粉煤灰筑路技术.doc

粉煤灰筑路技术.幽是.7瓶.1995年第1期粉煤灰综合利用.29吕粱(武汉水利电力大学)摘要车文阐述粉煤灰用于道路路面和路堤的工艺技术.j6ttechnologyofflyashusedinroadconstructionahnrtthispaperexpoundstheprocessestechnologyofflyashusedinroadpavetaentandroadembankment.粉煤灰作为筑路材料主要用在三个方面道路基层,道路路堤填方和振动碾压路面1粉煤灰用于修筑道路基层粉煤灰应用在道路建筑中,具有投资少,施工简便,吃灰量大,上马快等优点,做成的路基强度比一般碎石基层要高.在邻近粉煤灰料源和具备运输条件的地方,采用该种结构都可以取得良好的经济效果.方法是将粉煤灰,石灰,粘土,碎石按一定比例配合,加水经拌和摊铺,碾压而成.1.1原材料及其技术要求道路基层使用粉煤灰中氧化硅与氧化铝总量应大于70,950时烧失量一般不应大于lo,工地使用时含水量以保持在2035为宜.一般电厂灰堆的粉煤灰都能达到.石灰应经充分消解.为了充分利废,降低道路造毛fr,也可采用钢铁厂及其它工业所排含有石灰成分的废料,如电石渣等,还可采用级或i级以上的建筑块灰.石灰中活性氧化钙含量不应低于40%,含量在3040之间,应通过试验适当增加百灰用量;低于30时不宜采用施工前,石灰必颁提前57天加水消解,消解好的百灰含水量应控制在2035,并不得音有et后会产生崭解,爆裂的僵块,如?柑谋箴研竞室剐授邮编431)072果存放期较长,还应采取堆埋措施,以防止消解的灰中活性氧化钙含量降低.粉煤灰基层中的碎石以采用4060毫米的颗粒粒径为宜,其他粒径的碎石含量最多不得超过碎石总量的30,最大粒径不得大于75毫米.在铺筑厚度较小时.碎石的颗粒不得大于压实厚度的1/3.碎石料强度要求在4级以上,表面应清洁无泥.经水浇泼分解稳定的平炉钢渣可以代替部分碎石,尚可提高基层强度,便于旖工压实.但参入量不宜超过碎石的1/3.当平炉钢渣粒径与碎石有差别时,混合料的配合比要作适当调整.对于一般交通量不大的路面基层或路面底基层中的碎石也可采用碎砖,卵石,砂砾,经长期堆放已崩解稳定的粒状冶金炉渣等材料代替.此外,一些活性材料如煤渣,水淬渣,粒状冶金炉渣等也可作为代用品使用,但它们的一般性质应与所替代的原材料基本相近.粉煤灰基层所需的土可于沿线采用除去表土的纯净粘性土,砂性土或粉性土,但不得使用腐植土,稻田土(有机质含量不得超过lo%).土的塑性指数应在427之间.含水量应控制在土块最易粉碎时的含水量.对于采用拌和机集中拌和的混台料.应采用易于粉碎又有一定粘性,塑性指数在717的亚钻土类为30粉煤灰综合利用1995年第1期宜,如土块过干,应采取预先浇水浸湿,使之易于粉碎.粉煤灰基层混台料的配合比可参照表l中按道路使用要求,实际情况和施工条件选择.当混合料中碎石孔隙变化较大时,碎石的体积比可作少量调整,但必须保证混合料在摊铺,辗压时不产生蜂窝,起拱,松散为原则.表中粉煤灰三渣可作为城市道路或公路干道路面基层使用,二灰土可作为市郊封锁交通施工的千道或一般公路路面基层使用.二灰稳定碎石可作为轻交通道路路面基层使用.