二灰穩(wěn)定黃河粉砂土底基層FN

1、淺述二灰穩(wěn)定黃河粉砂土的強(qiáng)度影響因素蔡濤 高新學(xué)（中鐵十四局測(cè)試中心）【內(nèi)容提要】本文結(jié)合國(guó)道205工程，通過(guò)二灰穩(wěn)定粉砂土的大量試驗(yàn)分析，闡述影響二灰土強(qiáng)度的主要因素，解決了粉砂土成型差，強(qiáng)度低的問(wèn)題。【關(guān)鍵詞】二灰土 粉砂土 石灰 粉煤灰一、 工程概況國(guó)道205濱州黃河公路大橋是205國(guó)道濱州至博山高速公路的主要組成部分，也是重點(diǎn)控制工程，該路設(shè)計(jì)行車速度120公里/小時(shí)，南北引線采用采用雙向四車道，全封閉,全立交,全部控制出入的高速公路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，路基寬度28m。該路底基層設(shè)計(jì)為18cm路拌二灰穩(wěn)定土。由于路線通過(guò)大部分地區(qū)為黃河沖積平原洼地區(qū)，地基土主要由第四紀(jì)堆積的粉質(zhì)土砂質(zhì)土及少許有

2、機(jī)質(zhì)土組成，其結(jié)構(gòu)松散，粉粒含量達(dá)96%，級(jí)配極差，承載力偏低。在該類土中摻入粉煤灰石灰，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生6d，浸水24h后，試件易泡散，強(qiáng)度偏低。為解決二灰穩(wěn)定黃河粉砂土早期成型差，強(qiáng)度低的問(wèn)題，通過(guò)大量試驗(yàn)，調(diào)整優(yōu)化配比，達(dá)到了滿意的工程施工效果。二、 原材料及試驗(yàn)方法1、含砂低液限粉土本工程取土場(chǎng)用土由第四紀(jì)堆積的粉砂土組成，該土的性質(zhì)如表1：表1 粉土物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)定值液限塑限塑性指數(shù)1、護(hù)城河土場(chǎng)29.922.07.92、西沙河土場(chǎng)31.223.08.23、西海取土場(chǎng)31.119.012.12、石灰：淄博產(chǎn)鈣質(zhì)三級(jí)灰3、粉煤灰：表2 粉煤灰物理化學(xué)成分 項(xiàng)目產(chǎn)地?zé)Я縎iO2%Fe2O3%A

3、L2O3%細(xì)度0.30mm細(xì)度0.075mm濱洲化工廠10.553.38.721.30.617.2沾化電廠2.6949.07.6821.764.127.4魏棉電廠17.149.09.322.10.417.8博興電廠18.547.09.022.80.618.4試驗(yàn)操作執(zhí)行公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程(JTJ057-94)，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度采用50×50mm試件，試件按95壓實(shí)度成型，無(wú)特別注明，均為標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生。三、試驗(yàn)與分析從工程適用考慮，我們對(duì)二灰土底基層混和料的組成的選擇須使其滿足以下幾點(diǎn)要求：1) 具有合適的強(qiáng)度和耐久性；2) 具有良好的水穩(wěn)性和抗低溫能力；3) 經(jīng)濟(jì)，容易攤鋪

4、壓實(shí)。而混和料的性質(zhì)主要受以下四個(gè)因素影響：材料、配合比、施工和養(yǎng)生。為滿足其要求，我們對(duì)影響二灰土集料混和料性質(zhì)的因素進(jìn)行逐一分析試驗(yàn)。1、土的影響土在二灰土中所占比例最大，它起到混和料骨架作用。有關(guān)資料顯示，土的類別對(duì)二灰土影響很大。從表3能明顯看出塑性指數(shù)對(duì)強(qiáng)度的影響：表3R7R14R28Ip=8.20.2630.3290.850Ip=12.10.5430.7811.184注：石灰：粉煤灰：土10：20：70 粉煤灰采用沾化電廠產(chǎn)品試驗(yàn)說(shuō)明土的塑性指數(shù)越大，二灰土的強(qiáng)度就越高，規(guī)范要求塑性指數(shù)的適宜范圍宜為1220。2、石灰的影響石灰中氧化鈣CaO和氧化鎂MgO的含量對(duì)二灰類材料有明顯影

