粉煤灰級配碎石的和易性研究

■ 孫耀東 趙曉晴 王 龍

（1.江蘇省海洋資源開發研究院（連云港），連云港 222005;2.淮海工學院 土木與港海工程學院，連云港 222005;3.哈爾濱工業大學 交通科學與工程學院，哈爾濱 150090）

在我國，90%以上的瀝青路面都是采用無機結合料穩定粒料作為基層的半剛性基層瀝青路面。半剛性基層由于具有較高的強度，剛度和穩定性，在路面基層當中具有主導地位，為我國的經濟發展做出了巨大貢獻，但半剛性基層的廣泛應用也暴露出兩大缺陷：一是橫向收縮產生的反射裂縫；二是半剛性基層排水條件差。工程實踐表明，這兩種缺陷直接或間接導致

路面的早期損害是瀝青路面產生病害的主要來源[1，2]。級配碎石柔性基層是由低粘結力的松散材料經碾壓形成，它具有減少瀝青層橫向裂縫以及良好的排水性能的優點。但是級配碎石的使用存在回彈模量小及永久變形大，容易導致面層的網裂和過大的車轍。從火力發電廠排出的廢渣——粉煤灰已經廣泛地用做公路基層材料，以該材料為輔鋪筑的道路具有強度高，板體性好，水穩性和凍穩性優良的特點，在半剛性基層如二灰碎石基層中已經廣泛使用。利用粉煤灰修筑道路具有較大的經濟和環保效益。在陳國明的《粉煤灰級配碎石混合料試驗研究》中提出了添加粉煤灰改善級配碎石的觀點并做了一系列的試驗研究。發現粉煤灰不僅對級配碎石的施工和易性有利，而且提高了級配碎石的模量，增強了抵抗塑性變形的能力[3，4]。但就目前而言，粉煤灰級配碎石混合料在我國路面結構中應用并不多，其路用性能還有待試驗研究。本文利用坍落度筒和自制漏斗裝置對粉煤灰穩定級配碎石的和易性進行了研究。

1 試驗設備及級配選擇

1.1 試驗設備

在本文中采用了坍落度筒和我們自制的用于評價離析、流動性和粘結力的漏斗裝置。裝置如圖1。該裝置底部上部直徑25cm，高25cm，開孔8cm，孔頸長6cm。固定使其底部開口離地面30cm。裝料時松裝，裝上料后，抽出插板，使料自由下落，然后測量其堆積高度和堆積直徑，以其高度和直徑評價料的粘結性和松散程度。而坍落度筒則為試驗室的標準設備，高度為30cm，上口直徑10cm，下底面直徑20cm。每次試驗通過量取落下的料的高度和直徑，以此評價流動性和粘聚力。

圖1 自制裝置

1.2 級配選擇

根據經驗[4，5]，在試驗中推薦使用以下兩個級配：一個較粗的間斷級配，另一個較細的四川級配（見表1）。用我們自制的設備來仔細研究添加粉煤灰后級配碎石抵抗離析，及增加施工和易性方面的性能。

表1 本文所采用的級配

2 試驗結果與討論

2.1 坍落度與坍落直徑

試驗中我們首先采用間斷級配，對不同的粉煤灰含量和含水量進行了試驗。圖中逗號前面的數字表示粉煤灰百分含量，逗號后面表示百分含水量。結果見圖2～3：

圖2 坍落度

圖3 坍落直徑

由圖2可以看出，當不添加粉煤灰時，坍落度特別大，因為碎石特別松散，當提起坍落度筒時，碎石全部松散落下，因而離析嚴重，粗料大量地滾到外沿，而添加粉煤灰后，坍落度下降很多，碎石松散滾落不像純級配碎石那樣迅速，因為粉煤灰增加了碎石間的粘結力，改變了碎石特別松散的結構。

由圖3可以看出，添加粉煤灰后，由于粘聚力的增加，粉煤灰級配碎石落下的直徑減小，級配碎石落下的時候，要擺脫粘聚力的束縛，消耗掉一部分的能量，而且，級配碎石落下時由于有粉煤灰的緩沖，也要吸收一部分的能量，所以這能大大減小沖擊的能量，使粗集料不能滾遠，減小離析，有利于施工。