粉煤灰基层混台料拌和后要求均匀,色泽调和,无严重粗细分离,未打碎的石灰,土块,粉煤灰团块不得大于5o毫米,小于2o毫米的石灰,土块,粉煤灰团块不得超过细科总重的l0.混合科的含水量应接近最佳压实含水量.粉煤灰三渣最佳含水量一般为1014,二灰土约2226,二灰约为2428,夏季千热天气可取数值上限,并可增加蒸发量35%,对于潮湿,阴雨天气可酌情取数值下限.为使细料更容易嵌到碎石空隙中,二灰稳定碎石基层中的石灰粉煤灰混合科的含水量,应偏低些.1.2施工i艺粉煤灰基层施工分为原材料备制,混合料拌和,摊铺,辗压,整平,结构层早期养护等工序.根据道路所处位置,机具配备,施工场地等具体情况可分别采用厂拌生产供料施工,路槽拌和施工或路槽外场地集中拌和施工.在施工道路场地狭小.没有活动余地,并要求及早开放交通或基层处地下沟管井盖较多,大型拌和机械使用不便的路段,宜采取厂拌供料方式施工.对取用沿线土为主要原材料的二灰土基层,如施工路段较长,又可以组织大型拌和机械进行流水作业的,宜采用路槽拌和施工;对施工沿线难于备料,堆料.施工现场附近具备拌和及堆放材料的.也可采用路槽外场地集中拌和然后再运至路槽摊铺的施工方式.有时为了加快施工进度,可采用第一层路槽拌和施工及第二层甩路槽外场地集中拌和麓工相结台的方式.裹1道路基层材辑配台比二袭l23一主蓄穗定碎石粉煤灰基层施工如原材料采用厂拌生产,应配备强制式拌和机,皮带运输机,粉碎机,铲车,手推车等机具,原材料一般应随拌随送去工地摊铺.如属路槽拌和或路槽外集中拌和,则应配备拖拉机(包括拖带多锌犁和旋转犁)或手扶拖拉机,翻斗车等机具.拌和时采用锌犁和旋转犁配合进行翻拌较为经济.拌和要求均匀,灰块,土块应打碎,掌握好拌和时间,并在配合比,含水量,粒径,强度等方面进行控制,混合料摊铺应保证压实厚度在l020厘米之间,太厚应分层摊铺辗压,摊铺压实系数对粉煤灰三渣约为1.31.5,二灰土约为1.51.7.辗压应掌握先轻后重,先路边后路中,当辗压一遍后即用路拱板检验路拱及平整度.因为此时混合科易铲平,低处易拉毛添补(翻松不得小于l0厘米,否则将会产生薄层脱壳).粉煤灰基层的早期养护特别重要,在干热的夏季,施工后一星期内应经常洒水养护,不使表面失水泛白.洒水要均匀,不得以水笼直接浇表面,以免混合科中石灰浆被j巾走.对于表面光滑的二灰土基层为保证其与面层之间有良好的联结和稳定性,应擞铺一层石子并用压路机压入z/3石子粒径的深度作为结合层.其甩量一般不超过0.02米/米.厂拌生产筑路基层可以按下述工艺漉程设置.1995年第1期粉煤灰综合利用橱煤灰石灰含水率料仓-e_瞄簿丁.拌合机tt出厂碎石ii料仓计l量j料斗1.3粉煤灰道路基层优点强度比一般碎石基层高,与石灰土相比,抗压强度高li52.0倍,收缩系数降低一半.冻融稳定性好,石灰土醵融损失率达2o,而粉煤灰三渣土混合料冻融损失率为5.因此可以减小基层的厚度.节约土源,以灰代土,对土源缺乏的城市,可以减少对良田的破坏降低工程造价.2粉煤灰用于道路路堤和填方2.1粉煤灰用于道路路堤在英国,最早报导粉煤灰在筑路工程回填中应用的是在5o年代后期,井最终将其纳入了大不列颠整个快速干道的施工计划.大约在同时,法国在一些主要道路工程的路堤中也使用了这种材料,其他欧洲国家像瑞典,芬兰,波兰,还有前苏联的乌克兰也起而仿效.而在美国只有少数州报告了有这方面的活动,其用于道路回填和路堤中的粉煤灰总量不大.