二灰类材料性能试验研究

二灰类材料性能试验研究

0“二灰类”材料在机场中的应用近年来，“二灰”材料被广泛应用于中国的道路和机场道路项目。为了充分发挥“二灰类”材料品质特性，科学地利用其后期强度增长快的特性，我们借鉴了北方地区已建机场场道工程，结合中川机场的实际，进行了大量的室内试验和工程施工试验，掌握了“二灰类”材料性能和应用条件，以供同行探讨。1原材料1.1粉煤灰的物理化学性质粉煤灰之所以成为优质的场道基层、底基层材料，主要是由粉煤灰优越的物理化学的性质的决定。物理化学性能见表1，表2。从表l及表2可以看出西固电厂的湿粉煤灰SiO2、Al2O3、Fe2O3总含量为83.46%～90.2l%，烧失量为5.95%～6.90%，比表面积为2500cm2/g以上，完全满足《公路路面基层施工技术规范》JTJ034-85要求。由粉煤灰的物理化学性质试验结果可知，西固电厂湿排灰属硅铝型粉煤灰，它不具有独立的水硬能力，只有在加入一定量的水、石灰时，才能激发活性，发生火山灰反应，形成强度。细度是粉煤灰的一项重要的物理性质，故国内外都对粉煤灰的细度提出了要求。我国机场场道及公路规范要求粉煤灰比表面积宜>2500cm2/g，密度是粉煤灰的另一重要物理性质，单从密度来看，密度大的粉煤灰活性好，密度越大，粉煤灰越致密，因而具有更高的强度。从西固电厂粉煤灰的物理性质试验来看，符合《公路路面基层施工技术规范》JTJ034-85的要求。1.2消石灰和消化渣的测定石灰的主要指标为有效CaO和MgO以及未消化残渣的含量。中川机场场道采用的石灰为消石灰，有效CaO和MgO的含量为66.5l%左右，未消化残渣含量在1.24%左右，达到GB1544中I级灰的要求。1.3na2s06含量经多次取样检验，土的液限为27.5%左右，塑限为19.5%左右，塑性指数一般为8左右。Na2S04含量0.3%。中川机场附近，乃至兰州地区的黄土塑性指数均偏低，这当然是不利因素，但二灰混合料试验结果强度均能满足JTJ034-2000设计要求，所以说该地区土是可用的，这也是此次课题研究的一大突破。1.4铺设有害物质压碎值为：20%～22%，扁平、长条颗粒含量<20%，碎石中无易溶盐、无土及植物等有害物质，符合《公路路面基层施工技术规范》JTJ034-85要求。碎石筛分度见表3。2抗压强度试验及二灰混合材料的结果分析2.1二灰混合材料的无侧限抗压强度试验2.1.1抗压试验，2灰烬土壤无侧限制二灰土无侧限抗压强度按不同配比，不同龄期，不同压实度制备试件，进行元侧限抗压强度试验，试验结果见表4。2.1.2无侧限抗压强度试验水泥二灰按不同配合比、不同掺量、不同龄期制备试件，进行无侧限抗压强度试验，试验结果列于表5。2.1.3抗压试验中二灰碎石的侧限部分二灰碎石按不同配比、不同压实度、不同龄期不同水泥掺量期制备试件，进行无侧限抗压强度试验，试验结果列表6。2.1.4无侧限抗压试验二灰土无侧限抗压强度按不同配合比、不同龄期，同一压实度制备试件，进行无侧限抗压强度试验，试验结果见表7。2.2试验结果的分析2.2.1二灰土试验的结果(1）抗压强度及反应特征从表4可知：二灰土初期强度（7d）较低，但随着龄期的增长，后期强度增长很快。压实度低的后期强度增长的倍数大，但抗压强的二灰土增长的绝对值低。以石灰剂量8%，压实度95%为例：7d抗压强度0.837MPa，而28d的抗压强度为2.018MPa,是7d抗压强度的2.411倍，60d抗压强度是7d抗压强度的4.257倍，90d抗压强度是7d抗压强度的5.269倍，180d抗压强度是7d抗压强度的8.683倍，分析其原因是由于一般粉煤灰CaO含量较低。虽然通过外加石灰激发其活性，但反应较慢。随着龄期的增长，火山灰反应逐步增强，二灰土的强度也逐步增大。从表8不同龄期回归计算可以看出，相关系数很好，一般在0.99，个别在0.97～0.98之间，反应良好数线性关系。二灰土早期强度较低是其缺点，后期强度增长快是其优势，这是二灰土的一大特征。使用二灰土如何扬长避短，是工程师们应重视的一大课题，它不但关乎工程质量问题，更关乎节约巨大投资的问题。(2）保证创造+施工压实度从表4可以看出：不同压实度对二灰土的强度有重大的影响。二灰土强度的大小随压实度的增大而明显增长。