利用粉煤灰处理过湿土(徐涛讲义)

1、2021/8/21利用粉煤灰处理过湿土利用粉煤灰处理过湿土可行性研究试验报告可行性研究试验报告 主讲人：张武茅 徐涛2021/8/22荆东公路路基填筑具有施工期雨荆东公路路基填筑具有施工期雨水频繁，土场地下水丰富，土的水频繁，土场地下水丰富，土的天然含水量高，部分土的天然含水量高，部分土的CBR值值低等特点。为了加快进度，保证低等特点。为了加快进度，保证质量，充分利用当地材料资源，质量，充分利用当地材料资源，我们对粉煤灰处理过湿土可行性我们对粉煤灰处理过湿土可行性及有关问题进行初步的室内试验及有关问题进行初步的室内试验研究。其研究结果报告如下：研究。其研究结果报告如下：2021/8/23一、粉

2、煤灰材料一、粉煤灰材料 一、粉煤灰材料 1、产地：荆州市热电厂干排粉煤灰。2、运距与价格：平均运距3050km，出厂价12元，到场价30元左右。3、产量：日产300 T干排灰。并储有大量湿排灰。2021/8/244、基本性能化学成分化学成化学成分分CaO MgOFe2O3AL2O3SiO2SO3烧失量检验结果（%）2.98 1.968.8425.3553.90.9852021/8/25细度：通过筛分细度：通过筛分0.075筛余筛余8%（水泥（水泥要求要求10%，故已达到水泥细度标准，故已达到水泥细度标准)。 二灰强度（试验方法同水泥强度检验）二灰强度（试验方法同水泥强度检验） 绝对吸水率：绝对

3、吸水率：50% 二灰比例石灰：粉煤灰1:21:31:4强度（MPa）8.312.2 10.62021/8/26二、粉煤灰处理过湿土处理降水性能二、粉煤灰处理过湿土处理降水性能试验采用了含水量为试验采用了含水量为28.7%的过湿土，的过湿土，在不同时间观察含水量降低情况。在不同时间观察含水量降低情况。对比分四个类型：对比分四个类型：纯土不掺结合料自然降水。纯土不掺结合料自然降水。掺纯生石灰降水。掺纯生石灰降水。掺纯粉煤灰降水。掺纯粉煤灰降水。掺石灰加粉煤灰降水掺石灰加粉煤灰降水。 2021/8/27结果如下图所示： 1520253001428425670时 间 (h)含水量%5%生 石 灰 土2

4、： 6： 100二灰 土10%粉 煤 灰 土素 土2021/8/28 由上图可知，没经处理的土自身有由上图可知，没经处理的土自身有一个风干过程，但降低速度很慢。掺入一个风干过程，但降低速度很慢。掺入改善料的含水量其中也包括了自然风干改善料的含水量其中也包括了自然风干效应，那么，必须除去纯土的含水量降效应，那么，必须除去纯土的含水量降低部分，作为掺入改善料的降低含水量低部分，作为掺入改善料的降低含水量的作用。如下图：的作用。如下图： 2021/8/290246801428425670时间(h)含水量降低值%5%生石灰土2：6：100二灰土10%粉煤灰土2021/8/210上图说明，掺入这些改善料

5、，即使处上图说明，掺入这些改善料，即使处在封闭状态（即实际施工时土处在在封闭状态（即实际施工时土处在大堆存在状态）结合料与土产生水大堆存在状态）结合料与土产生水化作用直接吸水，可以产生明显的化作用直接吸水，可以产生明显的降低含水量作用。也就是说改善土降低含水量作用。也就是说改善土在碾压封闭后还有一个持续降水的在碾压封闭后还有一个持续降水的作用。作用。2021/8/211粉煤灰化学反应机理：主要是火山灰反应R(OH)2+SiO2 xRO-y SiO2 -ZH2O R(OH)2+Al2O3 xRO-y Al2O3 -ZH2OR(OH)2+Al2O3 +SiO2 xRO-y Al2O3 -Z- Si

6、O2 -wH2OH2OH2OH2O2021/8/212粉煤灰化学活性分析：粉煤灰化学活性分析：粉煤灰中非晶质的玻璃体是形成复杂粉煤灰中非晶质的玻璃体是形成复杂硅铝化合物的组成部分成分，其硅铝化合物的组成部分成分，其SiO2/ Al2O3比值越大，强度就越高。比值越大，强度就越高。荆州荆州市热电厂干排粉煤灰市热电厂干排粉煤灰SiO2/ Al2O3比值为比值为2.12。比值偏低。比值偏低。2021/8/213010203040501234SiO2/Al2O3蒸养试件强度MPa2021/8/214 小结小结1：掺入：掺入5%生石灰，可以使施工碾压含生石灰，可以使施工碾压含水量由水量由28.7%下降到

