二灰稳定基层材料施工可延迟性规律研究

1、二灰稳定基层材料施工可延迟性规律探讨韩春秋、宋金生摘要：石石灰、粉粉煤灰类类基层材材料具有有显著的的施工可可延迟性性。本文文就该特特性分别别从室内内外进行行研究，并从机机理上进进行分析析，认为为由于粉粉煤灰自自身结构构上的高高聚合状状态，及及其与石石灰之间间的反应应滞后性性特点，使二灰灰稳定材材料推迟迟碾压成成型3dd左右的的时间并并不会影影响基层层结构强强度的形形成。关键词: 粉煤煤灰二灰材材料延迟施施工道路基基层石灰、粉粉煤灰类类材料（简称二二灰）在在公路建建设领域域中的应应用已有有几十年年的历史史。以粉粉煤灰为为主要材材料的道道路基层层具有板板体性强强、强度度高、以以及良好好的水稳稳性和

2、耐耐久性等等特点，使得石石灰粉煤煤灰细粒粒料底基基层和石石灰粉煤煤灰集料料基层已已成为我我国目前前现有路路面结构构的主要要形式。 目前公公路工程程中应用用二灰材材料的研研究国内内外已做做了大量量的工作作，如材材料的力力学性能能特点及及发展规规律、二二灰集料料类材料料的收缩缩特征、以及劣劣质粉煤煤灰的改改性等方方面，都都取得了了不同程程度的研研究成果果，为粉粉煤灰在在公路工工程中的的广泛应应用打下下了良好好的基础础。然而而作为具具有良好好性能的的粉煤灰灰材料，其路用用特性仍仍有众多多需探寻寻和研究究的地方方。如实实际施工工中因天天气原因因，已摊摊铺的二二灰基层层材料无无法及时时碾压成成型，若若干

3、天之之后，在在远远超超过规范范限制的的压实时时间后再再碾压成成型，但但最终并并不影响响其结构构和强度度的形成成。这种种施工的的可延迟迟性对二二灰材料料的应用用及其工工程实践践都具有有十分积积极的意意义。诸诸如此类类的二灰灰材料施施工特性性并未见见有详细细报道，本文就就这一问问题进行行初步探探讨，为为今后粉粉煤灰材材料施工工特性的的详细研研究奠定定基础。室内试验验11 材料及及配合比比公路工工程中常常用的二二灰基层层材料大大多采用用二灰土土或二灰灰粒料的的形式。由于二二灰路面面基层结结构和强强度的形形成主要要依靠石石灰、粉粉煤灰之之间的一一系列作作用而获获得，如如果仅从从形成强强度的角角度上讨讨

4、论，土土和粒料料只起辅辅助作用用。因此此根据现现行规范范推荐的的二灰比比例及常常用配比比范围，只采用用石灰和和粉煤灰灰进行室室内试验验，以简简化试验验的方法法和工作作量。材料选选自西安安灞桥火火电厂排排放的粉粉煤灰，石灰为为市售生生石灰块块，室内内消解后后装袋密密封待用用。二材材料的主主要指标标检测结结果见表表1和表表2。由由检测结结果可以以看出石石灰已达达到III级灰的的标表1 石石灰主要要指标细度有效成分分含量（%）0.711mm筛筛余（%）0.1225mmm筛余（%）氧化钙氧化镁1.52218.22061.5502.888表2 粉粉煤灰主主要指标标成分（%）SiO22Al2OO3Fe2O

5、O3CaOMgOSO3烧失量46.55032.5506.2112.3001.0550.78810.002物理指标标粒径分布布（%）比重需水量比比（%）80mm80445m45m2.10098.5516.11524.22059.665准，而粉粉煤灰系系IIII级灰。二灰比比例为石石灰：粉粉煤灰 = 220：880和110：990两种种形式，以标准准方法击击实得到到的击实实结果见见表3。表3 二二灰材料料配合比比与击实实结果配合比（质量%）最大干容容重（gg/cmm3）最佳含水水量（%）石灰：粉粉煤灰 = 110：9901.133034.55石灰：粉粉煤灰 = 220：8801.155232.55