5、響。在石灰穩(wěn)定土中，石灰劑量的多少對(duì)石灰土強(qiáng)度影響不明顯，但在摻入粉煤灰特別是摻量較大時(shí)對(duì)二灰土強(qiáng)度影響明顯。圖1 不同石灰含量對(duì)強(qiáng)度的影響 1、護(hù)城河土場(chǎng)土，沾化粉煤灰 2、西沙河土場(chǎng)土，沾化粉煤灰 3、西海取土場(chǎng)，化工廠粉煤灰 4、西海取土場(chǎng)土，魏棉粉煤灰從圖1可知，在使用不同材料多組試驗(yàn)結(jié)果均表明，當(dāng)消石灰含量由12增加到14%時(shí)，強(qiáng)度增長(zhǎng)約為5左右。在石灰的選擇上，我們還進(jìn)行了同比例的生石灰粉和消石灰強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)。表410：20：7010：25：65備注R70.9140.931消石灰R70.7020.638生石灰從表4可以明顯看出，同比例的生石灰粉二灰土強(qiáng)度明顯低于消石灰，這是因?yàn)樯?/p>

6、灰中常含有或多或少的欠火石灰和過(guò)火石灰，欠火石灰不能全部融解，降低石灰的利用率。過(guò)火石灰消解慢，在石灰已經(jīng)已經(jīng)硬化后過(guò)火石灰才逐漸消解，放出大量水化熱，還導(dǎo)致土體體積膨脹，在試驗(yàn)中就出現(xiàn)石灰顆粒膨脹，試件破裂現(xiàn)象。另外在施工中生石灰土碾壓成型過(guò)早，易造成土體膨脹破壞板體現(xiàn)象，碾壓過(guò)晚，又會(huì)錯(cuò)過(guò)石灰與土之間各種反應(yīng)的有利條件，影響效果。所以考慮諸多因素，我們?cè)谂浔戎形床捎蒙曳邸?、粉煤灰及二灰的影響粉煤灰是一種硅質(zhì)的或硅鋁質(zhì)材料，它本身很少或沒(méi)有粘結(jié)性，但是當(dāng)它以細(xì)分散的狀態(tài)與水和消石灰混和時(shí)在常溫下與氫氧化鈣發(fā)生反應(yīng)能形成一種具有粘結(jié)性的化合物。粉煤灰中的含炭量過(guò)多會(huì)影響其活性，規(guī)范要求&

7、lt;20。粉煤灰中氧化物含量（SiO2+AL2O3+Fe2O3）對(duì)二灰混合物的強(qiáng)度有明顯影響，粉煤灰顆粒的粗細(xì)直接影響與石灰混和后反應(yīng)生成物的數(shù)量，從而影響混和料的強(qiáng)度。粉煤灰的顆粒愈細(xì)，比表面積愈大，粉煤灰的活性愈強(qiáng)，從而增加混和料的抗壓強(qiáng)度。根據(jù)圖2所示，可以看出粉煤灰的氧化物含量對(duì)二灰土的強(qiáng)度影響最大。圖表 2 不同氧化物含量粉煤灰對(duì)強(qiáng)度的影響 1沾化粉煤灰2化工廠粉煤灰3魏棉粉煤灰 根據(jù)沙慶林院士論述玻璃體的活性可用SiO2和AL2O3的比值（SiO2 /AL2O3）進(jìn)行估算,比值越大,強(qiáng)度就越高。根據(jù)其理論計(jì)算：1沾化粉煤灰 SiO2 /AL2O3比值為49/22.1=2.25；2

8、#化工廠粉煤灰 SiO2 /AL2O3比值為53.3/21.3=2.5；3#魏棉粉煤灰 SiO2 /AL2O3比值為49.0/22.1=2.22；根據(jù)計(jì)算判斷強(qiáng)度2#>1#>3#，與試驗(yàn)結(jié)果相符，而實(shí)際強(qiáng)度可能受細(xì)度或含炭量影響產(chǎn)生偏差。 在二灰土中，粉煤灰含量越大，早期強(qiáng)度R7越低。如表5所示表5石灰：粉煤灰：土10：20：7010：22：6810：25：65R70.4860.4810.479如圖3所示，二灰含量的增加在一定范圍內(nèi)是促進(jìn)強(qiáng)度增長(zhǎng)的。圖表 3不同二灰比對(duì)粉煤灰的影響 1#沾化粉煤灰 消石灰西沙河土場(chǎng)Ip=8.22沾化粉煤灰 消石灰 西海取土場(chǎng)Ip=12.1這是因?yàn)殡S

9、著二灰含量的增加，加大了灰土活性的火山灰成分，特別是對(duì)粘粒含量較低的粉砂土更為重要。通常認(rèn)為粉煤灰含量越大的，強(qiáng)度（R90強(qiáng)度）越大，有資料顯示粉煤灰含量增加到一定限度后強(qiáng)度反而下降，受條件限制我們未能做R90的強(qiáng)度對(duì)比。合理的二灰比能使生成膠凝物的反應(yīng)物量比平衡，所以合理的二灰比和較高的二灰含量使提高強(qiáng)度的重要保證，對(duì)于粉砂土這種影響就更大一些。4、水泥的早期強(qiáng)度的影響為提高二灰土的早期強(qiáng)度，我們?cè)?0：20：70的二灰土中摻加不同劑量的P.O32.5水泥，混和料的不同強(qiáng)度如表6所示：表6水泥摻量01.5%2%R70.2630.5930.931R140.3290.6511.126R280.8

