研究粉煤灰在道路工程中的應(yīng)用效果

肖 潼

(貴州省交通建設(shè)咨詢監(jiān)理有限公司)

1 引 言

粉煤灰是火力發(fā)電的副產(chǎn)物，即煤炭燃燒后產(chǎn)生的爐渣，如果不處理好，就會(huì)造成其大量堆積，既占用空地，又污染環(huán)境。隨著現(xiàn)在的技術(shù)更新，粉煤灰的用途越來(lái)越多，其中主要用于道路建設(shè)的材料，并且在道路建設(shè)中可以大量的運(yùn)用，這樣就解決來(lái)了其堆積問題，既變廢為寶，又可以保護(hù)環(huán)境，可謂一舉兩得。

2 粉煤灰材料的成分和特性

2.1 物理特性

試驗(yàn)研究表明:當(dāng)粘土與粉煤灰的密實(shí)度(重型K =100%)相同時(shí)，粉煤灰的壓縮系數(shù)只有α10N ～20N =0.15 MPa－1，然而粘土的壓縮系數(shù)可以達(dá)到α10N ～20N =0.25 MPa－1。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，粘土的壓縮系數(shù)要比粉煤灰的大45% ～55%。粉煤灰的松干密度在445 ～680 kg/m3之間，比表面積在221 ～586 m2/kg 范圍內(nèi)。同時(shí)與粘土相比而言，在相同的外荷載作用下，粉煤灰的壓縮變形要小許多，所以粉煤灰抗壓能力更強(qiáng)，結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。此外，粉煤灰的滲透性要遠(yuǎn)優(yōu)于粘土的滲透性，之所以能這樣是因?yàn)榉勖夯揖哂惺杷啥嗫椎念w粒結(jié)構(gòu)。

2.2 化學(xué)特性

粉煤灰是火力發(fā)電廠的主要副產(chǎn)物，它是由燃料煤中的無(wú)機(jī)物經(jīng)過燃燒后留下的灰塵。粉煤灰主要是由硅、鋁以及鐵等物質(zhì)的氧化物組成的，這些物質(zhì)的含量高達(dá)85%。但是由于煤的種類和產(chǎn)地，甚至燃燒爐型的不同都會(huì)使得粉煤灰的具體化學(xué)成分及含量各不相同。比如說來(lái)自不同產(chǎn)地的煤，其含鈣量各不相同，在低鈣煤中，由于氧化鈣的含量較低，缺乏自硬性物質(zhì)，導(dǎo)致了自硬性幾乎不存在;但是，高鈣煤就不一樣，并且我國(guó)近幾年高鈣灰的排放量逐年增加，這種高鈣灰里面的一些自硬性物質(zhì)使得高鈣粉煤灰具有較高的強(qiáng)度。另外，隨著近幾年鍋爐的不斷改進(jìn)、不斷地加大，使得煤能夠被充分的燃燒，從而得到純度高、質(zhì)量好的道路建設(shè)原材料。

3 粉煤灰對(duì)混凝土的影響

3.1 粉煤灰對(duì)水泥混凝土的影響

(1)對(duì)混凝土和易性的影響

漿體的體積、水灰比以及骨料的級(jí)配、形狀、孔隙率等因素都會(huì)影響新拌混凝土的和易性。如果加入粉煤灰則可以增加槳體的體積，同時(shí)由于粉煤灰的顆粒較細(xì)，能夠有效地填充骨料間的空隙，同時(shí)也能增加混凝土的粘度和可塑性。

(2)抑制新拌混凝土的泌水現(xiàn)象

粉煤灰的顆粒較細(xì)，加入粉煤灰則可以填充粗骨料間的空隙，使混凝土的孔隙率減小，從而減少砂漿中泌水的渠道，同時(shí)粉煤灰與水泥相比較而言，在混凝土的各項(xiàng)指標(biāo)一樣的情況下，加入粉煤灰的混凝土比未加粉煤灰的混凝土的需水量要少許多，這樣也可以適當(dāng)?shù)囊种泼谒F(xiàn)象。因而用粉煤灰代替部分水泥可以有效地改善新拌混凝土的泌水現(xiàn)象。

(3)提高混凝土的強(qiáng)度

加入粉煤灰可以使混凝土的強(qiáng)度有很大的提升。粉煤灰從三個(gè)方面提升了混凝土的強(qiáng)度，首先，粉煤灰是較好的膠結(jié)料，這樣可以增加混凝土的粘度，是混凝土的強(qiáng)度增加;其次是在以上提到的用水量方面，相對(duì)水泥的用水量要少一些，使得混凝土能更快的脫水凝結(jié);最后一方面在于粉煤灰能與水泥漿中的部分物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，使粉煤灰與水泥之間的結(jié)合更加牢固。然而在水泥漿凝結(jié)前期并不是隨著粉煤灰加入量的增加而提高的。只有到后期才會(huì)是這個(gè)規(guī)律。但是總的來(lái)說，粉煤灰對(duì)混凝土強(qiáng)度的提升有著相當(dāng)大的作用。