我国南京,西安,马鞍山等地都曾试铺过粉煤灰路堤,马鞍山路堤最高达3米,两边用l米宽的土堤包裹.1983年竣工.西安路堤长】70米.最高填筑1.5米,边坡用黄土培宽l米,基层为二灰土8o厘米,面层为l8厘米的水泥混凝土路面,l981年竣工,至今路况完好.陕西公路局l984年填筑的200米粉煤灰试验路堤,高24.5米,宽2o米.粉煤灰应于路堤,是基于其容重轻和价格低廉的特点,容重轻用在软土基,可减步附加荷载,降低路堤沉降.纯粉煤灰也可用来填筑路堤,但应采用石灰粉煤灰或填土以包裹边坡及堤顶,包裹土体的宽度可视路堤高度不同而选取l2米,石灰粉煤灰的宽度在3050厘米.对粉煤灰路堤压实,应优先选用振动压路机(或用轮胎路机或履带推土机)初压一,二遍,再用一般压路机按一般碾压工艺压实.对粉煤灰路堤的一些不足之处或不利因素,可采取一些简单方法予以控制或消除.对于其明显的冻敏性,可采用稍加石灰的方法以增强其抗冻性.对于边坡的冲刷,可通过填土或用石灰粉煤灰包裹或者植草来防止.对化学淋溶作用的危害可通过适当压实,充分捧水,用石灰粉煤灰或填土包裹,植草使之减少到最低限度.毛细管水上升,对粉煤灰路堤的耐久性有不利影响.为此.对总压实厚度小于46厘米的基层,一般不应使用未经稳定处理的粉煤灰.在粉煤灰路堤底层与地下水接触的地区,应铺设排水保护滤层至少高于地下水面l6厘米,以防止毛细水上升授入粉煤灰路堤.2.2粉煤灰用于结构回填粉煤灰用作结构回填,6o年代初期在英国即已出现,并在新英国公路系统(与美国的州际公路系统类似)得到广泛利用,成功地实现丁由桥台引道搭板至桥面的平滑过渡,减少井根除了在两者的结合部位由于不均匀沉降所出现的”颠簸现象.如英国肯特郡被德波茹竣工的挡墙后面的粉煤灰回填,m?23m?25立体交叉构筑的修建以及粉煤灰用于路堤和桥台后面的结构回填等.在国外,粉煤灰已成功地用作桥台,挡墙以及其它类型的挡护结掏的回填材料.这主要是由于其自重轻,减低删压力,剪切强度好以及在某些情况下还具有自硬性.因而能减少回一一爿32粉煤炭综利用1995年第1期填的实际沉降同时,在桥台和其他挡护结构后面的有限面积内,粉煤灰还较易于装卸和铺撤,用小型压路机即可压实.至今还没有资料报导任何甩粉煤灰作挡护结构回填而失败或不够满意的事例筑路施工中,用粉煤灰填筑坑塘洼地.与填筑路堤和结构回填一样,不需另外取土,因而也是一种投资少,用灰量大的公路利用途径在这方面,国内实例也比较多,如安徽马鞍山公路站的一条路线经过一个水塘,160米长,27米宽,坑塘最深处2.1米,浅处0.7米,平均深度约1.3米,填方约5,600米,上面是粉煤灰路堤及路面,直至现在,公路使用情况良好宝钢炼钢区原料坑,二个坑约i万立方米,用粉煤灰填筑,上有汽车通过,实际上是路基,节约土的运费1o万元,代替砂子回填,每方20元,其煤气柜基坑3,000多米,用水泥粉煤灰回填300多米,用粉煤灰回填2,000多米,情况良好.3粉煤灰振动碾压路面用振动压路机振动碾压混凝土(rollercompactedconcrete)是七十年代中期在一些国家发展起来的一种干硬性混凝土施工新工艺,简称振碾混凝土(rcc),美国最早用之于大坝上由于这种工艺施工速度快.可大量节约水泥.因此很快在英国,日本的大坝方面得到推广.8o年代国外开始研究将此工艺用于路面上我国实践证明.