固化粉煤灰在工程中應用初探

【摘 要】固化粉煤灰是近年來的一項研究成果，已在建筑、交通、市政等工程中得到推廣應用，前景是廣闊的。本文敘述了固化粉煤灰的物理力學性能、在工程中的具體應用及施工操作，并對該材料的標準與質量檢測提出一些建議。

【關鍵詞】固化粉煤灰；物理力學性能；應用；質量控制

0 引言

粉煤灰作為燃煤電廠的主要廢料，其綜合利用的有效途徑之一就是作為筑路材料，這一利用對減少環境污染、節約土地有重大的意義。粉煤灰為粉性材料，滲透性大，易為雨水沖淋流失。這個遇水不穩定的弱點限制了粉煤灰更大范圍的使用。因此，如何提高粉煤灰的抗剪強度、整體性、穩定性，是一個值得不斷研究的課題。在交通量迅猛發展的今天，對道路工程建設提出了更高的要求。在道路建設工程中，為了能滿足施工周期短、能快速通車的要求，需要加強對快速高強同時節約土方的筑路材料的研究。固化粉煤灰正是順應了以上要求的研究成果之一。在粉煤灰中加入固化材料，將粉煤灰固化形成粉煤灰復合材料，它具有的特點是：密度小、強度高、施工適應性強、不須碾壓夯實、和易性好、工程應用范圍廣、環境效益好。以上眾多顯著的特點使得固化粉煤灰越來越受到人們的關注。

1 固化粉煤灰的組成及物理力學性能

1.1 固化粉煤灰的組成設計

粉煤灰的基本性質：SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO、燒失量、細度等都有相應規定，宜比《公路路面基層施工技術規范》（JTJ034-2000）的要求高些。比如SiO2（≥56%）＋Al2O3（≥25%）總量≥82%，細度（0.075mm方孔篩篩余%）≤25%，燒失量≤12%等，各要求指標常常因粉煤灰的產地而有所差異。固化劑的基本性質：屬一種粉煤灰增強膠結材料，由增強劑、Ⅰ級粉煤灰、MFA激發劑等材料組成，經過球磨工藝深加工充分激發其活性的材料。根據激發劑MFA含量高低把固化粉煤灰分為普通型和B型，B型的激發劑含量比較高，因此固化效果較好。

1.2 固化粉煤灰的物理力學性能

1.2.1 在以重型擊實試驗為基礎的一系列性能試驗，是在最大干密度和最佳含水量的情況下進行的。它是為固化粉煤灰作為道路基層、底基層材料應用提供依據。不同固化劑含量的固化粉煤灰的無側限抗壓強度隨齡期的增長而增長，但早期強度增長較快，28天以后強度仍然有一定程度的增長，但增長幅度逐步減小。在固化劑配比選用中，普通型固化劑含量需不小于5%，B型固化劑含量需不小于4%，這樣符合規范對底基層材料的最低強度要求。固化粉煤灰無側限抗壓強度與CBR值有近似的線性關系，可以建立性相應的經驗公式：Y=115.74X+0.8567（Y（%）為CBR值，X（MPa）為無側限抗壓強度），為實際工程設計提供參考。

1.2.2 建立振動成型試件為基礎的試驗，為固化粉煤灰作為路基填筑材料應用提供依據。振動成型固化粉煤灰的無側限抗壓強度隨齡期和固化劑含量的增長而增長。在滿足規范對地基填筑材料CBR值的要求時，在固化劑配比選用中，固化劑含量不小于3%。固化粉煤灰固化劑含量和含水量一定時，CBR值隨密度增加而增大，近似成線性關系。在實際作為路基填料時，在滿足規范對CBR值要求時，可以一定程度降低固化粉煤灰的密度，突出它為輕質材料的優點。在實際工程中，固化粉煤灰的含水量一般都控制在40%～45%之間。

1.2.3 對固化粉煤灰的動力特性進行試驗，得出一定的圍壓作用下，固化粉煤灰的彈性應變與動應力大小關系近似呈線性變化；在一定動應力下，不同圍壓對固化粉煤灰的彈性應變影響不大。對于5%固化劑含量的固化粉煤灰存在一個臨界動應力，其值在90～100KPa之間，遠大于車輛荷載下路基頂面豎向應力，其動態特性滿足道路路基設計要求。

