標(biāo)是決定火山渣是否能夠作為粗集料替代部分碎石的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)控制施工現(xiàn)場的檢測密度與頻率，確保工程質(zhì)量。加強(qiáng)防離析控制火山渣密度明顯小于碎石，在混凝土裝卸過程中易于產(chǎn)生離析，影響工程質(zhì)量，應(yīng)加強(qiáng)防離析控制。水泥混凝土預(yù)制塊施工平整基層：基層應(yīng)堅(jiān)實(shí)、平整，防止漏空造成砌塊傾斜翹起，影響結(jié)構(gòu)整體受力。在基層頂面鋪5cm標(biāo)號(hào)為M7.5水泥砂漿用于穩(wěn)定防水，抹平，使基層

26、表面平整。嵌縫：嵌縫用砂應(yīng)過篩去掉2.5mm以上粒徑的砂子，采用小型振動(dòng)器灌砂，嵌縫灌砂直至密實(shí)為止。搬運(yùn)鋪裝：搬運(yùn)鋪裝過程中，避免邊角斷裂損傷，影響外觀，并使接縫工作量加大?，F(xiàn)澆水泥混凝土路面施工水泥混凝土攪拌：含水量的變化對(duì)混凝土坍落度的影響是顯而易見的，由于磨細(xì)火山灰地加入，使得此時(shí)混凝土與傳統(tǒng)混凝土略有不同，應(yīng)引起施工者足夠的重視。攤鋪前的準(zhǔn)備工作：灑水量要根據(jù)基層材料、空氣溫度、濕度、風(fēng)速等諸多因素來確定灑水量，即保證攤鋪混凝土前基層濕潤，而且盡可能灑布均勻，尤其在基層不平整之處禁止有存水現(xiàn)象。 攤鋪后的養(yǎng)護(hù)：磨細(xì)火山灰水泥混凝土吸水率大，在氣溫高、風(fēng)速大的季節(jié)施工，在養(yǎng)護(hù)過程中，要

27、保證水泥混凝土的需水量，確保水化反應(yīng)充分進(jìn)行。七、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)及環(huán)境效益分析 結(jié)合該課題中各專題的研究成果及試驗(yàn)實(shí)體工程，分析本項(xiàng)目所能夠產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益和社會(huì)效益。1、經(jīng)濟(jì)效益火山灰填筑路基，可以利用挖方段挖余的火山灰，這樣既可以減少棄方又可以減少填筑路堤的借方運(yùn)土，既降低工程造價(jià)，又節(jié)約取、棄土占地。同時(shí)一些路段由于填筑火山灰路基，明顯降低了道路凍深，降低了路堤高度，節(jié)約了造價(jià)和占地。（1）火山灰填筑路基長白山南坡旅游邊防公路是連接省道朝長公路和長白山天池的旅游邊防公路，全長46.601km，路基寬度8.5m，原設(shè)計(jì)采用粘土填筑路基，但由于路線位于長白山國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)，為保護(hù)長白

28、山自然環(huán)境，保護(hù)區(qū)內(nèi)禁止取土和棄土。在長白山南坡旅游公路路基施工期間，采用了本項(xiàng)目的研究成果，用60%的火山灰摻加40%的碎石土填筑路基9km，減少借方效益1217.634萬元，減少棄方效益1033.653萬元，節(jié)約占地效益283.5261萬元，合計(jì)2534.8131萬元。在長白山南坡K18K24段，由于火山灰填筑路基降低0.6m的填土高度，減少借方效益576.06萬元，減少碾壓效益35.52萬元，節(jié)約占地效益394.2595萬元，合計(jì)1005.8395萬元。由上述分析可見火山灰填筑路基降低了工程造價(jià)，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。火山灰基層由于近幾年基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)大規(guī)模開展，砂石材料供應(yīng)緊張，一些砂礫需

29、長距離遠(yuǎn)運(yùn)。鑒于這種原因，相關(guān)管理部門決定，長白山南坡旅游公路、北崗至松江河和砬子河至安撫界公路全部采用火山灰混合料基層，替代原水泥穩(wěn)定砂礫基層。長白山南坡旅游邊防公路路線長度46.601km，路面基層寬度7.5m，基層厚度20cm，共節(jié)約工程造價(jià)1006.4073萬元。北崗至松江河、砬子河至安撫界兩條路線長度合計(jì)71.407km，路面基層寬度6.5m，基層厚度15cm，共節(jié)約工程造價(jià)711.1556萬元。通過火山灰基層與水穩(wěn)砂礫基層經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析可得出對(duì)砂礫類等材料缺乏地區(qū)，采用火山灰混合料修筑道路基層，其經(jīng)濟(jì)效益顯著。火山灰水泥混凝土路面吉林省輝南縣交通局于2003年利用火山渣替代80%碎

30、石修筑的29km火山渣水泥砼路面實(shí)體工程，全線共節(jié)約246.5萬元。樣萬線三級(jí)公路現(xiàn)已運(yùn)營5年以上，目前使用狀況良好。項(xiàng)目組在長白山南坡旅游公路K43+100K43+600、K35+700K36+200區(qū)間內(nèi)應(yīng)用了磨細(xì)火山灰作為水泥混凝土摻料技術(shù)，共節(jié)約1.18萬元。可見火山灰材料在水泥混凝土路面中的兩種應(yīng)用方式均可帶來明顯的經(jīng)濟(jì)效益。綜上所述，在項(xiàng)目研究期間，利用已成熟的研究成果，結(jié)合實(shí)際工程的需要，在工程中應(yīng)用火山灰材料筑路，累計(jì)節(jié)約造價(jià)5505.8955萬元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。2、環(huán)境效益火山灰的合理應(yīng)用對(duì)環(huán)境保護(hù)可起到一定的作用，特別是對(duì)旅游區(qū)及自然保護(hù)區(qū)內(nèi)公路，主要包括以下三個(gè)方面：（1）減少火山灰棄方火山灰分布在火山口方圓幾十至幾百公里的范圍內(nèi)，且火山灰覆蓋層厚幾米至幾十米不等，而公路一般的填挖高度為幾米至十幾米，因此在火山灰分布地區(qū)修筑公路，若僅采用傳統(tǒng)筑路材料，則會(huì)出現(xiàn)挖方的火山灰沒處堆放，而填方所需的材料又需要遠(yuǎn)距離外運(yùn)，而采用火山灰填筑路基、鋪筑基層則可大大減少棄方，不會(huì)大程度影響沿線自然景觀，對(duì)保護(hù)環(huán)境極為有益。（2）減少借方取土場占地如（1）中所述，填方所需的材料需要在沿線取得，會(huì)出現(xiàn)深坑大挖，破壞了原有的植被，若