因此，施工中必须要有足够重量的压实机具，要保证足够的压实工作量，确保达到规定的压实度要求。从表9不同压实度回归计算可知，回归相关系数较好，符合线性关系。(3）石灰用量对二灰土后期强度的影响表4列出了石灰剂量分别为6%、8%、10%、12%四种配合比，石灰与粉煤灰的比例为l:3，从表4中明显看出，随着石灰粉煤灰剂量的增加，其强度也在增大，并且随着龄期的增加，强度增加越来越大。石灰剂量为8%强度增长幅度较大，而石灰剂量为10%到12%时强度增长幅度基本均等，只有石灰剂量为6%时强度增长相对较缓。可见石灰的用量对二灰土的强度有较大的影响，石灰用量对二灰土强度的影响随龄期的增长而增长。虽然在成型初期不突出，但对后期强度的发展有明显影响。以压实度93%为例，石灰剂量6%、8%、10%、12%，180d的抗压强度分别为5.32MPa、6.38MPa、6.987MPat和7.137MPa，与石灰剂量为6%的相比，分别增长了0.078MPa、0.159MPa和0.253NPa。由此可见石灰用量对二灰土的后期强度影响是很大的。表10列出不同的配合比抗压强度回归计算、相关系数较好。2.2.2粉煤灰早期强度由于二灰土初期强度较低，施工时对气温有一定的要求，基层铺筑后不能及时开放交通，且受施工季节的限制，因此，提高二灰类材料早期强度具有重要的意义。提高二灰类材料早期强度，国内外已有不少研究成果，如掺加化学早强剂，掺加水泥等。中川机场场道采用二灰土中掺加水泥，从室内试验结果来看，效果较好，二灰土早期强度均有所提高。如掺入l%的水泥，7d抗压强度提高0.104～0.11MPa，掺人3%的水泥；7d的抗压强度可提高0.289～0.355MPa。28d的强度也提高了0.1～0.5MPa。分析原因是由于一般粉煤灰CaO含量较低，虽通过外加石灰激发其活性，但反应较慢，加入部分水泥后，泥与水接触生成胶凝性化合物，产生一定强度，并释放出一定量的Ca(OH)2与粉煤灰以火山灰方式进行反应。所以利用水泥的水化作用产生早期强度，可弥补石灰、粉煤灰混合料早期强度低的缺点，也可以增加一定的后期强度。计算分析见表11。水泥的掺量不同，强度也有所不同，随着水泥掺量的增加，抗压强度也随之增加，从表4与表5对比可以看出，石灰剂量低的强度提高幅度较大，石灰剂量高的强度提高的幅度较小，从水泥不同掺量回归计算也可以看出，石灰剂量为8%的相关系数很好，相关系数在0.99以上，而石灰剂量为10%的相关系数较差，相关系数在0.901～0.938之间。2.2.3灰砾石的压实度试验结果表明：不同压实度对二灰碎石的抗压强度有较大的影响。变化趋势与二灰土相同，其抗压强度随压实度的增加而增加，抗压强度增长的幅度还是比较大的。二灰碎石的不同压实度回归计算结果表明：相关系数较好，大多都在0.99以上。试验结果表明：二灰碎石抗压强度随龄期的增长而增高。28d的强度是7d的2倍以上。强度增长较快。但随着二灰剂量的增加，强度略有提高，如二灰剂量为28%比二灰剂量20%的强度提高了5%左右。有关研究表明：当二灰剂量超过30%以后，其强度呈负增长趋势，故碎石的含量宜在80%左右。计算分析见表12。3灰机制的作用(1）二灰土的强度随龄期的增长而增长，并且后期强度增长很快。因此，合理科学地利用后期强度增快的特性，成为工程师们应考虑的重大课题。利用得好将为国家节约巨额财富；不同压实度对二灰土的强度有重大的影响，其强度随压实度的增长而增长；二灰土强度随着石灰、粉煤灰的剂量的增加而增长，并随龄期的增加，强度增长的幅度越来越大。(2）在二灰土中掺人部分水泥是提高二灰土早期强度是一种有效措施；石灰剂量低的比石灰剂量高的掺入水泥的效果好，水泥掺量为2%时最为理想；试验及工程实践表明：在满足设计强度要求的情况下，尽量不要掺加水泥，因此将节约巨额工程费用。(3）从试验结果表6得知：二灰碎石7d的抗压强度都远远超过了《公路路面基层施工技术规范》JTJ034-85规定的强度要求。因此，选用二灰碎石作公路或场道基层，一方面能保证强度达到要求，另一方面可以减少二灰结构的反射裂缝，提高道面工程使用寿命。(4）二灰混合料强度形成是物理作用、化学反应相互交叉，又相互影响的。由于温度对化学反应的快慢有着显著影响。因此，施工安排在夏季为好。《公路路面基层施