低活性粉煤灰在路面基層施工中的應(yīng)用

胡建鋒

（石家莊市京昆石太高速公路管理服務(wù)有限公司，石家莊 050000）

1 引言

粉煤灰是燃煤電廠排出的主要固體廢物， 在公路工程建設(shè)過程中應(yīng)用較少。 隨著環(huán)境保護(hù)理念在工程建設(shè)中的發(fā)展，粉煤灰開始在公路工程中得到逐步應(yīng)用。 早期，此類材料主要用于路基填料，隨著對其性能研究的不斷深入，粉煤灰在路面基層施工中的應(yīng)用得到了關(guān)注。 本文研究低活性粉煤灰在路面基層中的應(yīng)用，并對混合料設(shè)計和施工工藝進(jìn)行研究[1]。

2 工程概況

某公路工程使用初期道路性能良好， 隨著復(fù)雜的環(huán)境因素和交通荷載不斷增加， 在運(yùn)行數(shù)十年后， 在K015+000～K026+500 路段先后出現(xiàn)坑槽、沉降和裂縫等病害。 經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，粉煤灰材料能在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下強(qiáng)度較高，同時施工造價和性能較為可觀， 綜合評定采用粉煤灰混合料進(jìn)行路面基層結(jié)構(gòu)施工。

3 低活性粉煤灰概述

3.1 工程特性

粉煤灰是火電廠排除的廢渣為硅質(zhì)或硅鋁質(zhì)的材料，粉煤灰中主要是硅、鋁、鐵的氧化物。 低活性粉煤灰是粉煤灰中的一種，是以Al2O3或Fe2O3等為代表的物質(zhì)總含量低于70%或?qū)嶋H燒失量高于20%的粉煤灰。 低活性粉煤灰的早期強(qiáng)度大多在0.4～0.8 MPa，實(shí)際強(qiáng)度較低，部分低活性粉煤灰在早期并不存在強(qiáng)度。 低活性粉煤灰具有一定的特殊性，顆粒偏粗且燒失量過大，比表面積相對較小，實(shí)際活性較低[2]。

3.2 應(yīng)用前景

JTG/T F20—2015《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》指出，粉煤灰中所含的Al2O3或Fe2O3等物質(zhì)的總含量一般大于70%，顆粒偏粗且燒失量較大，因此，粉煤灰材料并不能直接應(yīng)用于路面基層。 國內(nèi)外對于低活性粉煤灰在工程施工中應(yīng)用效果做了大量研究， 很多學(xué)者認(rèn)為向粉煤灰中添加一定量的化學(xué)添加劑，能夠很大程度改善其活性，提高粉煤灰的強(qiáng)度，能更好地滿足項目對路面基層施工材料的要求。

4 試驗(yàn)方案及原材料

4.1 試驗(yàn)方案

為提高低活性粉煤灰在公路工程中應(yīng)用的廣泛性， 通過室內(nèi)試驗(yàn)研究低活性粉煤灰在公路路面基層中的施工使用性能。 本文結(jié)合低活性粉煤灰的工程特性，根據(jù)確定的混合料配合比設(shè)計，制訂針對性的試驗(yàn)方案[3]。

4.1.1 石灰穩(wěn)定粉煤灰

對不同粉煤灰材料按照適當(dāng)比例摻加碳酸鈉和硫酸鈉等材料，制作試件完畢后，在不同齡期條件下放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)處理，齡期到期后，再將試件取出。 工序完成后分別進(jìn)行24 h 飽水試驗(yàn)和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

4.1.2 二灰穩(wěn)定碎石

在粉煤灰材料中摻加1.0%的碳酸鈉和1.0%的硫酸鈉后展開試驗(yàn)， 在不同齡期條件下制得尺寸為10 cm×10 cm 的試件，共分為12 組，每組10 個試件，再選用塑料袋包裹后養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)完畢后分別進(jìn)行24 h 飽水試驗(yàn)和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，并計算出數(shù)值。

4.2 原材料

4.2.1 石灰

試驗(yàn)采用的石灰為當(dāng)?shù)啬呈覐S的消解石灰， 試驗(yàn)按照J(rèn)TG E51—2009 《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行，對石灰材料進(jìn)行檢測，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 石灰技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果

4.2.2 粉煤灰

粉煤灰的活性受有效成 分含量（SiO2、Al2O3、Fe2O3）、有害成分未燃燒含量（用燒矢量表示）和粉煤灰細(xì)度（比表面積）的影響[4]，粉煤灰試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 粉煤灰材料試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果得到，粉煤灰材料有效成分含量、燒矢量和含水量均滿足要求，比表面積遠(yuǎn)小于規(guī)范要求。

4.3 擊實(shí)試驗(yàn)

