粉煤灰工程特性的試驗研究

許彬

（中交隧道工程局有限公司，北京 100000）

煤灰是一種工業(yè)廢渣，近幾年來，我國粉煤灰的排放量已經(jīng)達到了每年1.2億噸。有效地利用粉煤灰，不但可以減少環(huán)境的污染，同時，也能夠為公路或鐵路填筑帶來更有利的影響，一方面能夠減少工程的造價，另一方面還能使公路鐵路的建設達到可持續(xù)發(fā)展的目的，有比較長遠的利益。我國對粉煤灰進行公路填筑研究越來越重視，本文對粉煤灰的工程特性進行研究和分析，分析影響粉煤灰工程特性的各種因素，提供有效的改善措施和方法，為粉煤灰在進行建筑工程填筑時提供了有力參考。

1 對粉煤灰工程特性試驗研究的意義

作為一種工業(yè)廢渣，粉煤灰得到有效的利用，在很大的程度上給我國的經(jīng)濟發(fā)展帶來一定的幫助，同時對環(huán)境的保護也起到了重要作用。關鍵是對于建筑工程而言，粉煤灰自身的特性能夠使得填筑物有更高的穩(wěn)定性。另外，粉煤灰加入到公路或鐵路的填筑中，不但可以進行廢物的再利用，還能有效地減少能源浪費，更是未來建筑工程發(fā)展的必然趨勢。

2 粉煤灰的自身特性

2.1 粉煤灰的化學性質

粉煤灰的主要成分是硅、鐵、鋁、鈣、鈉、鎂、鉀等這些氧化物，另外還有一些未燃燒的碳，是一種人工火山灰質材料，屬于高分散的固溶體。其中，三氧化鋁是提高中體材料強度的主要物質。同時將粉煤灰浸泡在溶液中24小時后對過濾浸液進行研究分析，可以發(fā)現(xiàn)溶液中含有大量的鈣離子。

2.2 粉煤灰的物理性質

由于粉煤灰是粉狀的顆粒，而且顆粒較細，同時，粉煤灰的顆粒是比本身表面積大的多孔結構，因此有很強的吸附能力，尤其是對水的吸附能力強。從對粉煤灰的物理實驗也可以看出，粉煤灰的特質屬于沙質土。

一般情況下，全粉煤灰的顆粒較細，因此，其本身的粘聚力很小，如果利用全粉媒灰進行公路或鐵路的路堤填筑的話，會影響其抗剪強度以及地基的穩(wěn)定性和承載力。因此，有效地提高粉煤灰的抗剪強度，是目前主要的研究任務。

3 影響粉煤灰工程特性的因素

3.1 含水率的大小

由粉煤灰本身的特性可以發(fā)現(xiàn)，粉煤灰在軟土地基的填筑上有更好的應用。同時從力學特性上面看，粉煤灰有很好的抗剪性能和較高的抗剪強度指標。但粉媒灰本身的含水量對其工程特性有比較大的影響，如果粉煤灰的含水量較高，那么，會給施工帶來更多的方便，整體性能更加穩(wěn)定，而如果含水量低，那么就會使粉煤灰處于松散結構的狀態(tài)中，整體性能差[1]。

3.2 粉煤灰氧化物含量高低

粉煤灰當中氧化物的含量高低決定了粉煤灰的粘聚力強度。含量過低，那么粉煤灰的粘聚力就小，自凝性差。如果含量高，那么粉煤灰的粘聚力和自凝性就會有所提升。在對粉煤灰進行化學成分分析時可知，粉煤灰經(jīng)過培燒之后，會有大量的鐵、硅、鋁等酸性氧化物，氧化鈣的含量只有極少數(shù)一部分，這也是直接導致粉煤灰的粘聚力低的原因。因此要增加粉煤灰的粘聚力和自凝性，那么就必須要保證粉煤灰中氧化物的含量。

3.3 粉煤灰的顆粒粗細

由于工業(yè)所產(chǎn)生的全粉煤灰顆粒較細，在干燥的狀態(tài)下粉煤灰的結構性能差，而且性質不穩(wěn)定，抗剪強度相對較低。如果在不添加任何添加物的情況下，粉煤灰一旦應用在公路或者鐵路填筑物上，就不能使填筑物的承載力和穩(wěn)定性得到有效的保障。

4 提高粉煤灰工程特性的方法和措施

4.1 在粉煤灰中加入生石灰

生石灰的主要化學成分是氧化鈣，當生石灰和全粉煤灰進行攪拌壓實之后，在一定的含水率條件下，就能夠產(chǎn)生一系列的化學反應，反應生成之后，所產(chǎn)生的各種氧化物就會大大的提高，比如氧化鈣、三氧化鋁、三氧化鐵等。這些氧化物都是一些不溶于水、穩(wěn)定性較高的結晶生成物，不管是在空氣中還是在水中都能夠逐漸硬化，使粉煤灰的強度有大大的提升。

