粉煤灰在高速公路基层中应用探究.doc

粉煤灰在高速公路基层中应用探究【摘要】对于半刚性基层，为提高高速公路的稳定性和 可靠性对水泥稳定基层、底基层和水泥粉煤灰稳定基层、 底基层的室内试验和试验路现场检测工作，并对试验检测成 果进行经济技术分析，以评判和研究粉煤灰的路用性能并 对其路用性能及其应用进行分析，为大规模在高速公路上利 用粉煤灰提供实测依据，为高速公路基层建设提供参考关键词】粉煤灰路基检测路用性能1、前言近年来，随着环保节能意识的加强，各种工业废渣的利 用越来越受到重视在水泥稳定土基层中加入活性材料粉煤 灰的水泥粉煤灰是典型的半刚性基层材料由于水泥粉煤灰 稳定土物理力学性能强度高、水稳性和抗冻性较好，板体性 好且经济等特点，所以能作为高等公路路面基层材料用粉 煤灰还可代替部分水泥，并不降低材料的路用性能，有着广 泛的工程应用前景但是，目前我国对水泥粉煤灰的研究尚不够深入，现行 规范对此也没做相应的规定本文结合高速公路建设工程实 践，对粉煤灰在高速公路基层中路用性能进行检测评判对 如何进行级配，如何进行混合料的设计，如何分析与计算路 用性能等问题，提供一些具体的实用性的解决思路以及对 其路用性能及其应用进行了分析和探讨。

2、粉煤灰的化学、物理及力学性能2.1、 化学分类及其特性从化学成分含量和性能上分，粉煤灰一般分为两大类一类是含有大量的硅(Si02)和铝(AL203),较少量的铁 (Fe203),以及少量石灰(CaO)和硫(Si03),称为硅铝型 粉煤灰其CaO和MgO含量低，自身不具有胶凝性，属于低 钙灰范畴但当其粒度较细并在有水条件时可与碱金属或碱 土金属反应生成胶凝性产物；另一类粉煤灰硅铝含量少，石 灰和硫的含量较高，属高钙灰范畴，称作硫钙型粉煤灰具 有自硬性对工程有影响的主要成分是游离的石灰和未燃尽 的碳，游离的石灰可影响粉煤灰的火山灰反应，未燃尽的碳 则影响其压实性能2.2、 粉煤灰的物理性能粉煤灰外观光滑而松软，呈粒状，粒径较小，部分颗粒 尺寸小于10 U m,具有较大的比表面积粉煤灰是由少部分 结晶物质，一部分非结晶行物质和石英成分组成，完全的粉 煤灰不含粘土矿物，因而不具备塑性2.3、路用要求按照《公路沥青路面设计规范》的要求，公路工程对粉煤灰在化学成分上的路用要求是：(1) Si02, AL203和Fe2O3的总含量应大于70%2) 烧失量不(3)大于20%o2.4、 路用特性1) 粉煤灰通常是一种均匀级配材料，其粒径处于粉 质砂土和粉质粘土范围内,粒径介于0. 005mm〜0. 10mm之间。

粉煤灰的粒度成分与它的路用性能应用协调一致粉煤灰用 作路基填筑材料时，影响其压实性能的主要方面是粉煤灰的 粒径组成，粗颗粒含量较多的粉煤灰，内摩阻角会增大，表 现出一定的有利作用在作为路面基层无机结合料时，粉煤 灰的比表面积应满足2500cm2/g的规定标准，以利于早期强 度的发展和火山灰反应2) 粉煤灰的击实特性有资料显示，在室内对粉煤灰和细粒土进行击实试验得 出的结果非常相似，二者的击实曲线的在形状总体上类似2.5、 粉煤灰的力学特点(1)粘聚力Co粉煤灰是球形粉粒状材料，内聚力由自凝强度和灰内毛 细水表面张力的作用构成试验表明，粉煤灰的自凝强度仅 与密实度有关，密实度越大则其无侧限抗压强度也高；密实 度小，则显示不出增长趋势这是由于越密实，灰颗粒越靠 近，火山灰质作用就易得到发挥的缘故粉煤灰由毛细水张 力所形成的粘聚力是一种“表观内聚力"2)内摩阻角①由于粉煤灰不具有塑性，属于无粘性材料，故其抗剪强 度由三部分组成，即剪切时土粒接触面上的滑动摩擦力、体 积膨胀产生的阻力以及颗粒重新排列所受到的阻力三部分 总的效应是随密实度的增大而提高多项试验资料显示，不 同密实度的①值相差不大，这说明粉煤灰由于体积膨胀与 颗粒重新排列受到的阻力较小，其摩阻强度主要由颗粒接触 面上的摩阻力构成。

