脫硫粉煤灰在路面基層中應(yīng)用的研究

張尊偉

(德宏公路局，云南 德宏678400)

粉煤灰是指從煙道排出煤粉燃后的廢渣，俗稱“飛灰”。為了滿足環(huán)保需求，控制SO2的排放量，硫化床循環(huán)工藝在火力發(fā)電廠中被逐步推廣應(yīng)用。脫硫粉煤灰的硫化床工藝產(chǎn)生特點是含碳量大，含鈣高，活性較低，不利于直接用于工程施工。近些年，國內(nèi)外對脫硫粉煤灰開展了大量的研究工作，借鑒傳統(tǒng)粉煤灰修筑道路基層的成功經(jīng)驗，嘗試脫硫粉煤灰在路面基層施工中的推廣應(yīng)用取得了一定的成果，對脫硫粉煤灰綜合利用工作具有重要意義。但由于不同電廠脫硫后產(chǎn)生的粉煤灰性質(zhì)有很大差別，利用之前需要有針對性的進(jìn)行試驗驗證。本實驗主要研究脫硫粉煤灰在公路工程無機(jī)結(jié)合料半剛性穩(wěn)定材料石灰、粉煤灰、碎石中的應(yīng)用，為工程實踐提供參數(shù)。

1 原材料

二灰碎石是由粉煤灰、石灰和碎石按比例摻配的混合料，屬于半剛性穩(wěn)定基層；該穩(wěn)定材料為半剛性基層材料，具有后期路面基層強度高和整體性好等特點。二灰碎石半剛性穩(wěn)定材料，已推廣應(yīng)用于各等級公路的路面基層施工。

粉煤灰材料的特點是結(jié)構(gòu)疏松，干容重小，內(nèi)聚力c值很小，本身無膠凝性，自身無法結(jié)構(gòu)成型。但在水和石灰的相互作用下，能夠產(chǎn)生膠凝性，且對混合后的材料無側(cè)限抗壓強度產(chǎn)生較大的影響。本次檢測研究的粉煤灰分為兩種，分別為：脫硫粉煤灰和普通二級粉煤灰。通過對比分析確定脫硫粉煤灰在二灰碎石中的配比參數(shù)。粉煤灰的各項所檢物理化學(xué)指標(biāo)如表1、表2所示。

表1 粉煤灰的物理性能

表2 粉煤灰的化學(xué)成分

試驗中二灰碎石的集料與膠凝材料的含量(質(zhì)量)之比為82：18，石灰與脫硫粉煤灰之比初選為1：2、1：2.5、1：3三種進(jìn)行對比分析。集料級配結(jié)果如表3所示。

表3 二灰碎石集料級配表

2 二灰碎石擊實試驗結(jié)果

根據(jù)《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》中的試驗方法進(jìn)行擊實實驗，并繪制含水量與干密度曲線，得到了最佳含水量和最大干密度的結(jié)果，如圖1所示。

圖1 最佳含水量和最大干密度比較柱狀圖(g/cm3)

由圖1可以看出，隨普通二級灰比例的增加，其二灰碎石最佳含水量逐漸減小，最大干密度也逐漸減小。隨脫硫粉煤灰比例的增加，其二灰碎石的最佳含水量逐漸增大，最大干密度逐漸減小。當(dāng)粉煤灰與石灰的摻配比例為1：1時，摻入脫硫粉煤灰的二灰碎石最佳含水量大于摻入普通二級粉煤灰的二灰碎石，而最大干密度小于普通二級灰。實驗結(jié)果表明：脫硫粉煤灰吸水量大，在干旱缺水地區(qū)不宜使用；其質(zhì)量更輕，嘗試開發(fā)輕骨料是一種更好的應(yīng)用途徑。

3 二灰碎石的強度實驗結(jié)果

根據(jù)試驗規(guī)程的相關(guān)方法，對不同摻配比例二灰碎石的無機(jī)結(jié)合料進(jìn)行無側(cè)限抗壓強度制件、養(yǎng)生。得到各齡期的浸水無側(cè)限抗壓強度檢測結(jié)果，如圖2所示。

由圖2可以得出，摻入兩種不同粉煤灰的二灰碎石7天無側(cè)限抗壓強度均滿足《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》要求。摻入普通二級粉煤灰的二灰碎石中，其7天無側(cè)限抗壓強度隨著粉煤灰摻量增加而降低，28天無側(cè)限抗壓強度卻增加，說明摻入普通二級粉煤灰對二灰碎石的后期強度有一定幫助。在摻入脫硫粉煤灰的二灰碎石中，其7天無側(cè)限抗壓強度隨著粉煤灰摻量的增加而提高，且強度值已經(jīng)超過普通二級灰28d的強度水平，這表明摻入脫硫粉煤灰的二灰碎石早期強度非常高，在工程應(yīng)用中，可適當(dāng)縮短其養(yǎng)護(hù)時間，這對于提高工程進(jìn)度有很多幫助；而28天無側(cè)限抗壓強度隨著粉煤灰摻量的增加先提高后降低，說明摻加脫硫粉煤灰有最佳摻量問題，且本實驗用的脫硫粉煤灰的最佳比例為1：2.5。

圖2 二灰碎石浸水無側(cè)限抗壓強度比對圖

4 二灰碎石穩(wěn)定材料的水穩(wěn)定性試驗結(jié)果

根據(jù)干濕循環(huán)試驗環(huán)境確定脫硫粉煤灰二灰碎石穩(wěn)定材料的水穩(wěn)定性能。無側(cè)限抗壓試件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生28天后，進(jìn)行干濕循環(huán)：自然風(fēng)干48小時，再飽水24小時。通過5次改變干濕環(huán)境循環(huán)后進(jìn)行殘余無側(cè)限抗壓強度試驗，與普通養(yǎng)生43天的對比無側(cè)限抗壓強度試驗的強度相對比，其比值稱為水穩(wěn)定系數(shù)。二灰碎石的水穩(wěn)定系數(shù)詳見圖3。

由圖3可以得出，不同配比條件下脫硫粉煤灰二灰碎石穩(wěn)定材料的水穩(wěn)定系數(shù)均大于100%，由此可得，脫硫粉煤灰、石灰二灰碎石具有較好的水穩(wěn)定性，好于普通粉煤灰二灰碎石。其良好的水穩(wěn)定性為其在潮濕及多雨地區(qū)的應(yīng)用提供了可能。

圖3 二灰碎石的水穩(wěn)定系數(shù)

5 結(jié)論

通過對摻加脫硫粉煤灰及普通粉煤灰的二灰碎石的擊實試驗、強度試驗和水穩(wěn)定性試驗研究，得到了有一定參考價值的結(jié)論：

(1)脫硫粉煤灰二灰碎石混合料的需水量大，不適合應(yīng)用在干旱地區(qū)，質(zhì)量較輕，嘗試開發(fā)輕骨料是一種很好的應(yīng)用途徑。

(2)脫硫粉煤灰二灰碎石混合料早期強度很高，在路面基層應(yīng)用中，可適當(dāng)縮短早期養(yǎng)護(hù)時間，為提高工程進(jìn)度提供了可能。

(3)摻入脫硫粉煤灰的二灰碎石穩(wěn)定材料的水穩(wěn)定性較好，有望改善潮濕及多雨地區(qū)路面基層的性能。