粉煤灰對級配碎石施工和易性的影響

王松濤

(哈同公路管理處金家管理所)

粉煤灰對級配碎石施工和易性的影響

王松濤

(哈同公路管理處金家管理所)

摘 要:為提高級配碎石的強(qiáng)度，骨架—密實(shí)型級配被廣泛地采用，但施工的和易性則越來越差，如何提高級配碎石的路用性能，倍受關(guān)注;在級配碎石集料中摻加適當(dāng)?shù)姆勖夯?，通過性能試驗(yàn)可知，粉煤灰的加入可改善級配碎石的保水性、壓實(shí)系數(shù)提高5%，抗離析性能增強(qiáng);試驗(yàn)路的修建證明了粉煤灰級配碎石的可行性。

關(guān)鍵詞:道路工程;粉煤灰級配碎石;路用性能;施工和易性

1 粉煤灰級配組成與性質(zhì)

試驗(yàn)與實(shí)體工程采用的粉煤灰為哈爾濱第三火力發(fā)電廠生產(chǎn)的粉煤灰，其級配結(jié)構(gòu)如表1。

表1 粉煤灰級配組成

粉煤灰視密度經(jīng)試驗(yàn)測定為2.038 g/cm3。最佳含水量為31%，當(dāng)含水量超過最佳含水量時，在振動作用下粉煤灰開始發(fā)生液化，粉煤灰在級配碎石材料中被液化時，可以使級配碎石之間的摩阻力大大減小，容易移動到能量最低點(diǎn)、最穩(wěn)定的地方，而使混合料整體更容易密實(shí)。因此在壓實(shí)粉煤灰穩(wěn)定級配碎石時，可以讓粉煤灰的含水量達(dá)到液化點(diǎn)。

2 粉煤灰對級配碎石施工和易性的影響

2.1 粉煤灰對最佳含水量的影響

圖1兩種粉煤灰含量的試驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)粉煤灰含量由0增加到3%時，級配1最佳含水量平均增加2.6%，級配2平均增加1.6%，即級配的類型對含水量的提高幅度有較大的影響，而且不論級配怎樣，振動工藝下的最佳含水量均大于擊實(shí)工藝下的含水量，從壓實(shí)原理來分析，擊實(shí)壓實(shí)是通過施加沖擊荷載對被壓實(shí)材料進(jìn)行壓實(shí)，對材料產(chǎn)生剪應(yīng)力使之壓實(shí);而振動壓實(shí)是通過高頻振動作用使材料“液化”，使被壓實(shí)材料易于移動，出現(xiàn)顆粒間相互填充現(xiàn)象，使材料更密實(shí)，且形成骨架—密實(shí)結(jié)構(gòu)。

由于粉煤灰是很好的保水性材料，同時其他指標(biāo)完全滿足要求，所以能大幅延長最佳含水量狀態(tài)所能維持的時間。

圖1 粉煤灰含量為0%和3%時壓實(shí)系數(shù)的對比

2.2 粉煤灰對可壓實(shí)性能的影響

級配碎石基層材料的施工過程的一大難點(diǎn)是壓實(shí)，既密實(shí)又不過多的壓碎而改變級配過多，規(guī)范規(guī)定基層壓實(shí)度為98%～100%，采用較硬的巖石則很難達(dá)到要求。圖2為壓實(shí)系數(shù)對比圖，由于添加了粉煤灰，使級配碎石的級配發(fā)生了改變，壓實(shí)度不能反映其可壓實(shí)性能，故采用最大干密度與理論密度的比值來評價。當(dāng)粉煤灰含量為3%時，其壓實(shí)系數(shù)比不含粉煤灰提高了5%，采用振動成型時，壓實(shí)系數(shù)的提高幅度要大于擊實(shí)成型的情況。