3) 回弹模量E0粉煤灰的回弹模量E0值是路基强度的常用指标，是一 个重要的设计参数，它表征材料抵抗垂直变形的能力3、试验原理及结果依据底基层、基层合成级配，分别对水泥稳定碎石进行 不同灰剂量击实试验，以确定各种混合料的最大干容重、最 佳含水量；然后按最佳含水量和计算得的干密度制备试件， 进行无侧限抗压强度试验，选择最佳灰剂量水泥粉煤灰稳定碎石采用与水泥稳定碎石相同的底基 层、基层合成级配，依据福州大学专家建议的灰剂量进行击 实试验与无侧限抗压强度试验试验原材料：水泥：三水河口 “桥牌” II型硅酸盐水泥42. 5R砂：马房中砂，Uf=2. 7,含泥量0.8%,泥块含量0.2%,吸水率0. 5%石：云浮碎石5〜25mm连续粒级，针片状含量6. 7%,压 碎指标7. 8%,含泥量0. 3%,泥块含量0.2%,吸水率0.3%外加剂：广州建筑宝JZB-4水剂，根据不同掺量减水率 15 〜25%粉煤灰：珠海港环保实业有限公司供应的II型灰，45um 方孔筛余量13. 3%,需水量93%,烧失量1.87%拌合水：饮用自来水混合料设计试验结果如下：注：7天无侧限抗压强度为95%保证率值根据以上试验结果，水泥稳定碎石底基层的水泥剂量确 定为3. 5%,基层的水泥剂量确定为5.5%。

依据确定的合成级配、灰剂量、最佳含水量，分别对水 泥粉煤灰稳定碎石与水泥稳定碎石底基层、基层进行7天无 侧限抗压强度、28天、90天回弹模量、劈裂强度试验试 验结果如下： 4、试验检测成果分析1、强度对比及增长情况在水泥稳定土中以粉煤灰代替部分水泥，早期强度较 低在前7天内强度增长幅度与不掺粉煤灰的基本相当，只 是由于参与水化反应的水泥量较少，其强度低于水泥稳定粒 料但28天后，强度增长的速度略快于水泥稳定粒料，90 天的强度也略有增加因此，用粉煤灰代替部分水泥，可获 得较好的后期强度，在同样的强度要求下，可以明显减少水 泥用量，而粉煤灰来源广泛、价格低廉，有广泛的工程应用 前景2、经济效益分析我国是粉煤灰资源大国，年排放量在1.6亿吨以上，但 综合利用率不高，存积的粉煤灰超过10亿吨路面工程造 价由人工费、材料费和机械费三部分组成当路面结构确定 后，路面工程造价也就相应确定了因此，要比较用不同材 料作路面基层时的路面工程造价，关键是在于保持其他结构 层相同的条件下，确定用不同材料作基层时的基层厚度由 于粉煤灰的价格比水泥便宜，据广州市政建设工程总公司测 算，用粉煤灰替代部分水泥配制生产商品混凝土每方可节约 成本4〜7元钱，其带来的经济效益是相当可观的。

利用粉 煤灰激发剂可激发粉煤灰的活性，也能提高粉煤灰混凝土的 早期强度，改善混凝土的施工性能及混凝土的技术性能，有 效地增加粉煤灰在商品混凝土中的利用率，利于环境保护， 尤其我国粉煤灰资源丰富，可以获得良好的技术经济及社会 效益，值得推广使用5、评定方法效果评价实践表明，对于粉煤灰在高速公路基层中路用性能，都 可参照上述方法进行检测评判通过水泥粉煤灰路用性能分 析表明，加入粉煤灰后后期强度明显增加，且经实践检验证 明本文中级配确定，水泥粉煤灰的设计方法是可行的该方法实施效果，水煤灰以及稻壳灰等活性材料的作用必将在今 后高等级公路建设中得以彰显参考文献[1] 李世秋•吴克刚•郝旭两种养护条件下水泥-粉煤 灰胶凝体系的性能[2] JTJ034-2000,公路路面基层施工技术规范【s】[3]沙庆林，高等级公路半刚性基层沥青路【M】•北京：人民交通出版社.1999[4] TENG Xu-qiu, CHEN Zhong-da, JIANG Wan-rain. Mixratio design of lime-fly一ashstabilized-aggregates-mixturesEJ]. Journal of Chang? an University： NaturalScience Edition, 2006, 26 (1)： 29—34.。