6、2室内试试验结果果根据公公路工程程无机结结合料稳稳定基层层试验规规程规规定的试试验方法法，将不不同配比比的二灰灰材料在在最佳含含水量条条件下拌拌和，分分别经不不同的放放置时间间，即拌拌和后延延迟不同同龄期，采用静静压法成成型为5050mmm的圆圆试件，在标准准条件下下养生，分别测测定延迟迟不同时时间后二二灰材料料7d无无侧限饱饱水抗压压强度。石灰：表表4 二二灰材料料延迟试试验室内内结果延期时间间（ 天天）粉煤灰 = 110：990100%压实度度95%压压实度平 均 值（M Paa）标准差（M Paa ）偏 差差系 数数（%）平 均 值（M Paa ）标准差（M Paa ）偏 差差系 数数（

7、%）01.2220.03362.8441.1110.03343.05511.4660.03382.6331.2330.05584.68821.2660.07786.3881.1330.06675.90031.1550.06696.0110.9330.04414.41141.1330.05504.4000.9660.07737.66651.1110.06665.9880.8990.100211.44161.0110.111511.4400.7990.06617.76670.9110.099310.1190.7220.04436.000石灰：粉粉煤灰 = 220：88001.5110.06623.

8、9551.3880.07715.31111.5660.03301.8441.5220.04422.77721.5880.05513.2991.5330.04412.72231.6660.08825.4111.3550.10027.58841.5330.09976.3221.3770.08815.90051.4330.11107.7111.3330.06695.20061.4440.03352.4661.2660.04423.33371.4330.02241.6881.2660.07705.566表4中的的试验结结果清楚楚地表明明二灰材材料具有有显著的的成型可可延迟性性，其规规律表现现为：（1）

9、无无论以何何种材料料配比，石灰和和粉煤灰灰混合材材料都具具有一定定的延迟迟性。二二灰材料料7d龄龄期的抗抗压强度度达到最最大值的的并非是是拌和当当天成型型的试件件，而是是延迟成成型一到到三天的的结果，且超过过三天其其强度随随延迟时时间的进进一步延延长并未未有太大大的降低低，仍能能达到较较高值。（2）采采用较高高石灰用用量配合合比其可可延迟性性更为显显著。如如二灰比比例为220：880组，当延期期成型达达7d时时，抗压压强度下下降不到到10%，二比比例为110：990组延延迟3dd时间，强度下下降接近近或超过过10%。（3）压压实度对对二灰稳稳定材料料的可延延迟程度度有一定定的影响响，压实实度越

10、大大，可延延迟性越越明显，且可延延迟的时时间越长长。进一步试试验证实实，二灰灰材料的的成型可可延迟性性经288d养生生的抗压压强度仍仍保持了了这一规规律，图图1清楚楚地显示示了这一一试验结结果。图1 二二灰延迟迟不同时时间288d抗压压试验结结果图中的结结果显示示，延迟迟3天后后再成型型，其养养生288d龄期期抗压强强度与当当天成型型的结果果相同，与延迟迟不同时时间养生生7d龄龄期的试试验结果果保持一一致，从从而在室室内较全全面地证证实了二二灰稳定定材料的的施工可可延迟性性。延迟机理理分析已知粉煤煤灰的主主要化学学成分是是硅、铝铝、铁的的氧化物物，通常常该氧化化物含量量达700%880%以以上

11、，其其主要结结构成分分是由这这些氧化化物形成成的玻璃璃体，因因此粉煤煤灰具有有潜在的的活性。即这种种材料在在水的参参与下能能与石灰灰等碱土土金属氧氧化物发发生一系系列发应应，生成成具有水水硬性的的胶凝物物质，这这一过程程的形成成和发展展就是路路用二灰灰材料产产生强度度和整体体结构的的原因所所在。根根据研究究所知，在基层层加固稳稳定过程程中，粉粉煤灰与与石灰之之间存在在多种反反应，有有石灰自自身的重重结晶、石灰的的碳酸化化过程，粉煤灰灰与石灰灰之间的的离子交交换和以以及二灰灰之间的的火山灰灰反应等等，其中中火山灰灰反应是是二灰材材料强度度形成的的最主要要原因。所谓的的火山灰灰反应是是石灰与与粉煤

