1、粉煤灰在公路工程施工中的應用字號  小  中  大 關鍵字：粉煤灰 推薦人：kiii閱讀： 43次 發布時間：2008-10-12粉煤灰作為一種電廠的燃料廢渣，過去是很多企業頭疼和難辦的一件事，大量的粉煤灰需要占用大面積的土地進行堆放，粉煤灰的粉塵造成周邊環境被嚴重污染，隨著各行各業對粉煤灰的開發和利用，特別是近幾年全國高速公路的迅猛發展，粉煤灰的利用率越來越高，使粉煤灰“變廢為寶”，粉煤灰在各項工程中的利用，不但使工程造價大大降低，而在節約土地、環境保護方面的意義將是非常深遠的。    1、粉煤灰材料&

2、#160;   1.1粉煤灰的化學成分    粉煤灰屬于CaO、Al2O3-SiO2系統。由于煤粉高溫燃燒，其中主要成分鋁、硅形成了活性成分，同時由于粉煤灰的比表面積很大，具有很大的表面能，且粉煤灰的密度小，這就是我們將其在公路中利用的基礎。為了較全面地掌握粉煤灰的化學性質，我們將近幾年利用粉煤灰的調查情況作如下統計：    由1可見，以上粉煤灰的化學成分的變化范圍基本上與我國發電廠的粉煤灰化學成分一般變化范圍一致。其化學成分以Al2O3和SiO2為主，次要成分為CaO和Fe2O3以及少量的MgO和SO3等。

3、60;   1.2粉煤灰的物理性質    粉煤灰其比重在1.952.36之間，松干密度在450700kg/m3范圍內，比表面積在220588m2/kg之間。由于粉煤灰的多孔結構、球形粒徑的特性，在松散狀態下具有良好的滲透性，其滲透系數比粘性土的滲透系數大數百倍。粉煤灰在外荷載作用下具有一定的壓縮性，同比粘性土其壓縮變形要小的多，例如某組試件，相同密實度（重型K=100%）的土與粉煤灰，土的壓縮系數10N20N=0.24Mpa-1,而粉煤灰的壓縮系數10N20N=0.15Mpa-1,土的壓縮系數比粉煤灰的壓縮系數大40%50%。粉煤灰的毛細現象十

4、分強烈，其毛細水的上升高度與壓實度有著密切關系。表2為粉煤灰的滲透系數、壓縮系數、毛細水上升高度參考值。    2、粉煤灰研究成果    2.1粉煤灰的結構決定其活性特征    我們知道粉煤灰是含有少量碳、晶體（石英、莫來石）和大量鋁硅酸鹽玻璃體的細粉狀工業廢渣。由于碳和晶體（石英、莫來石）在常溫下沒有活性，粉煤灰中也不含納米粒子（粒徑小于100nm），因此，粉煤灰的火山灰活性主要取決于玻璃體的化學活性，包括玻璃中可溶性SiO2、Al2O3的含量和玻璃網絡聚集體的解聚能力。  

5、0; 由于粉煤灰是在高溫流態化條件下快速形成，玻璃液相出現使之在表面張力的作用下收縮成球形液滴并相互粘結，則在快速冷卻過程中形成多孔玻璃體。快速冷卻阻止了析晶，使大量粉煤灰粒子仍保持高溫液態玻璃相結構。這種結構表面外斷鍵很少，可溶性SiO2、Al2O3也少，因而粉煤灰的火山灰活性比成分相近的火山灰低。在粉煤灰玻璃體中，Na2O、CaO等堿金屬、堿土金屬氧化物少，SiO2、Al2O3含量高，由于脫堿作用，在玻璃體表面形成富SiO2和富SiO2-Al2O3的雙層玻璃保護層。保護層的阻礙作用，使顆粒內部本來含量較少的，可溶性SiO2、Al2O3很難溶出，活性難以發揮。  

6、0; 所以，粉煤灰早期活性是以物理活性（顆粒效應、微集料效應等）為主。經過3個月或更長時間，粉煤灰的火山灰化學活性才能逐漸表現出來，并賦予其良好的性能（后期強度高、抗滲性能好、耐磨等）。    為了有效地激活粉煤灰早期化學活性，必須：A、破壞Si-O-Si和Si-O-Al網絡構成雙層保護層，使內部可溶性SiO2、Al2O3的活性釋放。B、將網絡聚集體解聚、瓦解，使SiO4、Al  O4四面體形成的三維連續的高聚合度網絡解聚成四面體短鏈，進一步解聚成SiO4、Al  O4等單體或雙聚體等活性物，為下一步反應生成C-S-H、C-A-H等膠凝物提供活