4.2 在粉煤灰中加入水泥

水泥是一種主要包括硅酸三鈣、硅酸二鈣和鋁酸三鈣等化學成分的穩(wěn)定物質。同時，水泥中的主要化學成分在遇水之后，也會產(chǎn)生一系列的化學反應生成一些水化產(chǎn)物，包括水化硅酸鈣、氫氧化鈣、水化鐵等。而這些物質有很好的膠結作用，因此將水泥加入到粉煤灰中，能夠使粉煤灰的其他顆粒膠結在一起發(fā)生凝結作用，使之達到硬化的效果和目的，如此，在進行粉煤灰填筑過程中，其強度就會得到大幅度的提升。

5 結果分析

5.1 生石灰對粉煤灰抗剪強度特性的影響

在粉煤灰中加入一定量的生石灰，并且經(jīng)過一段時間的充分反應之后可以得出生石灰和粉煤灰的混合物，其抗剪強度要比全粉煤灰的抗剪強度高很多，主要表現(xiàn)在粘聚力之上。但是根據(jù)實驗結果也能得出，生石灰和粉煤灰的混合物，內(nèi)摩擦角度沒有多大變化。產(chǎn)生上述情況的具體原因是因為生石灰在水化后會形成氫氧化鈣，并且與粉煤灰中的氧化物產(chǎn)生化學反應，形成水膠凝性物質。另外，生石灰的添加量有所增加，那么粉煤灰在進行公路填筑時，其粘聚力也在不斷提高。因此可以得出的結論是，在粉煤灰中加入生石灰，能夠有效地提高粉煤灰的穩(wěn)定性和抗剪強度[2]。

5.2 齡期對抗剪強度的影響

在粉煤灰里加入一定量的生石灰，使兩種物質發(fā)生化學反應，需要一定的時間才能夠達到凝結和硬化的目的。而在不同的齡期條件下，粉煤灰的抗剪強度是不一樣的。比如在0.5d時，在粉煤灰中加入生石灰之后，其抗剪強度與全粉煤灰的抗剪強度差別不大。由于在這個齡期內(nèi)，生石灰和粉煤灰發(fā)生化學反應的時間較短，不能使兩種物質充分發(fā)生反應，因此，無法形成膠凝物質使之硬化。

但如果是在粉煤灰中加入生石灰并且經(jīng)過7d的齡期后，可以明顯看出，混合之后的粉煤灰，其抗剪強度遠遠大于全粉煤灰的抗剪強度。這是因為在此條件下，粉煤灰和生石灰能夠在有效時間內(nèi)發(fā)生化學反應產(chǎn)生各種膠凝物質，從而使得混合后的粉煤灰抗剪強度大大提高。

5.3 不同配比對抗剪強度的影響

在粉煤灰中加入生石灰時，如果兩者之間的比例不同，對粉煤灰的抗剪強度也有影響。生石灰比例越重，抗剪強度越高。通過實驗結果分析可以得出，無論生石灰和粉煤灰的配比情況如何，抗剪強度的大小，主要跟齡期有關。這也就是說，只要在粉煤灰中加入生石灰就能提高粉煤灰的抗剪強度，而且添加的生石灰量越大，在有效的齡期內(nèi)，粉煤灰的抗剪強度就會更大。

5.4 生石灰和水泥添加物分別對粉煤灰抗剪強度的影響

不同的添加物對粉煤灰的抗剪強度就會有不同的影響。比如在粉煤灰中添加生石灰和水泥，這兩種不同物質就會使粉煤灰的抗剪強度產(chǎn)生較大的差異。在配比相同的情況下（配比為1：9，其中粉煤灰為9），添加生石灰的粉煤灰其抗剪強度要遠遠低于添加水泥的粉煤灰。這是因為水泥中本身含有的硅酸三鈣和其他的酸性物質都有很好的水硬性特質，因此在粉煤灰中添加水泥，同時在含水率高的條件下，就會使得粉煤灰具有很高的抗剪強度[3]。

6 結語

跟純粉煤灰相比，加入生石灰或者水泥之后的粉煤灰，其抗剪強度明顯有很大的提升。由于添加水泥或生石灰之后改善了粉煤灰的力學性能，而且能夠有效提高填充物的承受力，因此也能在某個程度上提高建筑物的整體結構和穩(wěn)定性。

另外，通過最終的實驗結果和分析也能得出，顆粒較粗的粉煤灰抗剪強度較高，而且水穩(wěn)性也較強。由于工業(yè)產(chǎn)生的粉煤灰顆粒粗細有一定的差別，因此在選擇粉煤灰時，也要根據(jù)建筑的實際情況，選擇顆粒較粗的粉煤灰滿足工程需求。