7、下降到15.2%，完全能满足压实，完全能满足压实度度100%的要求，碾压后含水量还可持续下降，的要求，碾压后含水量还可持续下降，使路基迅速固化成型。使路基迅速固化成型。 小结小结2：掺入：掺入2%熟石灰加熟石灰加6%粉煤灰，基本粉煤灰，基本可以达到与石灰同等效果。造价明显降低。可以达到与石灰同等效果。造价明显降低。 小结小结3：掺入：掺入10%纯粉煤灰，其降低含水量纯粉煤灰，其降低含水量的效果相当于掺的效果相当于掺4%的生石灰。但其水化作用的生石灰。但其水化作用不显著，因为粉煤灰需要石灰（而且是熟石不显著，因为粉煤灰需要石灰（而且是熟石灰）才能激发其活性，主要是产生火山灰反灰）才能激发其活性，

8、主要是产生火山灰反应。应。 2021/8/215三、粉煤灰改善土的强度性能三、粉煤灰改善土的强度性能 过湿土的另一个主要改善作用是改善过湿土的另一个主要改善作用是改善土的土的CBR值，提高土的承载力，使值，提高土的承载力，使土基不产生后期压缩沉降。土基不产生后期压缩沉降。、取典型、取典型CBR不合格的粉质土（其不合格的粉质土（其值为值为2.87%），直接利用天然含水量），直接利用天然含水量（31%）掺各类改善剂击实成型，）掺各类改善剂击实成型，压实度在压实度在86%的状态下处理后的状态下处理后CBR值比较处理结果如下表：值比较处理结果如下表：2021/8/216改良前CBR值 改良方式 改良后

9、CBR值 2.87掺4%固化剂 10.9掺6%消石灰 12.07掺10%二灰（石灰：粉煤灰=1：4） 11.852021/8/217粉煤灰的应用情况：粉煤灰的应用情况：引沙庆林文章：引沙庆林文章：“在美国石灰粉煤灰在美国石灰粉煤灰也不常用于稳定细粒土，其原因如也不常用于稳定细粒土，其原因如下下在野外条件下，石灰粉煤灰难在野外条件下，石灰粉煤灰难于加入细粒土；于加入细粒土；石灰粉煤灰细粒石灰粉煤灰细粒土的强度水平较低（与稳定粒料土的强度水平较低（与稳定粒料比）；比）； 要求增加石灰粉煤灰的用量；要求增加石灰粉煤灰的用量； 可以采用其他稳定剂可以采用其他稳定剂”2021/8/218同时沙庆林指出：

10、同时沙庆林指出：“我国在高等我国在高等级道路上，也采用了石灰粉煤灰级道路上，也采用了石灰粉煤灰做底基层，例如西安做底基层，例如西安-三原一级三原一级公路、西临高速公路和沪宁高速公路、西临高速公路和沪宁高速公路江苏段等。实践证明，石灰公路江苏段等。实践证明，石灰粉煤灰比石灰土更容易施工，特粉煤灰比石灰土更容易施工，特别是它一旦碾压结束后，就不怕别是它一旦碾压结束后，就不怕下雨，可以较早在上通行施工车下雨，可以较早在上通行施工车辆辆”2021/8/219小结小结1：石灰粉煤灰改善土CBR值提高到10%以上。小结2：石灰粉煤灰改善土无侧限抗压强度，达到了一般二级路底基层强度要求，和粉喷桩强度要求。小

11、结3：石灰粉煤灰改善土做上路床填料既经济，技术上又可行。2021/8/220四粉煤灰改善土的膨胀性能四粉煤灰改善土的膨胀性能估计估计 过湿土改善后是要有良好的水稳过湿土改善后是要有良好的水稳定性，也是应慎重考虑的问题。定性，也是应慎重考虑的问题。与改良前作比较，与改良前作比较，CBR试验中浸试验中浸水水4天的膨胀量情况如下表天的膨胀量情况如下表：2021/8/221改良前膨胀改良前膨胀量（量（% 改良方式改良方式 膨胀量（膨胀量（%） 5.83掺掺4%固化剂固化剂 0.03掺掺6%消石灰消石灰 0.03掺掺10%二灰二灰（石灰：粉（石灰：粉煤灰煤灰=1：4） 0.062021/8/222小结：

12、石灰粉煤灰处理过湿土与小结：石灰粉煤灰处理过湿土与其他改善剂处理过湿土都具有十其他改善剂处理过湿土都具有十分 良 好 的 耐 水 性 ， 膨 胀 率 由分 良 好 的 耐 水 性 ， 膨 胀 率 由5.83%，降低到了，降低到了0.06%，无明，无明显的膨胀变化。这对解决过去工显的膨胀变化。这对解决过去工程出现的土基早期强度衰减有着程出现的土基早期强度衰减有着十分重要的作用。十分重要的作用。2021/8/223五、粉煤灰改善土的抗收缩的性能估价五、粉煤灰改善土的抗收缩的性能估价 限于试验设备限制，需做具体试验。但是，限于试验设备限制，需做具体试验。但是，大量文献表明，在众多的改善剂中，粉煤大量

