道路工程中粉煤灰材料的應(yīng)用

李 樹 軍

(太原市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030002)

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道路工程中粉煤灰材料的應(yīng)用

李 樹 軍

(太原市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030002)

介紹了粉煤灰的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)性質(zhì)，論述了粉煤灰在施工中的質(zhì)量控制措施，并分析了粉煤灰在道路基層及路堤填筑中的應(yīng)用技術(shù)，指出粉煤灰的綜合利用實(shí)現(xiàn)了變廢為寶，解決了粉煤灰的污染和存放占地問題。

粉煤灰，道路基層，路堤，質(zhì)量控制

0 引言

早在20世紀(jì)70年代，粉煤灰因世界性能源危機(jī)，環(huán)境污染以及礦物資源的枯竭等的爆發(fā)引起了科研界的開發(fā)和研究，對此多次召開國際性會議，研究如何更好地利用廢棄資源造福人類，在實(shí)際應(yīng)用方面取得了很大的進(jìn)步。粉煤灰作為新興的資源，因便于開發(fā)利用而得到人們的廣泛注意。粉煤灰的開發(fā)利用開始走向?qū)嶋H應(yīng)用中來，尤其是在資源整合利用方面，技術(shù)不斷的進(jìn)步，粉煤灰在實(shí)際生活中的利用率越來越高，在各方面的使用也發(fā)生了變化。粉煤灰的治理不僅僅著重于環(huán)境保護(hù)的角度，更趨向于綜合利用，而它的用途也從環(huán)境美化等方面的應(yīng)用發(fā)展到道路施工等有效途徑。粉煤灰的開發(fā)利用不僅有利于中國煤炭產(chǎn)業(yè)、電力工業(yè)及相關(guān)工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，而且可以保護(hù)土地資源，減少不必要的污染，對于實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)有著非常重要的意義。

1 粉煤灰的構(gòu)成

1.1 化學(xué)組成

粉煤灰主要由硅、鋁、鐵氧化物以及一定量的鈣、鎂、硫氧化物構(gòu)成。其中氧化硅和氧化鋁、氧化鐵在粉煤灰的總含量中占了大部分；氧化鈣、氧化鎂、氧化硫含量較低；通過實(shí)際案例我們可以看出，不同地方使用的原煤質(zhì)量的不同，直接影響了對粉煤灰種類的選擇，那么粉煤灰相應(yīng)的性能也會出現(xiàn)差異情況，氧化硅和氧化鋁、氧化鐵的含量、燒失量等方面的因素都可以直接影響粉煤灰在道路施工使用方面的性能。

1.2 結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

煤粉在燃燒和排出時(shí)便形成了粉煤灰，其結(jié)構(gòu)比較而言有些復(fù)雜。粉煤灰在顯微鏡下可以發(fā)現(xiàn)是由晶體、玻璃體及少量未燃炭組成的一個(gè)復(fù)合結(jié)構(gòu)的混合體。其中隨著煤炭燃燒時(shí)采用的不同方法和技術(shù)將會產(chǎn)生不同的結(jié)構(gòu)。石英和磁鐵礦等都屬于晶體的范圍內(nèi)，玻璃體由光滑的球體形玻璃體粒子、形狀不規(guī)則孔隙較少的小顆粒、孔隙分布密集且形狀不規(guī)則的玻璃球體等組成;未燃炭大多數(shù)分布疏松且孔隙較多。

粉煤灰有物理和化學(xué)兩種性質(zhì)，這兩種性質(zhì)是不可分割的。比如粉煤灰的物理性質(zhì)便是其化學(xué)成分在物理上的反映，包括密度、體積、細(xì)度、面積、分子構(gòu)成、需水量等方面。由于粉煤灰的組成結(jié)構(gòu)具有不定性，因此導(dǎo)致即使同樣被稱為粉煤灰但其物理性質(zhì)的差異性非常大。其化學(xué)性質(zhì)是由于粉煤灰作為人工灰質(zhì)混合的材料，它的水硬膠凝性能并不是很明顯，但當(dāng)其變?yōu)榉蹱畲嬖跁r(shí)，能與很多金屬氫氧化物在常溫或者高溫情況下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這時(shí)它的水硬膠凝性能便成了它的主要特性，從而它構(gòu)成的材料的耐久性都會得到很大的提升。

2 粉煤灰材料的質(zhì)量控制

為了能讓粉煤灰更好地應(yīng)用于實(shí)際生活中，對粉煤灰材料的檢驗(yàn)不可或缺。國家在這方面的條例上有明文規(guī)定，道路施工中粉煤灰使用的條件如下：

1)氧化硅和氧化鋁、氧化鐵在粉煤灰中占有的總含量應(yīng)不少于70%。

2)粉煤灰的總燒失量應(yīng)該不超過總含量的20%。

3)粉煤灰的比表面積應(yīng)該不小于2 500 cm2/g。

以上條件分別從粉煤灰的成分構(gòu)成、總燒失量以及比表面積提出了要求，滿足這三個(gè)條件才能稱為合格的粉煤灰。本文參考上海市附近的華能燃機(jī)電廠、進(jìn)業(yè)無線電廠、閘北電廠，對粉煤灰排放的檢測結(jié)果如表1所示。