振碾混凝土可以使用325号水泥,铺筑300号的混凝土路面,(惯用工艺刚需使用425号水泥),当时造价达到:路面厚度20厘米,lo16元/米,厚度22厘米,1618元/米.施工速度加快一倍,质量得到提高.节约三分之一水泥,并解决了施工缓慢的问题.使其能在公路工程上得以应用.其施工工序叉与铺筑沥青混凝土相仿,但把热拌,热铺,碾压改为冷拌,冷铺,振碾,切缝.从而既继承了黑色路面与刚性路面施工工艺的优点,叉克服缺点,改善了操作人员的劳动条件,是一种多快好省地铺筑路面的新工艺,为刚性路面施工,开避了一条新的途径.振碾混凝土是使用振动压路机通过外部振动和碾压的一种千硬性混凝土.它与普通混凝土的主要区别是;由于拌合物配合比不同,振碾混凝土比普通混凝土的用水量减少约三分之一,水泥也减少三分之一;使用的振碾设备是用振动路机.为了有效地振碾密实,振碾混凝土必须有足够的千硬度以支承振动压路机的重量,但也要求有一定的湿度,以便在拌和与振动碾压过程中,有足够的水泥浆遍布于整个拌和物它所要求的稠度直接影响拌合物的配合比,以及混凝土的各种技术指标.振碾混凝土直到振碾密实为止,很少有水泥浆出现.这种拌合物在充分振碾下将获得最大密实度,它所需要的振动碾压能力非常重要任何能充分而快速地使这种混凝土振碾密实的方法均可使用.振碾的时问可以通过测量混凝土的密实度和振动碾压力求出.美国研究表明,适用的振动碾压设备.必颁能够在一分钟内把硬性拌和物充分振碾密实.对于一定的拌合物所达到的最大密实度,将随着所用粗骨料和砂浆的含量而变化,下面分别讨论与振碾混凝土路面施工有关技术.3.1捧合物的稠度振碾混凝土的稠度由所使用的振动压路机的功率,振幅,效率,碾压速度与遍数(即振动时伺)决定.功率大,振幅小,频率高,线压力大,碾压速度适宜刚振碾混凝土用水量少,其容重和强度也高.国外一般认为,水分不宜过高.但对振动压路机线压力,轮宽,碾压速度和频率制定有指标以满足干硬性拌合物振碾密实的要求.美国混凝土协会207委员会1980年8月的报告指出:粗骨料最大粒径为38毫米的纯粉煤灰混凝土在充分振动下(40秒或更多),混凝土的容重随用水量的增加而迅速增大.直到72公斤./米后开始下降.当用水量达86公斤/米后.只要振动30秒就可达到无空气密宴度的98,如再增加用水量,充分振实所需1995年第l期粉煤灰综合利用33要的振动时间很快减少,但其于硬度也就逐渐不适于支承振动压路机的重量了,因此这种拌合物的适宜用水量约为以上二数值的中值,大约为79公斤/米.波特兰水泥与粉煤灰混合的适宜甩水量,可按粉煤灰与波特兰水泥的比例折算,其数量变化于两者之间,对于我们来说,则应视实际材料情况及拌台物的适宜于硬度来决定.3.2骨料骨料的选择及其级配的控制,是影响振碾混凝土质量和性能的重要因素.为了提高振碾混凝土的密实性与减少拌合物的离析,粗骨料最大粒径以35毫米为宜.粗骨料的级配在振碾混凝土中不象在塑性混凝土中那样重要,因为使两种混凝土增加密实度的设备不同,可是粗骨料的级配影响混凝土的相对压实密度,影响一定层厚的振碾混凝土充分密实所需要的最少振碾遍数,还影响振碾混凝土的拌和水和胶结料的需要量.为了减少离析,通常需要增加较小颗粒的比例,从而达到蒯黾各种尺寸颗粒的粗骨料,以免较小颗粒的淀费.