2.2 堆積直徑與粉煤灰含量及含水量的關系

試驗時我們采用間斷級配和四川級配兩種級配，其圖中橫坐標類型中逗號前面數字表示粉煤灰含量，逗號后面表示含水量。圖中堆積直徑是料從漏斗落下后，在地上堆積成錐形的底面圓的直徑。

由圖4可以看出當含水量較少時，堆積直徑較大，因為含水量小時粒料松散，落下的時候能量損失小。這樣的話，粗料能量較大，滾的比較遠，因而造成粗料集中在外緣的離析，在施工過程中影響施工質量?；鶎硬痪鶆?，給以后路面病害形成隱患，由整個堆積直徑的趨勢，同在最佳含水量的情況下，隨著粉煤灰的增加，堆積直徑減小，此時是粘聚力在起作用，但當粉煤灰增加到一個程度，還有含水量也達到較大的時候，那時堆積直徑也會增大，因為粉煤灰及含水量增加到一個程度，流動性就開始表現出來。在同樣的粉煤灰含量的情況，隨著含水量的增加，首先是堆積直徑減小，一定的含水量能改變碎石松散的狀況，但含水量增加到一定的狀態，水膜厚度超過一定的范圍，潤滑作用超過粘聚作用，那時流動性增強。而級配碎石不同于水泥混凝土，水泥混凝土水泥漿很多，能形成漿體，粘聚力很強，不容易離析。如果級配碎石很松散，流動性很強的話，施工時會產生離析。

圖4 間斷級配堆積直徑與粉煤灰含量及含水量的關系

圖5 四川級配的堆積直徑與粉煤灰含量及含水量的關系

圖5是四川級配的堆積直徑，可見比間斷級配隨粉煤灰含量的變化要均勻很多，主要是因為四川級配的細集料較多，粒徑比較均勻。但是四川級配堆積直徑隨含水量變化很明顯，如粉煤灰含量為7%的時候，開始隨著含水量的增加堆積直徑減小，粉煤灰增加了石料之間的粘結力，石料落下時候不容易滑落，但當含水量增加至7.7%時，堆積直徑卻又開始上升。主要是此時的含水量讓粉煤灰碎石之間潤滑，石料移動特別容易，開始有點流淌了。

2.3 堆積高度與粉煤灰含量及含水量的關系

試驗時采用間斷級配和四川級配兩種級配。圖中橫坐標類型中逗號前面數字表示粉煤灰含量，逗號后面表示含水量，堆積高度表示錐形堆底面至頂點的高差。

圖6和7為間斷級配與四川級配的堆積高度粉煤灰含量與堆積高度的關系，間斷級配在粉煤灰和含水量都較小的時候，堆積高度較小，主要是由于粒徑差別大，粗集料與細集料的含量都很大，集料之間相互作用的力很小。而添加粉煤灰后，增加了集料之間的粘結力，堆積高度變化很大。四川級配的堆積高度比間斷級配的要均勻很多，堆積的高度適中，隨粉煤灰含量的變化也較小，主要是四川級配粒徑較細，細料較多，但隨含水量變化較大。從圖中可以看出，當含水量增大時，堆積高度增大，直徑減小，由于細料多，當水分適當時，一定的水膜厚度，能讓石屑比較牢的吸附在一起。由粉煤灰含量為7%的一組數據可以看出，當含水量增大到一定程度后，堆積的高度也開始下降，主要是含水量較大后，水膜的潤滑作用超過粘結作用，石料開始流淌，此時石料開始離析。石料的施工較佳的狀態應該是粘結作用于潤滑作用均適當，一定的粘結作用，加上適當的潤滑作用，如果潤滑作用不夠，也將影響施工。

圖7 四川級配的堆積高度與粉煤灰含量及含水量的關系

3 結論

（1）添加粉煤灰后，級配碎石的最佳含水量及保水性大大增加，能較大地增加其壓實系數，延長施工時間，增加其施工性能。

（2）添加粉煤灰后，級配碎石的粘聚力及流動性均增加，大大減小級配碎石的離析。

（3）較細的級配的和易性比粗細差別很大的間斷級配和易性要好，但添加粉煤灰后，二者差別大大減小。