粉煤灰在高速公路路面基層水泥穩(wěn)定碎石施工中的應(yīng)用

粉煤灰在高速公路路面基層(水泥穩(wěn)定碎石)施工中的應(yīng)用高速公路路面基層（水泥穩(wěn)定碎石）攤鋪施工對(duì)混合料的路用性能有很高的要求，混合料既要具有很好的穩(wěn)定性能，又要有良好的工作性能。摻入適量粉煤灰，是提高水泥穩(wěn)定碎石性能的有效技術(shù)手段。通過(guò)相關(guān)試驗(yàn)和施工實(shí)踐，對(duì)水泥穩(wěn)定碎石摻入粉煤灰的性能進(jìn)行了研究，確定了粉煤灰的技術(shù)要求、合適的摻量、配合比設(shè)計(jì)方法，并提出了改進(jìn)的措施。一、粉煤灰水泥的技術(shù)性能1、原理分析粉煤灰是熱電廠的排放物，而且污染環(huán)境，但若用于建材，會(huì)取得較好經(jīng)濟(jì)效益。粉煤灰中含有大量SiO2、AL2O3等能反應(yīng)產(chǎn)生凝膠的活性物質(zhì)，它們?cè)诜勖夯抑幸郧蛐尾Ａw的形式存在，這種球形玻璃體比較穩(wěn)定，表面又相當(dāng)致密，不易水化，水泥粉煤灰早期反應(yīng)主要是水泥遇水后產(chǎn)生水解和水化反應(yīng)，水泥水化生成硅酸鈣晶體，這些晶體產(chǎn)生部分強(qiáng)度，同時(shí)水泥水化生成氫氧化鈣通過(guò)液項(xiàng)擴(kuò)散到粉煤灰球形玻璃體表面，發(fā)生化學(xué)吸附和侵蝕，生成水化硅酸鈣與水化鋁酸鈣，大部分水化產(chǎn)物開始以凝膠體出現(xiàn)，隨著凝期的增長(zhǎng)，逐步轉(zhuǎn)化為纖維壯晶體，并隨著數(shù)量的不斷增加，晶體相互交叉，形成連鎖結(jié)構(gòu)，填充混合料的空隙，形成較高的強(qiáng)度，隨著粉煤灰活性的不斷調(diào)動(dòng)，使水泥粉煤灰不僅有較高的早期強(qiáng)度，而且其后期強(qiáng)度會(huì)有較大提高。2.室內(nèi)試驗(yàn)=1\*GB3①粉煤灰的技術(shù)要求粉煤灰堆放不僅占用大量土地，由于燃燒和回收工藝的不同，粉煤灰的品質(zhì)也有很大差別。在水泥穩(wěn)定碎石基層工程中要求使用干粉煤灰，要求達(dá)到Ⅲ級(jí)以上粉煤灰的技術(shù)要求，并先采用磨細(xì)粉煤灰?？捎糜谒喾€(wěn)定碎石基層的粉煤灰技術(shù)要求及我市幾個(gè)電廠所產(chǎn)粉煤灰的技術(shù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1。表1水泥穩(wěn)定碎石基層用粉煤灰的技術(shù)要求及試驗(yàn)結(jié)果粉煤灰需水量比/%含水量/%Loss/%SO3/%細(xì)度1/%(45uum篩)射陽(yáng)電廠產(chǎn)940.206.350.792.1鹽城電廠產(chǎn)960.185.51.08619.8要求指標(biāo)≤105≤1≤8≤3≤20=2\*GB3②粉煤灰水泥穩(wěn)定碎石的配合比設(shè)計(jì)粉煤灰水泥穩(wěn)定碎石的配合比設(shè)計(jì)根據(jù)，參照《江蘇省高速公路水泥穩(wěn)定碎石基層施工指導(dǎo)意見(jiàn)》蘇高指[（2001）48號(hào)文]；《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；《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》JTJ058-2000；《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》JTJ034-2000；《水泥物理性能試驗(yàn)規(guī)程》GB/T1346-2001、GB/T17671-1999；《高速公路路基路面物理測(cè)試規(guī)程》JTJ059-95；《公路工程質(zhì)量檢測(cè)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》JTJ071-99。=3\*GB3③粉煤灰的摻量國(guó)內(nèi)外的理論研究表明，硅酸鹽水泥中可釋放出的Ca(OH)2及其石膏最多只能使28%的粉煤灰得到水化反應(yīng)，從而提高強(qiáng)度。