12、灰灰中的活活性氧化化硅和氧氧化铝作作用，生生成具有有水硬性性的水化化硅酸钙钙（CSH）和和水化铝铝酸钙（CAH）凝凝胶物。因此石石灰、粉粉煤灰之之间火山山灰作用用的经历历，即反反应的快快慢和反反应的程程度将最最终决定定二灰材材料强度度的形成成和强度度的发展展。尽管粉煤煤灰具有有可发生生火山灰灰反应的的潜在能能力，但但由于粉粉煤灰在在形成过过程受众众多原因因的共同同影响，使得粉粉煤灰颗颗粒的玻玻璃体结结构相对对较为致致密，可可溶解并并能直接接发生反反应的活活性SiiO2、All2O3成分很很少。粉粉煤灰除除表面有有少量断断键之外外，具有有潜在活活性的成成分大多多是以聚聚合度较较高的高高聚态形形式

13、存在在。而石石灰与粉粉煤灰之之间的火火山灰反反应要经经历两个个过程，一是高高聚态玻玻璃体在在碱性条条件下解解聚成低低聚体（如单聚聚体SiiO44，二聚聚体Sii2O76等），二是形形成的低低聚体与与石灰CCa(OOH)22发生所所谓火山山灰反应应，生成成水化硅硅酸钙（CSH）和和水化铝铝酸钙（CAH）凝凝胶物。由于粉粉煤灰在在高聚态态时的SSiO键和和AlO键的的键能较较大，普普通条件件下解聚聚能力有有限，而而且解聚聚速度也也较慢。因此初初期粉煤煤灰与石石灰之间间的作用用大多集集中于二二灰反应应的第一一步上，即粉煤煤灰玻璃璃体的解解聚过程程上。因因此二灰灰之间早早期的反反应程度度必定很很低，仅

14、仅以物理理过程为为主，如如石灰的的重结晶晶或石灰灰与粉煤煤灰之间间的离子子交换等等，而这这些变化化对强度度形成的的贡献是是非常有有限的。认为二二灰材料料早期强强度较低低的普遍遍共识即即与此有有关。只只有经历历一定的的时间，逐步解解聚的粉粉煤灰火火山灰活活性才能能渐渐表表现出来来，使二二灰材料料的强度度得以形形成和不不断的发发展。正是由于于粉煤灰灰与石灰灰之间作作用的这这一特点点，造成成了二灰灰稳定基基层材料料的施工工可延迟迟性。当当二灰稳稳定材料料拌和之之后，在在延迟施施工不进进行碾压压的过程程中，尽尽管松散散状态下下会对早早期材料料的物理理作用效效果产生生一定的的影响，但非常常有限，而且也也

15、不会妨妨碍石灰灰的重结结晶和离离子交换换，重要要的是适适当延迟迟施工并并不会影影响以后后石灰和和粉煤灰灰之间的的火山灰灰反应。因为在在二灰材材料刚拌拌和好的的最初阶阶段，混混合料在在微观状状态下还还只是一一种非均均质状态态，特别别是水分分的分布布还很不不均匀，需要经经过一段段所谓的的闷料时时间，使使水分通通过在材材料颗粒粒表面的的扩散而而达到进进一步重重新分布布。经过过这一过过程，必必然有利利于以后后混合料料之间的的相互反反应。同同时这一一过程更更加有利利于石灰灰产生的的碱性条条件随水水分的扩扩散而进进一步均均态化，为随后后的火山山灰反应应做好准准备。如如果拌和和后立即即碾压，在压实实的状态态