表1 粉煤灰排放的檢測結(jié)果

我們通過表1可以看出， 進(jìn)業(yè)無線電廠和閘北電廠的粉煤灰燒矢量嚴(yán)重超標(biāo)，與規(guī)定不符，因此近幾年我國上海道路施工大部分采用了華能燃機(jī)電廠的粉煤灰，以保證道路工程中粉煤灰質(zhì)量的達(dá)標(biāo)。

3 粉煤灰在道路工程中的應(yīng)用

3.1 粉煤灰在道路基層中的應(yīng)用

道路中的二灰土是通過粉煤灰、土以及石灰按一定比例調(diào)和，加水拌和后，攤鋪在路面上形成一種以養(yǎng)護(hù)為目的的路基結(jié)構(gòu)。目前，我國公路特別是高速公路路面基層的主要類型都是石灰路基保護(hù)層面，由于粉煤灰的特性屬于火山灰材料的一種，它含有大量不定性的AlO和豐富的SiO，自身的粘度很弱甚至沒有。上文已經(jīng)提到過，但當(dāng)其變?yōu)榉蹱畲嬖跁r(shí)，能與很多金屬氫氧化物在常溫或者高溫情況下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這時(shí)它的水硬膠凝性能便成了它的主要特性，因此粉煤灰的強(qiáng)度、水穩(wěn)定性以及剛度都會大幅度提高，抗凍性和溫縮性也會顯著改善，將會改變他自身的耐久性能。一般情況下煤灰、土以及石灰的調(diào)配比例是12∶35∶53，其中粉煤灰的含量應(yīng)該控制在總含量的35%以內(nèi)。配料的精準(zhǔn)程度在道路施工中非常重要，那么就要在專業(yè)管理中心采用集中拌和的方法，在最大程度上保證拌和均勻，使得粉煤灰材料的標(biāo)配符合國家明確規(guī)定的要求。其中要把握好原料中水的含量，以及使用二級以上的石灰，并且要消解充分，否則未消解充分的粉煤灰在路面鋪好后會一點(diǎn)點(diǎn)膨脹，造成嚴(yán)重的路面損壞。在進(jìn)行路面平鋪時(shí)，要保證粉煤灰材料含水量處于最合適的狀態(tài)，以保證路面成型后檢測合格，并且每天要按時(shí)有規(guī)律的灑水，保護(hù)路面，防止其在未成形的情況下干裂，促使其強(qiáng)度的增加。由于二灰土混合材料在早期強(qiáng)度比較低的特性，在施工完成后初期要封閉交通以保證養(yǎng)護(hù)工作的順利進(jìn)行。

3.2 粉煤灰在道路路堤填筑中的應(yīng)用

1)粉煤灰的運(yùn)輸。

為了減少粉煤灰在運(yùn)輸過程中出現(xiàn)不必要的資源流失狀況，汽運(yùn)時(shí)，應(yīng)在粉煤灰上采用大面積的密封布質(zhì)材料進(jìn)行遮蓋。對于直接從灰場拉出含水量超過40%的粉煤灰，施工現(xiàn)場應(yīng)該統(tǒng)一處理，密封儲藏。在進(jìn)行路堤建筑時(shí)，首先應(yīng)檢查粉煤灰的含水量，檢測結(jié)果含水量最佳，以及各方面皆達(dá)標(biāo)時(shí)方可用于路堤建筑。粉煤灰用于路堤填筑的方式是縱向分層，20 cm為每層標(biāo)準(zhǔn)厚度，其松鋪系數(shù)為15左右。

2)粉煤灰路堤壓實(shí)。

粉煤灰路堤碾壓的方式為雙機(jī)聯(lián)合碾壓然后分段碾壓成型。粉煤灰攤鋪后，應(yīng)在最短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行碾壓，防止其因曝曬而含水量降低的情況發(fā)生，以保證用于道路施工的粉煤灰始終處于最佳含水量范圍內(nèi)。道路施工中粉煤灰的碾壓方式是先用推土機(jī)碾壓2遍，之后再用壓路機(jī)碾壓4遍。直線段是由路基兩側(cè)向路基中心錯(cuò)1/2輪碾壓,曲線段由路基彎道向內(nèi)側(cè)錯(cuò)1/2輪，再向路基外側(cè)碾壓。

4 結(jié)語

由于我國電力事業(yè)正處于不斷向前發(fā)展的上升期，同時(shí)電場規(guī)模不斷的擴(kuò)大以及燃煤機(jī)器數(shù)量的增加都大大地增加了粉煤灰的排放量。這對城市或農(nóng)村的環(huán)境都造成了不可避免的污染。當(dāng)前解決粉煤灰污染和存放占地問題已成為一個(gè)社會問題，因此，電廠應(yīng)該加大資金投放力度和征用大量的土地去建設(shè)粉煤灰存放場。與此同時(shí)，我們今后要對粉煤灰土、粉煤灰混凝土等項(xiàng)目進(jìn)行深入研究，使粉灰這一工業(yè)廢料能變廢為寶，為社會發(fā)揮出其更大的效益。

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Application of fly ash material in road engineering

Li Shujun

(TaiyuanUrbanPlanning&DesignInstitute,Taiyuan030002,China)

This paper introduced the chemical composition and structure nature of fly ash, discussed the quality control measures of fly ash in construction, and analyzed the application technology of fly ash in road base and embankment filling, pointed out that the comprehensive utilization of fly ash realization of turning waste into treasure, solved the pollution and storage area of fly ash.

fly ash, road base, embankment, quality control

1009-6825(2016)20-0147-02

2016-05-06

李樹軍(1983- )，男，工程師

U414

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