在鹽通高速公路鹽城段路面基層施工中，規(guī)定每1m3水泥穩(wěn)定碎石至少使用125kg水泥。當(dāng)1m3水泥穩(wěn)定碎石使用125kg425#普通硅酸鹽水泥、含水量5%，初步確定摻入粉煤灰10kg、12kg、14kg、16kg、18kg、20kg、22kg、24kg進(jìn)行試配，得出結(jié)果是摻入12kg粉煤灰的水泥穩(wěn)定碎石綜合性能最佳。此時(shí)粉煤灰摻量為水泥用量的10%。推薦使用粉煤灰摻量為水泥用量的8%-20%。二、粉煤灰對(duì)水泥穩(wěn)定碎石性能的改善1.改善工作性能粉煤灰的摻入，使膠凝材料的總量增加，水泥穩(wěn)定碎石工作性能大幅度改善，更適合于機(jī)械攤鋪：①粉煤灰水泥穩(wěn)定碎石粘度系數(shù)減小，有利于機(jī)械碾壓密實(shí)；②靜態(tài)坍落度變小，有利于防止塌邊；③膠凝材料的總量增加使攤鋪成型的穩(wěn)定碎石基層光滑平整；④和易性的改善，減小了攤鋪機(jī)前進(jìn)的阻力，減輕了攤鋪機(jī)的工作負(fù)荷。這些性能的改善是由于粉煤灰有較大的比表面積和球狀微珠對(duì)流變學(xué)性能的影響所致。2.提高抗折強(qiáng)度水泥穩(wěn)定碎石中使用粉煤灰，能提高抗折強(qiáng)度，尤其是使后期強(qiáng)度大幅度提高。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。表2粉煤灰水泥穩(wěn)定碎石抗折強(qiáng)度隨齡期的增長(zhǎng)Ⅲ級(jí)粉煤灰摻量//kg抗折強(qiáng)度/Mppa7d28d90d02.653.113.15122.523.173.38162.413.363.79202.323.583.92從表2知，粉煤灰水泥穩(wěn)定碎石的28d、90d、后的抗折強(qiáng)度比普通水泥穩(wěn)定碎石分別提高了3%-6%、4%-8%和。粉煤灰的摻量越大，齡期越長(zhǎng)，強(qiáng)度提高越大。3.降低泌水率由于機(jī)械配套的限制，國(guó)內(nèi)水泥穩(wěn)定碎石基層多采用自卸車運(yùn)輸混合料，在運(yùn)輸過(guò)程中由于運(yùn)距遠(yuǎn)較而產(chǎn)生泌水將會(huì)導(dǎo)致混合料工作性能降低，并產(chǎn)生卸料困難，降低工作效率，提高勞動(dòng)強(qiáng)度。摻入粉煤灰可降低水泥穩(wěn)定碎石在運(yùn)輸過(guò)程中的泌水率，有利于水泥穩(wěn)定碎石的運(yùn)輸。4.降低水泥水化速度摻入粉煤灰可降低水泥水化速度，混合料凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)，有利于高溫季節(jié)施工，并有利于遠(yuǎn)距離運(yùn)輸5、提高水泥穩(wěn)定碎石抗?jié)B能力：由于水泥穩(wěn)定碎石能減少用水量和降低水灰比，并且在和水泥水化過(guò)程中析出氫氧化鈣生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣凝膠，使水泥石中毛細(xì)孔的數(shù)量減少，孔徑變小，增加了對(duì)液體和氣體的滲透和擴(kuò)散作用的抵抗力，即抗?jié)B力。6.減少水化熱、熱膨脹水泥穩(wěn)定碎石中水泥水化反應(yīng)要放出熱量，在大面積水泥穩(wěn)定碎石基層中會(huì)出現(xiàn)溫差而產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致裂縫。由于粉煤灰的摻入有利于減少在水泥穩(wěn)定碎石內(nèi)部由于水化熱而產(chǎn)生的升溫，減少水泥穩(wěn)定碎石熱膨脹出現(xiàn)的危險(xiǎn)。三、存在的問(wèn)題及其處理措施粉煤灰水泥穩(wěn)定碎石1.粉煤灰水泥穩(wěn)定碎石干縮性大，高溫大風(fēng)季節(jié)施工易產(chǎn)生塑性收縮開裂在高速公路路面基層施工中，每1m3粉煤灰水泥砼水泥用量為125kg，粉煤灰為12kg，膠凝材料總量為137kg。顯然，膠凝材料的總量增加在夏季高溫大風(fēng)天氣施工容易產(chǎn)生塑性收縮裂縫。