13、文献表明，在众多的改善剂中，粉煤灰是降低土的收缩性的最好材料。在灰是降低土的收缩性的最好材料。在公公路路面基层施工技术规范路路面基层施工技术规范中指出中指出“石灰石灰稳定细粒土最大干缩应变为稳定细粒土最大干缩应变为31206030；水泥稳定细粒土最大干缩应变为水泥稳定细粒土最大干缩应变为27803950；二灰稳定细粒土最大干缩应变为；二灰稳定细粒土最大干缩应变为3402630”， 2021/8/224沙庆林指出：沙庆林指出：“稳定细粒土水泥剂量稳定细粒土水泥剂量越大，温缩系数越大，而二灰则与之越大，温缩系数越大，而二灰则与之相反。相反。”几乎可以说，对改善土而言，几乎可以说，对改善土而言，二灰

14、的剂量可以视降水需要无限制增二灰的剂量可以视降水需要无限制增加。证明由于石灰粉煤灰对过湿土有加。证明由于石灰粉煤灰对过湿土有很强的沙化作用，有减少土基开裂的很强的沙化作用，有减少土基开裂的性能性能。 2021/8/225六、粉煤灰的用途与优点总结六、粉煤灰的用途与优点总结 1、利用粉煤灰处理过湿土有如下优点：、利用粉煤灰处理过湿土有如下优点：可以直接掺入处理不须闷料，加快工程进度。可以直接掺入处理不须闷料，加快工程进度。吸水率高，吸水快，对于改善公安地区水田土，吸水率高，吸水快，对于改善公安地区水田土，解决土源缺乏问题有极其重要的作用。解决土源缺乏问题有极其重要的作用。掺入过湿土早期硬化速率较

15、慢，压实性能好。掺入过湿土早期硬化速率较慢，压实性能好。明显提高土基的强度和水稳性，压缩沉降小。明显提高土基的强度和水稳性，压缩沉降小。 总量总量10%的二灰（石灰：粉煤灰的二灰（石灰：粉煤灰=2:8）与掺）与掺6%石灰相比，可以降低结合料造价石灰相比，可以降低结合料造价30%左右左右。 2021/8/2262、粉煤灰的其它工程用途：、粉煤灰的其它工程用途：提高土的提高土的CBR值，解决上路床料源问题，值，解决上路床料源问题，而且成型后可立即保证施工车辆通行，对而且成型后可立即保证施工车辆通行，对二期施工有利。二期施工有利。可以用于填筑路堤包边土改善，使之与可以用于填筑路堤包边土改善，使之与填

16、沙保持材料的性能一致，防止包边界面填沙保持材料的性能一致，防止包边界面出现纵向开裂。同时，可用作填沙运输车出现纵向开裂。同时，可用作填沙运输车临时垫底，防止陷车。临时垫底，防止陷车。2021/8/227可以考虑用作构造物轻质材料台背回填，既可以考虑用作构造物轻质材料台背回填，既可以单独回填也可以与河沙掺用回填。其构造可以单独回填也可以与河沙掺用回填。其构造稳定，透水性好，重量轻，并且可以一次性用稳定，透水性好，重量轻，并且可以一次性用振动器振动密实，避免振动压实。但此问题有振动器振动密实，避免振动压实。但此问题有待另行研究论讨论。待另行研究论讨论。粉煤灰与水泥细度相同，也可以用于粉喷桩粉煤灰与

17、水泥细度相同，也可以用于粉喷桩的施工，降低造价。增加桩下部粉喷桩量，解的施工，降低造价。增加桩下部粉喷桩量，解决粉喷桩深层拌和不均、吸水率低的问题。目决粉喷桩深层拌和不均、吸水率低的问题。目前国内已有水泥加粉煤灰施工粉喷桩的先例，前国内已有水泥加粉煤灰施工粉喷桩的先例，至于二灰在粉喷桩的施工应用，目前暂没有现至于二灰在粉喷桩的施工应用，目前暂没有现成的经验和较为完整的资料介绍。必要时，可成的经验和较为完整的资料介绍。必要时，可参考研究。参考研究。2021/8/228可以广泛用于泵送水泥砼、大体积砼，可以广泛用于泵送水泥砼、大体积砼，高温季节降低水化热，提高砼流动性。高温季节降低水化热，提高砼流动性。但如需大量使用时，应