水泥粉煤灰穩定碎石材料的工程應用研究

蔣瓊

摘 要： 本文研究了水泥粉煤灰穩定碎石材料在工程的應用，包括施工過程應注意的問題，在實體工程中的應用和效果分析。

關鍵詞： 粉煤灰；碎石；材料

水泥粉煤灰穩定碎石材料是一種兼俱水泥穩定碎石和二灰穩定碎石材料的

優點，同時克服了二者缺點，經濟、環保的新型路面基層材料。水泥粉煤灰穩定碎石路面基層材料的施工方法，與水泥穩定碎石材料類似，具有很強的普適性，且避免了二灰類材料施工中石灰消解、陳化等復雜的過程，是一類施工簡單、方便的路面基層材料。

1.水泥粉煤灰穩定碎石材料施工過程中應注意的問題

雖然水泥粉煤灰穩定碎石材料的旖工工藝與水泥穩定類材料類似，但是由于該種材料自身原材料組成不同、強度形成形式不同，所以在施工過程中也會產生一些問題，本節系統研究了這些問題出現的原應、所造成的危害以及避免問題出

現所應采取的措施。

1.1有關粉煤灰的問題

粉煤灰是火力發電廠的副產品，它是磨細煤粉燃燒后從煙道排出的廢品。它由機械裝置、靜電聚灰裝置或其它裝置收集。有濕排灰和干排灰兩種，在露天中的粉煤灰難，為了防止干灰在空氣中飛揚，往往向干灰堆澆水。

由于粉煤灰含有水分，所以其很容易產生粘結性并結成塊。如果在使用前不將其粉碎或者過篩，必然后導致水泥粉煤灰碎石材料的拌和不均勻。碾壓成型后，在基層材料的某些部位，出現水泥包裹粉煤灰團塊的現象。這樣，粉煤灰不能充分與水泥接觸，無法有效的進行所N--次火山灰反應。這該位置是基層材料的強度薄弱點，在日后的使用過程中，容易出現鼓包、脫落等破壞現象，影響材料的使用性能。同時由于粉煤灰含水，如果按照正常的配料計算，則設計出的混合料其含水量普遍偏高。在碾壓成型階段，容易出現粘輪、彈簧以及壓不實等現象，影響施工質量。

針對上述問題，本節提出以下對策：

（1）由于粉煤灰中多含有水分，在基層材料配合比設計時，應充分考慮到粉煤灰本身所含有的水分。

（2）如果粉煤灰含水量過大，則應在配料前應堆放一段時間，充分濾出水分，再進行配料，以免粉煤灰堵塞下料口。

（3）含水量大的粉煤灰較容易使下料口堵塞。有條件時，進行粉煤灰喂料的下料斗，最好能夠安裝一個振動裝置，防止下料口堵塞，造成皮帶秤計量不準確。

（4）在下料時對于粒徑過大的粉煤灰結團，應派專人揀出或敲碎，以免碾壓成型后，由于結團的粉煤灰不能充分與水泥反應，而導致基層整體性的破壞。

1.2 有關加強養生的問題

包括水泥粉煤灰穩定碎石在內的所有半剛性路面基層的強度形成過程都是無機結合料（水泥、石灰、粉煤灰）與水反應形成具有水硬性的水化產物的過程。此反應過程的快慢和形成水化產物的數量與膠凝性是強度形成快慢與高低的決定因素。強度形成的內因是膠凝材料的品種數量與質量，強度產生的外因是基層材料所處的溫濕度環境。合適的溫濕度環境是基層強度形成的基礎，另一方面，基層的體積穩定性也取決于基層的溫濕度環境，因而合適穩定的濕度環境不僅有利于基層強度的形成與發展，也有利于基層的體積穩定性即抗裂性的提高。而養生就是通過一種方式為基層材料提供一個合格的溫濕度環境。養生的不良會影響強度的形成，過大幅度和過大頻率濕度溫度變化還會使路面基層出現裂縫，松散等病害。

目前，我國高速公路路面基層建設中，普遍采用的養生方式有薄膜養生、麻袋養生以及土工布養生。其中后兩者同樣以保持濕度和適時補充水分來養生，因此可以視為同種類型。麻袋養生存在著覆蓋不嚴密、灑水不及時等不足，而人們對薄膜養生也存在著由于無法補充水分而不能給基層中水泥的水化提供充足的水分以及黑色薄膜覆蓋會產生高溫，影響水泥的正常水化，對基層材料的強度形成會有不利的影響的疑問。

（1）兩種養生方式的溫濕度觀測

干球溫度反映了環境的實際溫度，麻袋養生條件下，基層隨處環境的溫度與大氣溫度十分相近，而薄膜養生條件下溫度比大氣高出2—10℃，正午高出最多，早晚高出較少，這是因為薄膜可以把太陽輻射產生的熱量保持在基層和薄膜之間。