研究表明，粉煤灰水泥穩(wěn)定碎石在0.57kg/m2·h蒸發(fā)率的條件下就會(huì)產(chǎn)生塑性收縮裂縫，而普通水泥混凝土則產(chǎn)生塑性收縮裂縫的臨界蒸發(fā)率為0.75kg/m2·h，這一點(diǎn)是值得高度重視的。通過(guò)一定技術(shù)措施，完全可以控制裂縫的產(chǎn)生。在鹽通路的施工中，在攤鋪成型的水泥穩(wěn)定碎石噴灑養(yǎng)護(hù)劑后，馬上用透水土工布覆蓋，避免烈日的照射，降低蒸發(fā)率，并在土工布上灑水，保持濕潤(rùn)，補(bǔ)充蒸發(fā)的水分。另外，還采用了在攤鋪成型水泥穩(wěn)定碎石灑養(yǎng)護(hù)劑過(guò)后噴灑霧化水的方法來(lái)控制裂縫的產(chǎn)生。前者比后者更保險(xiǎn)。在施工過(guò)程中，要提高對(duì)裂縫產(chǎn)生的警惕性，在氣溫大于28℃，或是多風(fēng)的季節(jié)，要做好控制裂縫產(chǎn)生的準(zhǔn)備工作。2.低溫季節(jié)施工易發(fā)生施工期裂縫粉煤灰水泥穩(wěn)定碎石路面早期強(qiáng)度低，導(dǎo)致發(fā)生施工期裂縫，裂縫分三種情況：(1)冬季施工，由于水泥化較慢，水泥穩(wěn)定碎石基層早期強(qiáng)度很低，由于水泥穩(wěn)定碎石基層內(nèi)應(yīng)力和外部因素的影響，產(chǎn)生裂縫。只要加強(qiáng)施工質(zhì)量管理，和在28d養(yǎng)護(hù)期內(nèi)禁止開放施工交通，裂縫問(wèn)題就能基本解決。(2)在多臺(tái)攤鋪機(jī)拼幅施工時(shí)參生裂縫。前一幅攤鋪后，由于時(shí)間差，水泥在混合料中產(chǎn)生溫度應(yīng)力的用作，在攤鋪機(jī)交接處產(chǎn)生裂縫。由于溫度的變化，剛施工的、強(qiáng)度偏低的基層也會(huì)開裂變形，致使剛施工的基層出現(xiàn)大量斷縫。此類型斷縫超過(guò)規(guī)范容許值，將要花費(fèi)了一定的資金進(jìn)行處理。通過(guò)采用縮短兩攤鋪機(jī)距離盡量同步攤鋪而減小時(shí)間差來(lái)解決此問(wèn)題。(3)在縱向接縫旁產(chǎn)生裂縫。此裂縫的分布規(guī)律與"3.1"所述的裂縫一樣，但形成的機(jī)理不一樣。施工氣溫較低時(shí)，粉煤灰、水泥穩(wěn)定碎石強(qiáng)度形成緩慢，由于溫度應(yīng)力的作用，產(chǎn)生了裂縫?？刂屏芽p的措施采用垂直接縫，或在施工氣溫低于10℃時(shí)停止施工。3、抗凍性降低:經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，摻加了粉煤灰的水泥穩(wěn)定碎石較基準(zhǔn)水泥穩(wěn)定碎石抗凍指標(biāo)有所下降，如要提高抗凍性能，則要提高強(qiáng)度或延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)齡期。4.由于早期強(qiáng)度較低，要加強(qiáng)養(yǎng)生，并延長(zhǎng)養(yǎng)生期。四、社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益1.社會(huì)效益取得的社會(huì)效益主經(jīng)體現(xiàn)為對(duì)環(huán)境的貢獻(xiàn)：鹽通高速公路鹽城段全線95.582km，如果路面基層全部使用粉煤灰水泥穩(wěn)定碎石，要使用了1.44萬(wàn)t粉煤灰，減少熱電廠用于存放粉煤灰的土地700畝，保護(hù)了土地資源。少用425#水泥0.5萬(wàn)t，減少了生產(chǎn)水泥時(shí)CO2的排放量0.5萬(wàn)t，減少了對(duì)大氣的直接污染?；鶎悠秸?、強(qiáng)度、外觀等工程質(zhì)量的提高獲得了社會(huì)的贊譽(yù)，還為瀝青砼基層施工打下了良好基礎(chǔ)。2.直接經(jīng)濟(jì)效益全線95.582km粉煤灰水泥穩(wěn)定碎石基層需要使用了1.44萬(wàn)t粉煤灰，為電廠節(jié)約存放粉煤灰的資金150萬(wàn)元，減少使用水泥0.5萬(wàn)t，節(jié)約工程成本95萬(wàn)元。每1km水泥穩(wěn)定碎石基層節(jié)約工程成本1萬(wàn)