用于路面的振碾混凝土f骨料质量的要求,和普通路甩混凝土基本相同,但由于振碾混凝土的水和水泥用量甚低,因此细骨料的极细颗粒百分率,可比规定的稍偏离当垮用粉煤灰时,通过100#筛h15毫米)的邑,率可增加5,以减少细骨料的空隙,对于减少水泥浆的需要量与提高混凝土的振碾密实效果是有益的.当在拌合物中掺入部分粉煤灰后,可以增加拌合物和易性,这应根据实地材料情况通过试验来决定.3.3粉煤灰由于振碾混凝土的水和水泥用量甚少,于是用掺粉煤灰来增加胶凝村料的用量以增加混凝土的和易性与密实性.虽然粉煤灰在振碾混凝土中主要是补充不足部分泥浆体积,但由于粉煤灰本身具有弱火山灰活陛,当其在细散状态,在有水朝正常温度下.将与水泥水化产生的氢氧化钙反应形成具有胶结性质的化台物.最近,国外对粉煤灰在混凝土中的应用所做的大量研究证明,粉煤灰中的粗颗粒取代砂,细颗粒取代水泥,即可节约水泥和砂,又可改善混凝土的和易性,密实性,增强混凝土的后期强度e?e-伯里等对近几年国际粉煤灰混凝土研究发表的材料进行了总结,认为:l5粉煤灰取代水泥,其强度,弹性模量,收缩和馀变等皆最佳,当含气量,强度相等时,粉煤灰和无粉煤灰混凝土的冻融耐久性没有明显的差别,粉煤灰混凝土的誉接与胶结材料的水化程度有关,养护28天后由于界面反应还很少,其渗透性比普通混凝土大,怛6个月后相反;粉煤灰可大大改善混凝土的抗硫酸盐性能,粉煤灰还可降低混凝土中碱骨料反应所引起的膨胀.3.4外加荆使用外加剂主要是减少水与水泥用量,增加混凝土的和易性,减小其干硬度,在夏天延缓凝结时间,防止裂缝.经试验高效能减水剂效果不佳.全部采用振碾混凝土的威卢?格里克大坝也对加气剂和其他外加剂进行了试验,其结果甚至比通常剂量增加lo倍,也未获得满意的效果.用木质素磺酸钙类的m型减水制,能达到目的.所以在筑路中宜配以木钙型减水齐季hn一1型速凝剂,效果更好,且后期强厦不降低,反而增高,比其他任何速凝剂都要优越3.5水泥浆最小用量及其与砂浆的比值水泥浆最小用量须能填满砂的全部空隙并包裹所有骨料.这要由砂和粗骨料的粒形,级配,空隙率和比表面积等的综结果来决定.有人认为拆混凝土需要高的净浆含量.因为标准混凝土片j砂的孔隙率为3540,很明显,混凝工中净浆与砂浆的体积比值p在这个水平以下时,细骨料的孔隙就不能全部为浆体所充满.通常设计用于道路的千硬性贫混凝土的p值在0.30左右.显然这是有时要使混凝土密度达到9596以上就感到困难的原因之一.因此需要增加浆体含量,这就采用大量掺加粉煤灰的方法.有资料介绍,对粗骨料粉煤灰综合利用1995年第1期最大粒径为38毫米的振碾混凝土,其p值约为0.420.50时,其理论密度最大,建议道路路面振碾混凝土采用水泥裹砂法来进行拌制.3.6混凝土的配合比计算混凝土配合比的计算,可按下列步骤进行:(1)按通常的混凝土配合比计算方法,初步决定混凝土的水灰比;(2)按前述的振碾混凝土对稠度的要求,决定每方混凝土的用水量;(3)根据(1),(2)步骤的数据,计算水泥用量;(4)根据所述的振碾混凝土粗骨料绝对体积与压实效果之间的关系,通过试验决定最佳粗骨料绝对体积vca;(5)计算每立方米混凝土中砂浆的绝对体积vml,vmilvca;(6)根据每立方混凝土中水,水泥的用量,计算水泥浆绝对体积vp,vpl一水重+琵;(7)计算砂的绝对体积:vn一vm一vp1;(8)校核vp/vm的比值p.(净浆与砂浆的体积比)(9)将砂和粗骨料的绝对体积乘上各自的比重.