7、化分子。    2.2激活粉煤灰活性的主要方法 2.2.1細磨法    常見的細磨方法主要是機械細磨。通過細磨可將粗的粉煤灰顆粒磨成細小的碎粒。一方面粉碎粗大多孔的玻璃體，解除玻璃顆粒粘結，改善了表面特性，提高了粉煤灰的物理活性（顆粒效應、微集料效應等）；另一方面，破壞了玻璃體表面堅固的保護膜，使內部可溶性SiO2、Al2O3溶出，斷鏈增多，比表面積增大，使反應接觸面、活化分子增加，粉煤灰早期化學活性得到提高。根據生產和使用經驗，粉煤灰的最佳細磨比表面積為60007000cm2/g。    2.2.2水熱

8、合成法    人們從許多有關玻璃侵蝕動力學的研究中發現，在50150間，堿液對玻璃侵蝕速度的對數與溫度成直線關系。如：粉煤灰加氣混凝土在蒸壓條件下（120145，4小時左右）的強度遠遠高于普通條件下的混凝土強度，這是因為在蒸壓條件下，粉煤灰在常溫下需要幾年才能激發的活性可在幾個小時內全部激發出來。由此可知：水熱合成法激發粉煤灰化學活性的效果非常顯著，具有重要的實用價值。    2.2.3堿性激發法    在常溫下，水、酸、堿和鹽等物質，只有堿對硅酸鹽玻璃網絡具有直接的破壞作用，所以堿溶液具有最強的作用，即

9、堿性激發。堿性越強，PH值越高，溫度越高，堿性激發作用越強。    例如：在粉煤灰中摻入硫酸鈉（  Na2SO4）或氯化鈣（CaCl2）能顯著提高粉煤灰的活性。用80%粉煤灰與20%消石灰混合料，按0.35水灰比配制標準稠度的漿液，將激發劑按4%摻量先溶于拌和水中，然后與粉煤灰石灰混合料混合5分鐘，在23霧室中養護至一定強度。從凝結時間看，不摻激發劑的粉煤灰石灰混合料凝結時間長，雖然兩者在初凝未有明顯差別，但終凝時間由60小時縮短至26小時；從強度看，不摻激發劑的粉煤灰石灰混合料3天未具備可實測的強度，R28=1Mpa，  R90=13Mpa。

10、摻Na2SO4粉煤灰石灰混合料1天未具備可實測的強度，R7=10Mpa，R28=19Mpa。摻CaCl2粉煤灰石灰混合料1天未具備可實測的強度，R7=3Mpa，R28=23Mpa。可以看出，摻激發劑的粉煤灰石灰混合料不管是早期強度還是后期強度都明顯高于不摻激發劑的粉煤灰石灰混合料強度。    3、粉煤灰應用    隨著粉煤灰的研究和開發，粉煤灰在各行各業中的應用越來越廣泛。在觀念上從以前的廢渣利用到現在的資源開發、利用，使粉煤灰的應用性質有了質的變化。    3.1粉煤灰路堤  

11、60; 在公路中利用粉煤灰最為廣泛的是粉煤灰路堤，尤其是在軟土地基路段，能充分利用粉煤灰質量輕的特點，減輕路堤自重、減輕軟土地基的附加應力，減少總沉降并大路堤的穩定性。    3.1.1材料要求    粉煤灰的燒失量不得大于12%，燒失量超過標準的粉煤灰應作對比試驗，分析論證后方可采用。    粉煤灰的粒徑應在0.0012.0mm之間，小于0.074mm的顆粒含量應大于45%。    3.1.2室內試驗    粉煤灰路堤施工前應對所采用的粉煤灰做

12、好各項室內試驗。    室內試驗的項目詳見公路粉煤灰路堤設計與施工技術規范（JTJ01693）中表2.2.4。    通過室內試驗確定各項技術指標和設計參數，并對粉煤灰路堤進行驗算。    3.1.3路堤橫斷面    路堤橫斷面詳見下圖：    為提高粘土邊坡保護層與粉煤灰邊坡的穩定性，應將相接面筑成30×50cm的臺階狀，并把臺階做成2%的反拱。保護層厚度不小于2.0m。    在路槽標高以下設置不小于3