2 固化粉煤灰在道路工程中的應用

2.1 固化粉煤灰在擋土墻墻背、涵洞兩側、橋頭、路基連接段路堤的回填應用

2.1.1 目前我們道路建設現狀，往往由于施工工期緊張，或路橋標段的分配不合理造成了重要結構物端部回填和路橋連接路基段施工滯后的情況，按照《公路橋涵施工技術規范》（JTJ041-2000）要求，擋土墻墻背、涵洞兩側、橋頭回填應在相關結構物強度達到規定要求后，方能采用透水性能良好的砂質土或砂礫石土等進行分層對稱回填夯實。路橋連接路基段則通常要求灰土層層碾壓填筑。設計強調填料和壓實度必須要符合要求，因為結構物與路堤之間往往形成的是倒三角形的契體，只能依靠人工夯實，碾壓工具不好施工，施工壓實度不容易達標，同時橋頭路堤填方通常較高，灰土層層碾壓填筑費時較多，而且還受天氣限制，因此如何同時確保質量和進度的難題就出現了，而固化粉煤灰可以很好地解決這一問題。

2.1.2 首先從受力角度分析以上結構物與路堤之間倒三角形的契體回填固化粉煤灰的工藝。從抗剪強度S=σtg∮＋c（即粘性土庫倫公式）分析，路基材料的抗剪切性能，一般回填土，其c、∮值在5～20Kpa，25°左右。而當每立方米固化粉煤灰混合料中的固化劑含量達到110Kg時，其c、∮值在齡期14d時，c值達到300Kpa，∮值達47°，抗剪強度比較高。其次，固化粉煤灰混合料很容易震搗成型，回填契體周邊與其余填料密貼而且干縮小幾乎等于零，該配比下的混合料已達到半剛性基礎并且后期強度越來越高。固化粉煤灰混合料質量輕，抗剪性能好，在其它條件相同的情況下，在結構

管壁或井身的厚度，固化粉煤灰在窨井周圍加固，通常在井周澆注寬度不小于40cm的固化粉煤灰層，利用固化粉煤灰的可塑性，振搗密實成型，結構上很合理，今后如需開挖維修也比較容易。固化粉煤灰溝槽回填成型24小時后，可在上面直接實施路面結構層施工，能縮短施工周期，能確保道路很快放行。

2.4 固化粉煤灰在路面底基層的應用

在一些大中城市的主城區道路的改造中，施工環保要求很高，但傳統的灰土施工拌和、土方的運輸灑落給人們帶來了灰塵、不潔的干擾，為了減少對城市環境的負面影響，節省土源，減少灰塵，縮短施工周期，用固化粉煤灰做路床甚至路面底基層不失為一項上策，設計中按強度要求分別確定路床和路面底基層的固化粉煤灰中固化劑摻量，尤其反開挖后遇到軟基，或地下管線豐富的路基回填使用固化粉煤灰處理顯得更為合適，在遇到城市道路好土需要外運的情況時，固化粉煤灰造價并不比石灰土高。總之使用固化粉煤灰作路面底基層是一項值得推廣的做法。

3 結束語

粉煤灰混合料在工程應用中顯現的質量輕（1480Kg/m3），強度高，熱穩定性好，水穩定性好，沉降穩定，早期的可流動性，可塑性，后期強度的穩步增長等優勢以及粉煤灰快速增強固化劑對增強粉煤灰混合料的粘聚性，減少粉煤灰混合料水硬化后的裂縫，提高其抗剪性能以及經濟、環境效益（利用三廢，少用土地等），都說明該材料的應用前景是廣闊的。

雖然我們對固化粉煤灰做了一些工程應用，也做了不少試驗，取得了一些數據成果和經驗，但對粉煤灰快速增強固化劑的認識還停留在起步階段，許多試驗、研究還正在進行之中，更好的組合、開發還有待我們進一步地發掘。