即为每方混凝土的砂,石用量wfa,wca】;(10)拟定粉煤灰取代水泥乃至细骨料的比例,算出每方混凝土的粉煤灰掺量w以及新的砂用量vf与w,(v为体积,w为重量):(11)算出新的胶结料体积vpvp+粉煤灰重量粉煤灰比重(12)校核新的p一vp2/vm2;(13)试拌混凝土,测出其干硬度.评定混凝土的稠度是否合适;粗骨料用量如多了,混凝土不易振实.砂子少了砂浆不富足.都对路面垫平不利.如粗骨料少了及砂多了也不合适,皆须调整配合比,直到满意为止.(14)可多作几种水灰比,几种粉煤灰掺率,从混凝土试件测出各种混凝土性能指标,最后确定所需之水灰比和粉煤灰掺率,从而得出适宜的混凝土配合比.也可用一般的混凝土配合比计算方法,通过试拌,求出合适的含砂率,干硬度,根据p的数值与混凝土的外观再检核p值是否台于要求(p为混凝土中净浆与砂浆体积比)3.7路用粉煤灰振碾混凝-土的有关性能粉煤灰振碾混凝土和普通混凝土性能的所有差别,或许主要是由于混凝土配合比的不同掺了粉煤灰以后它的水和水泥用量比普通(中等塑性)混凝土约低1/3.3.7.1弹性性能影响混凝土弹性性能的主要因素是龄期,骨料类型和水灰比或水泥浆质量.混凝土弹性模量随龄期和水泥用量增加而增加.由于振碾混凝土水泥浆的减少,相应增加了其骨料比例,混凝土的容重也随之增加(容重的增加,还因受强力振动碾压作用).如果水泥浆体减少到不足以填满骨料的孔隙以及混凝土的和易性变差,则混凝土的容重将趋于减小.在此情况下,弹性模量不但受容重减小的影响,也受水泥浆不足的影响,可以有理由认为空隙的增加与弹性模量的降低成比例.3.7.2体积变化影响变形能力的因素是骨料的种类,粒形以及水泥用量.增加水泥用量由于增加抗拉强度而改善变形能力,但通常则被增加温升而引起的热量消散所抵销.振碾混凝土的变形能力应该与相同胶结料用量的普通混凝土没有区别.但大部分振碾混凝土的变形能力被认为要低些.因为其水泥用量较低,或是以较多的粉煤灰代替水泥,这较低的变形能力将被由于拌合物中水泥较少,从而产生较低的温度应变所补偿.由于振碾混凝土的拌和水比普通混凝土少得多,故由水损失引起的干缩可能导致的体积变化则非常小,而混凝土的体积变化叉随胶结材料的用量及其细度的增加而增长.所有混凝土的表面部易于干燥,由于振碾混凝土表面水1995年第l期粉蜞灰综合利用泥浆少,骨料体积所占比例大,从而增加了干燥的阻力,如果水泥浆不能充分密实,或者振碾不够充分以防止或阻止水份移动,表面缩裂将扩展到深处.3.7.3渗透性由于渗透性主要决定于进入混凝土的空气形成的孔隙,因此几乎完全地由混凝土拌合物的配合比和压实度所控制.当有足够的水泥浆使混凝土的孔隙减到最小,并且振碾设备能够充分振碾混凝土使之密实时,振碾混凝土的抗渗性将是良好的.对工作缝之缩缝等必须精心施工,妥善处理,以防渗漏,可通过减少粗骨料的最大粒径,降低混凝土的水灰比,掺用加气荆,减水剂,粉煤灰以及正确施工,减少泌水,充分湿润养护等,以减少混凝土的内部缝隙也是必要的.3.7.4耐久性振碾混凝土的耐久性是通过它对抵抗风化,抗化学侵蚀及抗磨耗等来评价的.抗风化(拣融)侵蚀首先是加强道路排水,不让或减少混凝土的孔隙充水,亦即减少混凝土的饱水程度;降低混凝土的水灰比,提高其强度减小混凝土的孔隙;减小粗骨料的最大粒径以减短排水道路掺加气