浅议城市道路工程中粉煤灰的应用

分类：建筑工程论文发表 时间：2012-11-13 09:58 关注：(1)

　　摘要：粉煤灰在市政道路施工中的应用，不仅是对新技术应用的有益尝试，而且对环境保护做出了重要贡献。本文主要对粉煤灰综合利用技术在市政工程建设中的应用作了阐述。

　　关键词：城市道路;粉煤灰;路基填料;道路基层

　　随着各行各业对粉煤灰的开发和利用，粉煤灰在道路工程中的利用率越来越高，使粉煤灰“变废为宝”。粉煤灰在各项工程中的利用，不但使工程造价大大降低，而且在节约土地、环境保护方面具有非常深远的意义。

　　1 粉煤灰的应用形式

　　当前国内用于市政工程的筑路材料主要用粉煤灰混合料，其应用形式大体可分为四种：a),粉煤灰加石灰简称二灰;b),粉煤灰加石灰加土简称二灰土;c),粉煤灰加石灰加碎石简称二灰碎石;d),粉煤灰加石灰加砂砾简称二灰砂砾。

　　二灰、二灰土、二灰碎(砾)石等具有较好的力学性能和水稳性、抗冻融性，但早期强度较低，为了提高早期强度，在二灰、二灰土、二灰碎(砾)石中加入部分水泥，成为三灰、三灰土、三灰碎(砾)石后，其强度明显提高，可用做大交通量道路的基层材料。

　　2 市政工程中粉煤灰的应用

　　2.1 粉煤灰作为路基填料的应用

　　粉煤灰是一种水硬性材料，遇水会产生一定的强度。但是由于质量轻，干燥时容易扬尘，压实过程中表面容易起皮，而且含水量不易控制，掺4%～6%水泥或10%～12%石灰混合拌和的填料，可用于沟槽和路基的填料。建议提前在粉煤灰堆上撒水，以保证粉煤灰的含水量合格，并拌和闷料;摊铺前应随时检验其含水量，稍高于最佳含水量2%即可摊铺，密实方法可采用插入振动器插振密实，平板振动器再拖振;干硬性填料也可用压实方法密实。碾压时应选用振动压路机压实两遍，视压实情况看是否增加压实遍数，并根据天气情况，适当撒水保湿，待表面稍干后，光轮压路机即可跟进碾压2遍～3遍，以消除轮迹为准。由于粉煤灰后期强度较高，而且养生过程需要撒水，这样就要求不能在路面强度未达到要求的时候通车，综合来说，应在路面强度达到70%的时候通车。另外一定要做好排水工程，粉煤灰遇水即很快失去强度，而且水分蒸发极慢，但是强度达到要求后的粉煤灰不会对环境，尤其是水资源造成污染，自身强度也很高。对掺加固化剂的粉煤灰混合料进行测试，其性能满足公路、市政路基填料使用要求，具有较好的抗压、抗剪、耐水性及耐久性。混合料每立方米固化剂的掺量越多，其软化系数越大，耐水性越好，强度稳定性越高，但固化剂的价位较高，在实际使用中，固化剂的掺量一般80kg/m3～100kg/m3。固化粉煤灰由于自重较轻、强度高，可用于填筑桥头，以减少桥头通车后沉降，以及桥台后填土对桥的压力，还可用于填筑和处理软弱地基。

　　2.2 粉煤灰在市政道路基层中的应用

　　2.2.1 石灰、粉煤灰(二灰)

　　在粉煤灰中掺入一定量的活性氧化钙高的石灰，混合搅拌成二灰，由于二灰中活性氧化钙含量较高，所以形成的路基比粉煤灰直接构筑的路基整体性好、水稳定性好、强度高。在实践中常用的二灰比例为石灰：粉煤灰=1：(3～9)。二灰、粉煤灰的最大干密度比土约小35%～40%，说明二灰、粉煤灰自重轻，可用于软弱地基、路基填筑等。