13、0cm的二灰封層。3.1.4排水    為及時排除滲入路基內的滲水，路基底部設置30cm的砂墊層，在砂墊層上全幅鋪設一層透水土工布，以防粉煤灰流失。在粘土保護層中設置30×50cm的盲溝，設置水平間距10m，垂直間距0.9m，呈梅花形交叉布置，在盲溝進口處應采用透水土工布包裹，以防粉煤灰流失。    3.1.5穩定驗算及沉降計算    通過多條公路粉煤灰路堤的設計和施工，對于非軟弱地基上的粉煤灰路堤，當路堤高度5.0m，邊坡坡率采用1:1.5時，可不作穩定性驗算。當路堤高度5.0m時，應進行路堤

14、自身的穩定性驗算，一般可采用直線或圓弧滑動面進行驗算，穩定系數應1.25。    對于軟弱地基上的粉煤灰路堤，應考慮路堤本身和地基共同的滑動破壞，對其進行邊坡穩定和路堤的抗滑穩定性驗算。驗算時粉煤灰的內摩擦角和粘結強度C應采用飽水后測定的C、值為準，抗滑安全系數1.25。    由于干粉煤灰沒有塑性而是離散狀的，其內聚力是由毛細水張力形成，是一種“假內聚力”。建議粉煤灰路堤穩定計算取值參數：粉煤灰容重采用壓實后的濕容重15kN/m3、C值取10kPa、值取28°。    對于軟弱地基上的粉煤灰路

15、堤，應進行沉降量計算，計算方法采用總和法計算主固結沉降，地基的總沉降量包括三部分：S=Sd+Sc+Ss，Sd瞬時沉降，Sc-主固結沉降，Ss次固結沉降。采用綜合修正系數對瞬時沉降和蠕變沉降進行綜合考慮和修正，計算最終沉降量，S=mSc，m的取值范圍為1.11.4。    3.1.6壓實標準    路堤的壓實對路堤的強度和穩定性影響很大，我們知道粉煤灰與土的工程特性有顯著差別，其滲透性比粘土大的多。通過對粉煤灰擊實實驗表明，在粉煤灰達到最佳含水量前，擊實含水量的變化對于最佳含水量影響較小，粉煤灰具有擊實含水量區域較寬（W=30%50%）

16、的特性，因此允許在較大含水量變化范圍內對其進行壓實，甚至可以在雨天進行施工。    粉煤灰的各項物理、力學指標采用重型壓實標準比輕型壓實標準有明顯的提高，有利于提高路基強度。通過試驗工程效果表明，采用大噸位（20t50t）的振動壓路機進行壓實作業，路基的壓實效果相當明顯，而采用較輕的光輪靜碾壓路機壓實效果較差。所以，高速公路和一級公路應采用重型壓實標準。    表3為各等級公路粉煤灰路堤壓實標準    3.1.7粉煤灰路堤施工    好的設計必須通過好的施工來實現，所以在施工

17、中必須控制好每一個環節。粉煤灰運輸應采用自卸汽車，堆放時對顆粒組成不同的粉煤灰應分別堆放，對于運輸和堆放應做好防止揚塵和流失污染措施；粉煤灰路堤應采用水平分層填筑法施工，當分成不同作業段填筑時，先填地段應分層留臺階，使每個壓實層相互重疊搭接，搭接長度應大于150cm。當采用中型（20t30t）振動壓路機時，每層壓實厚度20cm；當采用重型（40t50t）振動壓路機時，每層壓實厚度30cm。粉煤灰路堤壓實應遵循先輕后重的原則，壓實度應嚴格按設計要求執行。    3.2粉煤灰類基層    粉煤灰類基層的主要類型：石灰粉煤灰穩定細粒土（含砂

18、）、中粒土和粗粒土，具體可分為：石灰粉煤灰穩定土（二灰土）、石灰粉煤灰穩定砂礫（二灰砂礫）、石灰粉煤灰穩定碎石（二灰碎石）、石灰粉煤灰穩定礦渣（二灰礦渣）、石灰粉煤灰（二灰）等。粉煤灰類基層屬于半剛性結構，具有強度高、穩定性好、剛度大和一定的抗凍性等特點，尤其是其抗裂縫性能優于水泥穩定碎石，在公路建設中被廣泛采用。    3.2.1材料要求    粉煤灰中SiO2、Al2O3和Fe2O3的總含量應70%，粉煤灰的燒失量應20%；粉煤灰的比表面積應2500cm2/g（或90%通過0.3mm篩孔，70%通過0.075mm篩孔）。對于濕粉煤