通過標(biāo)準(zhǔn)溫度為22.5 ℃時， 石灰與粉煤灰配比為25∶75，分別取不同劑量條件下水泥、碳酸鈉和硫酸鈉進(jìn)行試驗(yàn)，獲得采用不同外摻劑時石灰穩(wěn)定粉煤灰的最佳含水量和最大干密度（見表3）。

表3 石灰穩(wěn)定粉煤灰混合料擊實(shí)試驗(yàn)

通過進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，將試件壓實(shí)成型，達(dá)到齡期最后一天時浸入水中24 h， 再從水中取出后擦除試件表面的自由水，將試件放置在試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)，試件破壞時記錄最大荷載，得到試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 石灰穩(wěn)定粉煤灰7 d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度

通過上述試驗(yàn)可知， 摻加不同外摻劑的石灰穩(wěn)定粉煤灰均滿足最小強(qiáng)度0.6 MPa 的要求，3 種外摻劑對石灰穩(wěn)定粉煤灰強(qiáng)度都有較大影響，隨著使用劑量的增加，石灰穩(wěn)定粉煤灰的強(qiáng)度逐漸增大； 碳酸鈉對石灰穩(wěn)定粉煤灰強(qiáng)度的影響效果明顯； 硫酸鈉外摻劑的使用存在最佳使用劑量和最佳悶料時間，應(yīng)選擇合適的條件進(jìn)行試驗(yàn)。

5 施工控制

5.1 含水量控制

含水量會直接影響基層碾壓密實(shí)度， 對基層施工質(zhì)量有重要影響。 施工中，選擇廠拌法進(jìn)行基層混合料拌和施工，選用濕灰，并及時進(jìn)行灑水處理。 拌和之前，要對粉煤灰的含水量進(jìn)行檢測處理，到達(dá)施工現(xiàn)場后確定含水量，可高于最佳含水量3%～5%，以保證后續(xù)整體施工質(zhì)量。

5.2 拌和與運(yùn)輸

正式施工前，還應(yīng)對低活性粉煤灰進(jìn)行性能指標(biāo)檢測，待各項指標(biāo)均滿足規(guī)范和設(shè)計要求后方可投入施工使用。 低活性粉煤灰的拌和時間越長，對應(yīng)的混合料均勻性越高，可有效保證礦料顆粒完全包裹低活性粉煤灰混合料。烘干完畢后，集料殘余含水量不得高于1%。拌和施工中加熱時間不得大于6 h，以免產(chǎn)生老化現(xiàn)象。

低活性粉煤灰混合料卸料順序應(yīng)遵循前后中， 禁止進(jìn)行一次性卸料，避免混合料下落過程中產(chǎn)生級配離析，同時對運(yùn)輸溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制。 必要時，在運(yùn)輸過程中應(yīng)采用厚實(shí)帆布袋進(jìn)行全方面覆蓋， 結(jié)合混合料運(yùn)輸距離來確定合適的運(yùn)輸車數(shù)量，另外，在運(yùn)輸過程中嚴(yán)禁急轉(zhuǎn)彎和加減速，盡可能地減輕混合料由于振動導(dǎo)致的離析現(xiàn)象[5]。

5.3 攤鋪

低活性粉煤灰混合料在攤鋪施工過程中需嚴(yán)格遵循連續(xù)、均勻、勻速等原則，以確保整體平整度，結(jié)合攤鋪機(jī)中自帶的自動找平裝置，確保攤鋪的連續(xù)施工。 嚴(yán)格控制攤鋪速度和溫度，針對攤鋪不到位處需及時予以補(bǔ)救，平整度實(shí)施監(jiān)控，確保路面的壓實(shí)度合格。

5.4 碾壓

采用履帶拖拉機(jī)進(jìn)行穩(wěn)壓，禁止出現(xiàn)來回碾壓操作。 當(dāng)碾壓路段屬于直線段時，應(yīng)將后輪進(jìn)行1/2 輪寬的重疊。 其次由兩側(cè)路肩開始， 逐漸碾壓至中間。 在對平曲線路段進(jìn)行碾壓時，應(yīng)將碾壓方式保持在由內(nèi)向外，促使路基表面不會有損壞現(xiàn)象發(fā)生[5]。

6 結(jié)語

本文研究低活性粉煤灰基層的組成設(shè)計和施工技術(shù)。 得出以下結(jié)論：

1）石灰穩(wěn)定粉煤灰混合料采用石灰∶粉煤灰=25∶75 的比例，二灰穩(wěn)定碎石混合料中，石灰、粉煤灰和集料按照5∶20∶75 的比例進(jìn)行混合；

2）通過擊實(shí)試驗(yàn)研究不同外摻劑條件下混合料7 d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度， 得到碳酸鈉對石灰穩(wěn)定粉煤灰強(qiáng)度的影響效果明顯；

3）低活性粉煤灰基層施工時，應(yīng)嚴(yán)格按照施工技術(shù)要求進(jìn)行，同時注意材料的特性，可根據(jù)施工現(xiàn)場合理調(diào)整。