　　2.2.2 石灰、粉煤灰、土(二灰土)在二灰中掺入一定量的土，就形成二灰土，土颗粒表面吸附着一些活性强、比表面积大、表面能量也较大的低价Na+、K+等，与二灰发生离子交换等作用，使其塑性指数下降，分散性、湿坍性、粘附性、膨胀性降低，促使土粒粘结、凝聚。同时形成的胶凝性物质在土粒外围形成一层稳定的保护膜，使土粒胶结起来，形成较石灰土稍高的强度，有一定的板体性和较好的水稳定性。二灰土的拌制可以采用两种拌和方法：一是路拌，即先在路基上将土方摊开，然后铺上粉煤灰，最后铺上石灰，将三种材料采用灰土拌和机拌和均匀;二是采用厂拌，即将二灰土采用稳定土拌和机集中拌和，然后拉到路基上。从经济造价上讲，路拌可能略为经济些;但从质量速度来讲，厂拌要占一定的优势，特别是对于集中取土来讲，其优势更加明显。

　　2.2.3 石灰、粉煤灰、级配碎石

　　2.2.3.1 材料要求对石灰、粉煤灰、碎石和水的要求如下：

　　a)石灰 对石灰、粉煤灰、碎石和水的要求如下：应符合Ⅱ级或Ⅱ级以上石灰各项技术指标的要求。石灰要分批进料，做到既不影响施工进度，又不过多存放;应尽量缩短堆放时间，如存放时间稍长应予覆盖，并采取封存措施，妥善保管。为减少二灰稳定碎石底基层反射裂缝的产生，建议配合比设计时使用I 级石灰且石灰用量不超过4%。b)粉煤灰粉煤灰中SiO2、Al2O3和Fe2O3之和总含量应大于70%，烧失量不应超过20%，比表面积宜大于2500cm2/g。料堆应注意覆盖，防止雨淋和扬灰。c)碎石 石灰粉煤灰碎石中碎石压碎值应不大于28%，集料的颗粒组成如表1所示。

　　d)水,凡饮用水皆可使用，遇到可疑水源，应委托有关部门化验鉴定。粉煤灰、石灰均为细颗粒状，对水的敏感性较大，颗粒间锁结程度相对较差，强度较低，在道路工程中常掺入一些粗骨料，形成二灰稳定类基层，如石灰∶粉煤灰∶碎石=10∶20∶70的二灰碎石具有很好的整体稳定性、较高的强度和一定的抗冻性，该种混合料已被市政道路和公路普遍应用。

　　2.2.3.2 应用注意事项应用中需注意以下几点：

　　a)在粉煤灰、生石灰作为填料的二灰碎石基层中，尤其要注意控制配合比，使集料的空隙能够有充分的胶结料填充，保证集料间不形成悬浮，确保形成一定强度的胶体;b)要注意控制含水量，因二灰碎石级配较粗，含水量敏感，这样就要求配备专职的实验人员对含水量跟踪检测;c)摊铺过程中应密切注意摊铺的行走速度和混合料的均匀性，认真关注混合料是否出现离析，发现离析立即处理，用均匀的混合料更换，并保证已完成的段落在24h内成型，如果作业面较宽，应该尽可能地应用两台摊铺机平行作业，前后间隔10m～30m。

　　2.2.4 水泥、粉煤灰、稳定碎石水泥与粉煤灰水化产生反应后，形成联锁结构，填充混合料孔隙，可提高稳定强度和抗裂性能，改善混合料的和易性，增加后期强度，提高极限抗拉值，水泥粉煤灰稳定碎石混合料中的水泥可提高强度、粉煤灰可降低收缩值、级配碎石可增加刚性。水泥粉煤灰稳定碎石的施工应注意如下事项。

　　2.2.4.1 水泥与粉煤灰比例

　　水泥粉煤灰稳定碎石的收缩系数与无机结合料的成分和含量有关，若混合料中水泥各剂量增加，强度会随之增大，但抗裂性能会越低，水泥剂量过多，则形不成强度，粉煤灰可增加抗裂性能，改善和易性。