16、下会阻阻碍水分分的充分分扩散或或是减缓缓这种扩扩散，这这样就有有可能对对以后的的各种反反应不利利。这正正是延迟迟施工之之后，最最初的几几天强度度不仅不不降反而而有一定定提高的的原因所所在。当当然延迟迟施工超超出一定定时间，早期火火山灰反反应产生生的凝胶胶物质的的作用在在松散状状态下无无法得到到发挥，使强度度会有所所下降。但由于于火山灰灰反应是是一个长长期的过过程，二二灰稳定定材料的的强度仍仍可以在在相当长长的一段段时期里里不断形形成和增增长，现现已有试试验证明明当二灰灰材料延延期达一一个月以以上时间间，成型型之后仍仍具有一一定的强强度和水水稳性。而单独独石灰或或水泥稳稳定类材材料却不不具备这这

17、一特点点，这两两类材料料仅在很很短的时时间里就就需成型型，否则则无法形形成必要要的强度度。当水水泥稳定定类基层层材料碾碾压时间间超出水水泥的终终凝时间间，甚至至无强度度形成。可见施施工的可可延迟性性是二灰灰稳定材材料的一一个独有有的特性性。随着压实实度的提提高以及及石灰用用量在一一定范围围的增大大，更加加有利于于二灰材材料之间间的相互互作用及及火山灰灰反应效效果的发发挥，从从而表现现为延迟迟效果的的进一步步提高。实验段验验证针对二灰灰材料的的施工可可延迟性性特点，结合天天津东疆疆保税港港区一期期物流加加工区工工程（二二批）三三标段进进行了验验证。此此工程有有25万万平米的的堆场，堆场结结构层为

18、为：山皮皮土（225cmm）+二二灰碎石石（255cm）+水泥泥稳定碎碎石（335cmm）+110cmm厚 CCC50联联锁块。考虑到到将来钻钻芯取样样的方便便，针对对基层二二灰碎石石进行延延迟性试试验。方方法是按按照生产产配合比比，将二二灰碎石石材料机机械拌和和后堆放放在一起起。为防防止水分分蒸发，用塑料料彩条布布加以覆覆盖。经经过不同同的堆放放时间后后，按照照生产路路完全相相同的施施工过程程进行摊摊铺、碾碾压。经经历一段段时间后后，通过过钻芯的的方式取取样，并并进行饱饱水抗压压强度试试验。表5 实实验段延延迟性试试验结果果-正常施工工延迟3天天延迟5天天延迟7天天位置5区堆场场1区堆场场北

19、侧1区堆场场南侧6区堆场场压实度100.5%104.2%102.2%102.0%含水量10.00%6.1%10.22%10.99%实验路表表观强度度*5.211 MPP a4.811 MPP a5.966 MPP a6.422 MPP a*因工地地现场试试验条件件的限制制，很难难对不同同延迟性性实验路路段的试试验过程程完全控控制一致致，为使使结果具具有可比比性，需需要将钻钻芯取样样所得的的强度结结果进行行数学处处理，即即将不同同实验段段所得的的饱水抗抗压强度度换算成成每天单单位时间间的结果果，并乘乘以1000得到到所谓的的实验路路表观强强度。由表5中中的结果果可看出出，经过过不同时时间的延延迟

20、之后后，其强强度结果果发展与与正常施施工路段段基本保保持一致致，并未未显示出出二灰材材料经过过延迟其其强度的的形成和和发展会会受到影影响的现现象，说说明二灰灰材料的的确具有有所谓的的施工可可延迟性性。而延延迟时间间最短的的三天结结果相对对较低，则可能能是因拌拌和用水水量明显显偏少所所致，因因此实现现二灰材材料的施施工的可可延迟性性，要注注意延迟迟期间含含水量的的蒸发损损失，碾碾压时通通过现场场实测材材料的含含水量的的大小，在需要要时补充充水分，确保施施工时材材料的水水分处于于一个合合理的范范围。由于不同同延迟实实验路段段在试验验过程中中所经受受的变化化因素在在自然条条件下无无法加以以人为控控制（如如材料摊摊铺后环环境温度度的高低低和变化化的幅度度）以及及试验过过程的一一致性程程度等原原因的影影响（如如基层与与面