濕球溫度反映了濕度和溫度兩方面。可以看出：麻袋養生條件下的濕球溫度始終高于外界的濕球溫度，可以看出盡管麻袋下的溫度比環境溫度略低，但麻袋仍然對基層有保溫作用，因為麻袋可以減少基層表面的蒸發量，經麻袋覆蓋后，基層溫度比直接暴露在外界高1℃—2℃。薄膜覆蓋條件下濕球溫度比大氣溫度高4℃一15℃，正午高出最多，早晚高出較少，這是因為薄膜可以把太陽輻射產生的熱量保持在基層和薄膜之間，也有很好的保持濕度的能力。

濕度的大小和變化反映了覆蓋層的保濕效果兩方面。可以看出：麻袋養生條件下的濕度始終高于外界濕度，在早晚溫度較低時接近100%是濕度，但在中午時，會有所降低，在灑水后濕度立即增加到100%。薄膜覆蓋條件下濕度始終高于外界濕度，正午有所降低，在灑水后濕度緩慢增加。

（2）兩種養生方法對基層的養生效果

薄膜覆蓋后，基層基本處于潮濕狀態，早晚可以看到薄膜表面凝聚有水珠，正午時水珠消失，但基層表面仍然處于潮濕狀態。麻袋覆蓋在灑水及時的條件下、基層也基本處于潮濕的狀態。一般情況下，水泥完全水化所需水為水泥質量的20%—25%，當然在基層材料中由于其他顆粒也對水分有相當的吸附作用，水的用量必須比實際水化所需的水分有一定的富余。因此保持基層的水分主要不是為保證水泥的水化，而更重要的是保持基層的體積穩定性。薄膜養生不會因為水分的不足而影響基層材料的強度的形成。另外基層在薄膜覆蓋下溫度比外界高出4℃一15℃，溫度不會高于70℃，不會影響到水泥水化的正常進行。

在基層鋪筑完工后3天時對基層進行了鉆芯取樣，從芯樣的外形來看，經過3天的養生后芯樣基本完整，基本沒有脫落和松散，兩端比較齊整。麻袋養生基層的3天鉆芯經過修補后第4天測試的無側限抗壓強度為3.99MPa，薄膜養生試件的芯樣強度為4.3MPa，由于薄膜有比較強的保溫功能其基層的3天強度略高于麻袋養生的基層的強度。

2.水泥粉煤灰穩定碎石在實體工程中的應用與效果分析

為了對比研究水泥粉煤灰穩定基層與水泥穩定基層材料的工程應用效果，本文首次以湖北省襄荊高速公路為背景，進行了大規模試驗路的研究。

2.1配合比的優化設計

襄荊高速公路路面基層設計為底基層、下基層和上基層三個層面，每層厚為18cm。底基層的7d設計強度為2.OMPa，下基層為3.OMpa，上基層為4.OMPa。基層材料原設計為水泥穩定粒料，為了對比水泥穩定基層與水泥粉煤灰穩定基層材料的工程應用效果，并且在公路沿線有大量粉煤灰資源，特別在襄荊高速公路第6標段鋪設了水泥粉煤灰穩定基層做為試驗路段。該試驗路段基層材料所用集料為級配碎石，底基層為級配碎石砂礫，采用水泥粉煤灰穩定，粉煤灰摻量采最佳值10%。其他路段采用水泥穩定碎石。

2.2應用效果及對比分析

在襄荊高速公路上應用水泥粉煤灰穩定粒料進行基層，底基層修筑的路段長達60多公里。通過對比觀察水泥粉煤灰穩定基層材料和水泥穩定基層材料的開裂情況發現，水泥穩定基層材料產生了較多的裂縫，而水泥粉煤灰穩定基層僅有少量微小的裂縫，并且這些裂縫可以隨著粉煤灰火山灰活性的逐漸激發而愈合。可見，水泥粉煤灰穩定基層材料具有很好的抗裂性能。從使用效果來看，水泥粉煤灰穩定粒料基層的整體性好，表面平整致密，而水泥穩定粒料中粗集料過多的部分往往出現嚴重離析的現象。同時，水泥粉煤灰穩定粒料上基層成型三天后即可取出完整的芯樣，水泥粉煤灰的強度形成比較快。七天芯樣都能取出完整芯樣，比水泥穩定粒料的成活率高得多，強度基本在4.O一5.0之間。

參考文獻

[1]許永明.粉煤灰應用于道路工程的試驗研究[J].西安：西安公路學院報.1983，1.

[2]沙愛民.半剛性路面材料結構與性能[M].人民交通出版社.1998，3：24-26.endprint