　　2.2.4.2 集料的级配根据填充理论，为使混合料中的水泥、粉煤灰集料嵌挤牢固，一立方体中最多用一松方集料，松方指自然方经过人力或机械开挖松动过的土方或备料堆置土方;松方和实方的换算系数根据实际情况而定，一般为1.2～1.35左右为宜。剩余空隙采用无机结合料填充，经充分压实后可得到强度大、收缩系数小的混合料，因此，混合料碎石的强度和稳定性在很大强度上取决于粗、细集料的含量。

　　2.2.4.3 最佳含水量确定

　　含水量对水泥粉煤灰稳定碎石的强度有重大影响，当含水量不足时，水泥会与细集料、粉煤灰争水。粉煤灰对水有较大的亲和力，就不能保证水泥完成水化和水解作用，因此混合料的含水量应采用重型击实仪通过试验确定。依据最大干密度进行试验，但在拌和、运输、摊铺过程中会损失一些水分，应在最佳含水量的基础上适当增加1%～2%左右的含水量。

　　2.2.4.4 分层施工

　　水泥粉煤灰稳定碎石的设计厚度大于20cm时，必须分层施工，其中分层厚度一般采用上层下层同样厚度，但从防治缩裂考虑，也可底层厚一些面层薄一些，但不主张底层薄上层厚的分层法。对于不同结构、不同施工方法的基层具有不同的摩阻力，从缩裂机理分析，摩阻力必须是平衡结构层的收缩应力，都能有效克服收缩裂缝，因此分层施工时可采用分层不分离的施工方法，即下层碾压完成后可立即铺筑上层。

　　2.2.4.5 施工作业长度

　　水泥稳定碎石的施工作业长度应综合考虑水泥的终凝时间对施工质量的影响、施工机械的效率及气候条件等因素，并尽可能减少裂缝。从混合料拌和到碾压之间的施工时间应控制在3h～4h，不应超过水泥终凝时间，一般情况下，每流水作业段以200m为宜。

　　2.3 粉煤灰在市政道路水泥混凝土路面中的应用

　　自20世纪70年代以来，由于粉煤灰、水泥质量的提高，以及水泥混凝土路面施工技术的进步，粉煤灰开始在混凝土中得到应用。由于掺入粉煤灰是提高水泥混凝土性能的有效技术手段，所以目前已得到大量应用。

　　2.3.1 粉煤灰的选用

　　根据现行粉煤灰混凝土应用技术规范(GBJ146-90)规定，拌制混凝土作为掺合料的粉煤灰，分为三个等级,粉煤灰混凝土应用技术规范(GBJ146-90)规定的各级粉煤灰适用范围如下：

　　a)Ⅰ级粉煤灰适用于钢筋混凝土和跨度小于6m的预应力混凝土;b)Ⅱ级粉煤灰适用于钢筋混凝土和无筋混凝土;c)Ⅲ级粉煤灰主要用于无筋混凝土，对设计强度等级C30及以上的无筋粉煤灰混凝土宜采用Ⅰ、Ⅱ级粉煤灰;d)用于预应力混凝土、钢筋混凝土及设计强度等级C30及以上的无筋混凝土的粉煤灰等级，如经试验论证，可采用比上述三条规定低一级的粉煤灰。有别于作为路基与基层中的粉煤灰，在水泥混凝土中应用的粉煤灰是一种经过研磨的精细粉煤灰，是在路基粉煤灰的基础上经过进一步加工而得到的高级粉煤灰。

　　2.3.2 粉煤灰的掺量

　　粉煤灰具有灰性，对混凝土强度尤其是对混凝土的后期强度有增进作用，可填充水泥混凝土中的孔隙与毛细孔、改善混凝土的孔结构和增大混凝土的密实度、提高混凝土的耐久性，粉煤灰的掺量不宜大于40%，一般在15%～25%之间。

　　3 结语

　　粉煤灰应用在市政工程中，不仅对新技术的应用作了有益的尝试，更重要的是对环境保护做出了贡献，其巨大的经济效益和社会效益是不言而喻的，随着科学技术的进步和对粉煤灰综合利用技术的深入研究，粉煤灰在市政工程建设中的应用必将取得各界的认可，在废物利用方面也会走出一条更广阔的道路。