19、灰其含水量應35%，含水量過大時，粉煤灰易凝聚成團，造成拌和困難。    3.2.2石灰粉煤灰混合料組成設計    石灰粉煤灰混合料首先應進行組成設計，通過試驗選擇最適宜的穩定土類，確定石灰與粉煤灰的比例，確定混合料最佳組成配合比，確定混合料最佳含水量。表4為石灰粉煤灰混合料7d浸水抗壓強度標準。    根據石灰粉煤灰混合料抗壓強度標準，選定混合料的配合比，并對此配合比混合料試件進行室內試驗取得平均抗壓強度R。R應滿足：    RRd/(1-ZaCv)  

20、  式中：Rd設計抗壓強度    Cv試驗結果的偏差系數    Za標準正態分布表中隨保證率（或置信度）而變的系數，高速公路和一級公路應取保證率95%，即Za=1.645；其他公路應取保證率90%，即Za=1.282。    采用二灰土做基層或底基層時，石灰和粉煤灰的比例可采用1:21:4，石灰粉煤灰與細粒土的比例可采用30:7090:10，石灰粉煤灰與集料的比例可采用20:8015:85。    石灰粉煤灰與粒料為20:8015:85時，稱為密實式二灰粒料，在混合

21、料中粒料間形成骨架，石灰粉煤灰能有效地起到填充孔隙和膠結的作用，大大減少了整體材料的孔隙率、比表面積和含水量，從而較大幅度地降低了材料的收縮性，減少了干縮裂縫；石灰粉煤灰與粒料為50:50左右時，稱為懸浮式二灰粒料，在混合料中粒料間形不成骨架，而是懸浮在石灰粉煤灰混合料中，使其收縮性，容易生產干縮裂縫。通過多條高速公路的實踐證明，懸浮式二灰粒料的最大干縮應變約為密實式二灰粒料的3倍以上，在同等條件下懸浮式二灰粒料基層上瀝青面層的裂縫比密實式二灰粒料基層上瀝青面層的裂縫多很多，懸浮式二灰粒料的抗沖刷性能遠不如密實式二灰粒料。因此，在高速公路和一級公路基層中應采用密實式二灰粒料，保證其粒料含量80

22、%。    3.2.3提高石灰粉煤灰混合料早期強度的措施石灰粉煤灰混合料的固有缺點是早期強度低，基層鋪筑后不能及時開放交通，在一定程度上影響了石灰粉煤灰混合料的應用。因此，對于如何提高石灰粉煤灰混合料的早期強度是很有必要的。    摻加化學添加劑    采用堿性激發法激活粉煤灰的活性，加速石灰粉煤灰混合料強度的形成，從而提高石灰粉煤灰混合料的早期強度。    摻加水泥    水泥水化與硬凝反應迅速，能很快地產生水硬性膠結物，因此摻加水泥對提高石灰

23、粉煤灰混合料的早期強度很有幫助，水泥摻入量的范圍一般為0.5%1.5%，隨著水泥劑量的提高，強度增強效果增大。    3.2.3石灰粉煤灰混合料的施工    石灰粉煤灰混合料的施工主要分：路拌法施工和中心站集中廠拌法施工。對于高速公路和一級公路應采用中心站集中廠拌法施工。    施工需要注意的要點：嚴格控制混合料的施工配合比及含水量；混合料必須拌和充分、均勻；分層攤鋪碾壓，混合料應當天拌和、當天攤鋪、當天碾壓，壓實度滿足設計要求；保證足夠的養生期。    3.3CFG樁

24、60;   CFG樁-水泥粉煤灰碎石樁，是由水泥、碎石、石屑和粉煤灰加水拌合而成。CFG樁具有較高的粘結強度，和樁間土一起通過褥墊層形成CFG樁復合地基，能有效地提高地基強度，減少地基的沉降量，作為軟弱地基的處理是一種行之有效的方法。    3.3.1  CFG樁復合地基的工程特性    CFG樁的適用范圍    CFG樁的長度可從幾米到二十多米，既適用于獨立基礎也適用于條形基礎。在公路地基處理中，既可用于構筑物地基的加固處理，又可用于路基地基的加固處理。CFG樁對于軟弱地基強度的提高既有擠密作用，又有置換作用，同時CFG樁具有一定的滲透性（其滲透系數一般為10-410-3cm/s）對樁周土體起到排水固結的作用。對于飽和軟粘土強度的提高主要取決于樁的置換作用。    CFG樁的主要設計參數    樁徑D：一般設計為350400mm，采用振動沉管施工時，通常