(4)降低混凝土的水化熱

很多混凝土結(jié)構(gòu)剛建成就會(huì)出現(xiàn)裂縫，這都是水泥的水化反應(yīng)所致，特別是在一些大型的水泥建筑中更為明顯，因?yàn)樵谶@些大型的建筑中，對(duì)混凝土的強(qiáng)度要求很高，這樣就需要增加水泥的配比，從而導(dǎo)致了更加嚴(yán)重的水化反應(yīng)。然而，加入粉煤灰則可以減少水泥的使用量，但仍然能保證混凝土的強(qiáng)度，這樣就可以有效地緩解水泥的水化現(xiàn)象。

(5)對(duì)混凝土耐久性的影響

加入粉煤灰也可以改善混凝土的凍融耐久性能。其影響的好壞與粉煤灰的質(zhì)量有關(guān)，如果粉煤灰質(zhì)量很差，并且其中的粗顆粒較多，碳的含量較高，這樣就會(huì)降低混凝土的凍融耐久性，起到較差的作用，同時(shí)，質(zhì)量越差，壞作用就會(huì)越明顯。但如果是質(zhì)量好，沒有粗顆粒，含碳量少的粉煤灰就會(huì)增加混凝土的凍融耐久性。

現(xiàn)在許多水泥道路在使用后不久，就出現(xiàn)在了開裂現(xiàn)象，這都是水泥混凝土的堿集料反應(yīng)所導(dǎo)致的，追究其根本原因就是水泥的堿性太高了，會(huì)與一些活性集料發(fā)生反應(yīng)，從而導(dǎo)致混凝土發(fā)生膨脹和開裂，破壞混凝土的結(jié)構(gòu)，并且這種破壞嚴(yán)重的話就沒有辦法進(jìn)行修補(bǔ)了。然而，現(xiàn)在的道路建設(shè)中，所使用的高堿水泥越來(lái)越多了，有時(shí)候還會(huì)加一些高堿的外加劑，從而導(dǎo)致堿集反應(yīng)越這一問題來(lái)越突出，但如果加入粉煤灰則可以有效地緩解堿集反應(yīng)，從而使道路更加結(jié)實(shí)耐用。

3.2 粉煤灰對(duì)瀝青混凝土的影響

瀝青混凝土是由砂、石、礦粉以及瀝青混合而成的建設(shè)材料，其混合并不是隨意的混合，而是按照相應(yīng)的施工標(biāo)準(zhǔn)以及其他多方面因素決定的比例進(jìn)行配比混合。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn):瀝青與礦粉混合以后會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使得礦粉表面的瀝青發(fā)生了重排，形成了由內(nèi)而外分別為礦粉、結(jié)構(gòu)瀝青、擴(kuò)散溶劑化膜以及自由瀝青的高粘度結(jié)構(gòu)，提高了鋪路材料顆粒間的粘性，這樣就使得瀝青路面的強(qiáng)度增加了，路面的質(zhì)量更高了。粉煤灰對(duì)瀝青混凝土的具體影響如表1、表2。

表1 粉煤灰對(duì)瀝青混凝土特性的影響

表2 粉煤灰與石灰和水泥馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)對(duì)比

4 粉煤灰在公路建設(shè)中的應(yīng)用

4.1 在路堤中的應(yīng)用

粉煤灰在公路的建設(shè)中常常被用于路堤，在土壤松軟的路段運(yùn)用的尤其多，由于粉煤灰相對(duì)較輕，因而粉煤灰含量高的混凝土也就較輕，這樣就可以使所建設(shè)的路堤有較輕的自重，從而使得地基受到的應(yīng)力減輕了，使地基的沉降程度大大減小，此外還能提高混凝土的強(qiáng)度。

4.2 在路基中的應(yīng)用

含粉煤灰的道路基層的分類主要按照土粒的大小分為三大類:石灰粉煤灰穩(wěn)定細(xì)粒土(含砂)、中粒土和粗粒土，如果具體劃分則可以分為:石灰粉煤灰穩(wěn)定土(二灰土)、石灰粉煤灰穩(wěn)定砂礫(二灰砂礫)、石灰粉煤灰穩(wěn)定碎石(二灰碎石)、石灰粉煤灰穩(wěn)定礦渣(二灰礦渣)、石灰粉煤灰(二灰)等。含粉煤灰的道路基層具有許多優(yōu)良的特點(diǎn)，最主要的特點(diǎn)就是強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、剛度大以及抗凍性良好。此外，值得一提的是其抗裂性較水泥混凝土要好許多，道路堅(jiān)固，不易破損，這是因?yàn)榉勖夯业倪@些優(yōu)良特點(diǎn)使得其被廣泛、大量的運(yùn)用于公路基層的建設(shè)中。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過對(duì)粉煤灰的性質(zhì)以及其用途的了解，我們可以看出粉煤灰在道路施工中有著很重要的價(jià)值，這樣不僅解決了火電站的廢物處理問題，保護(hù)了環(huán)境，還使得道路的質(zhì)量更加優(yōu)良。毋庸置疑，將粉煤灰運(yùn)用于道路建設(shè)中是一個(gè)極好的方案，這符合了現(xiàn)在環(huán)境友好型社會(huì)的要求，同時(shí)也降低了道路建設(shè)的成本。

［1］公路粉煤灰路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，1997.

［2］朱義輝.公路施工材料應(yīng)用［J］.中國(guó)城市經(jīng)濟(jì)，2011，(8).

［3］樊粵明，吳笑梅，等.粉煤灰的綜合利用與展望［J］.廣東建材，1998.