10、50.9601.420從表中可以明顯看出，水泥劑量對(duì)二灰土早期強(qiáng)度的影響。1.5%水泥劑量的強(qiáng)度比不加水泥的R7強(qiáng)度高約120%，而R28強(qiáng)度則高12。2的水泥劑量比1.5的水泥劑量R7強(qiáng)度高約57%，R28強(qiáng)度高約47。由此可見(jiàn)，參加適當(dāng)劑量的水泥對(duì)二灰土的早期強(qiáng)度提高有很大幫助。但是也有一些突出的缺點(diǎn)：添加水泥在施工過(guò)程中，收縮性大容易產(chǎn)生收縮裂縫；并且由于水泥的水化和結(jié)硬作用進(jìn)行的比較快，因此對(duì)施工要求比較嚴(yán)格； 因此使用時(shí)應(yīng)慎重。5、養(yǎng)生條件的影響粉煤灰顆粒是實(shí)心或空心的球狀顆粒，玻璃（非晶質(zhì)材料）為主要成分，其本身不具有水硬性，與水拌和后也不能產(chǎn)生明顯的強(qiáng)度。二灰土的強(qiáng)度和耐久性直接

11、取決于石灰與粉煤灰反應(yīng)后生成的膠結(jié)性化合物的數(shù)量。這些反應(yīng)受時(shí)間和溫度的影響很大，在與石灰的復(fù)雜反應(yīng)中，需要長(zhǎng)期養(yǎng)護(hù)才能生成更多的火山灰反應(yīng)產(chǎn)物。灰土壓實(shí)成型以后，更適宜在潮濕條件下養(yǎng)生，這與石灰土有明顯區(qū)別。石灰土的養(yǎng)生雖然需要濕度，但是不能過(guò)多，更不能浸水。二灰土的火山灰反應(yīng)與時(shí)間和溫度有很大關(guān)系。如表7所示表7R7R14R28200.700.731.14250.931.361.65注：沾化粉煤灰:：消石灰：土10：20：70因此，保證二灰土輾壓成型后的適當(dāng)?shù)臐穸群蜏囟?，?duì)二灰土的強(qiáng)度尤為重要。施工中最低溫度應(yīng)在5以上，特別是必須保濕養(yǎng)生，不能使石灰粉煤灰層表面干燥，如果施工中灑水養(yǎng)護(hù)不及

12、時(shí)，會(huì)出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象。四、施工因素對(duì)的強(qiáng)度影響保證二灰選材和合理配比，在施工中要特別注意以下因素對(duì)灰土強(qiáng)度的影響：1、 重視石灰的及時(shí)消解和使用：石灰應(yīng)在使用前710天充分消解，消除過(guò)火石灰的影響；消解后的石灰應(yīng)盡快使用，防止有效鈣鎂含量的流失，一般堆放時(shí)間不宜超過(guò)一個(gè)月。2、 考慮到室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)條件的差別，工地實(shí)際灰劑量應(yīng)較室內(nèi)實(shí)驗(yàn)高出0.5-1%。3、 施工中應(yīng)嚴(yán)格控制二灰土的含水量，以避免二灰土輾壓成型時(shí)出現(xiàn)起皮、彈簧和裂縫現(xiàn)象。五、綜述：綜上所述，二灰土的強(qiáng)度受諸多因素的影響，但二灰土的二灰含量和粉煤灰的品質(zhì)是影響二灰土強(qiáng)度的主要因素。經(jīng)過(guò)我們大量試驗(yàn)證明，即使是難于成型的二灰穩(wěn)定粉砂土，經(jīng)過(guò)選擇好的粉煤灰，調(diào)整合適的二灰比，二灰土的綜合穩(wěn)定效果也是可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求的。對(duì)粉煤灰，應(yīng)注重選擇顆粒小、燒失量小的原材料以保證二灰配置穩(wěn)定性，本工程考慮經(jīng)濟(jì)性和適用性，選用沾化粉煤灰。對(duì)于早期成型差、強(qiáng)度低，添加適當(dāng)?shù)乃嗖皇榻鉀Q此問(wèn)題的比較經(jīng)濟(jì)的方法。在施工中加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)的濕度和溫度也是保證二灰土強(qiáng)度的重要