圖2 粉煤灰含量為0和3%時壓實(shí)系數(shù)的對比

2.3 粉煤灰對級配碎石離析性能的影響

級配碎石自由下落堆積試驗(yàn)表明，堆積直徑和堆積高度均與其施工和易性具有相關(guān)性，堆積半徑越大，堆積高度越小，施工和易性越差，反之，級配碎石的工作性則越好，但采用雙指標(biāo)評價應(yīng)用便利性較差;從試驗(yàn)過程中可知，級配碎石的堆積形狀與材料的級配、含水量大小和粉煤灰含量有關(guān)，圖3為級配碎石自由下落的三種典型堆積形態(tài)，圖3a的堆積形態(tài)表示和易性最差，此時粗集料都集中在外側(cè)，石料之間缺乏粘結(jié)力，容易離析而且不利于施工壓實(shí)。圖3b表示施工和易性一般，石料之間粘結(jié)力較好，但是流動性不好，顆粒間不容易移動，可壓實(shí)性能一般。圖3c的堆積形狀表征石料之間具有較好的粘聚性和流動性，顆粒的堆積最豐滿，施工和易性與可壓實(shí)性最好;堆積形態(tài)由圖3a過渡到圖3b，反應(yīng)了級配碎石含水量的影響，堆積形態(tài)由圖3b過渡到圖3c表征的是粉煤灰對堆積形態(tài)的影響。

圖3 級配碎石自由下落的三種堆積狀態(tài)

圖4a為粉煤灰含量為0時從漏斗落下的狀況，可見離析十分明顯，細(xì)集料分布在中間，粗集料呈環(huán)狀分布在邊緣，而且顆粒間十分松散，圖4b為加入了3%的粉煤灰級配碎石從漏斗落下的狀況，可見離析大大減小，粗料分布比較均勻，而且粘聚力較好。圖5為試驗(yàn)路級配碎石粉煤灰含量為5%時取樣篩分結(jié)果，可以看出，級配變異較小。

圖4 粉煤灰加入前后級配碎石的離析狀態(tài)

級配碎石的施工較佳的狀態(tài)應(yīng)該是顆粒間的粘結(jié)作用與潤滑作用均適當(dāng)，一定的粘結(jié)作用可防止攤鋪時離析，一定的潤滑作用可以促進(jìn)壓實(shí)，因此規(guī)范明確指出級配碎石宜采用石灰?guī)r，致使一些優(yōu)質(zhì)高強(qiáng)的石料被拒絕使用，因此可以考慮在級配碎石中添加粉煤灰對和易性進(jìn)行改善，但粉煤灰的最佳含量必需通過試驗(yàn)確定，同時還必須保證粉煤灰的加入不能降低級配碎石的力學(xué)性能。

圖5 現(xiàn)場級配碎石篩分結(jié)果與目標(biāo)級配對比

2.4 粉煤灰含量對滲透系數(shù)的影響

對材料的滲透性能用滲透系數(shù)這個指標(biāo)評價，滲透系數(shù)用土力學(xué)里的公式計(jì)算

根據(jù)此公式計(jì)算出來的滲透系數(shù)與各種大家熟悉的材料的滲透系數(shù)進(jìn)行對比。滲透系數(shù)是基層一個很重要的性能，不透水的基層容易導(dǎo)致基層的軟化、沖刷，具備良好排水性能的基層能及時排除路面滲下的水，保持基層的干燥，防止唧漿等損壞。

圖6為試驗(yàn)結(jié)果，可以看出滲透系數(shù)隨著粉煤灰的增加而減小。當(dāng)粉煤灰含量小于8%時滲透系數(shù)下降很快，當(dāng)粉煤灰含量大于8%時，滲透系數(shù)趨于穩(wěn)定。為保證粉煤灰處置級配碎石的滲水特性，粉煤灰的最佳用量不能超過8%。因此，考慮粉煤灰級配碎石的壓實(shí)特性和功能特性，粉煤灰處置級配碎石粉煤灰的最佳用量為5%。

圖6 粉煤灰含量與級配碎石滲透系數(shù)的關(guān)系

3 結(jié)論

通過對粉煤灰級配碎石的路用性能研究，可得出以下結(jié)論:

(1)粉煤灰的加入可改善級配碎石的保水性、可壓實(shí)性和抗離析性;保水性可避免施工中二次灑水，可壓實(shí)性可使壓實(shí)系數(shù)提高5%，抗離析性能可使結(jié)構(gòu)層更加均勻;

(2)當(dāng)粉煤灰含量小于8%時滲透系數(shù)下降很快，當(dāng)粉煤灰含量大于8%時，滲透系數(shù)趨于穩(wěn)定，考慮粉煤灰級配碎石的壓實(shí)特性和功能特性，粉煤灰處置級配碎石粉煤灰的最佳用量為5%。

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中圖分類號:U416.214

C

1008-3383(2011)06-0055-01

收稿日期:2011-03-17