粉煤灰在高速公路基层中的应用研究

1、粉煤灰在高速公路基层中的应用研究 【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

2、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（sio2）和铝（al2o3），较少量的铁（fe2o3

3、），以及少量石灰（cao）和硫（sio3），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10m，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

4、。 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）sio2，al2o3和fe2o3的总含量应大于70%。 （2）烧失量不（3）大于20%。 2.4、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0.005mm0.10mm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

5、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c。 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。 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

6、、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

7、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”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525mm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1525% 粉煤灰：珠海港环保实业有限公司供应的型灰，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

8、。 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

9、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47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

10、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面【m】.北京：人民交通出版社.1999 4 teng xu-qiu，chen zhong-da