低活性粉煤灰在路面基層施工中的應用

胡建鋒

（石家莊市京昆石太高速公路管理服務有限公司，石家莊 050000）

1 引言

粉煤灰是燃煤電廠排出的主要固體廢物， 在公路工程建設過程中應用較少。 隨著環境保護理念在工程建設中的發展，粉煤灰開始在公路工程中得到逐步應用。 早期，此類材料主要用于路基填料，隨著對其性能研究的不斷深入，粉煤灰在路面基層施工中的應用得到了關注。 本文研究低活性粉煤灰在路面基層中的應用，并對混合料設計和施工工藝進行研究[1]。

2 工程概況

某公路工程使用初期道路性能良好， 隨著復雜的環境因素和交通荷載不斷增加， 在運行數十年后， 在K015+000～K026+500 路段先后出現坑槽、沉降和裂縫等病害。 經調查發現，粉煤灰材料能在標準環境下強度較高，同時施工造價和性能較為可觀， 綜合評定采用粉煤灰混合料進行路面基層結構施工。

3 低活性粉煤灰概述

3.1 工程特性

粉煤灰是火電廠排除的廢渣為硅質或硅鋁質的材料，粉煤灰中主要是硅、鋁、鐵的氧化物。 低活性粉煤灰是粉煤灰中的一種，是以Al2O3或Fe2O3等為代表的物質總含量低于70%或實際燒失量高于20%的粉煤灰。 低活性粉煤灰的早期強度大多在0.4～0.8 MPa，實際強度較低，部分低活性粉煤灰在早期并不存在強度。 低活性粉煤灰具有一定的特殊性，顆粒偏粗且燒失量過大，比表面積相對較小，實際活性較低[2]。

3.2 應用前景

JTG/T F20—2015《公路路面基層施工技術細則》指出，粉煤灰中所含的Al2O3或Fe2O3等物質的總含量一般大于70%，顆粒偏粗且燒失量較大，因此，粉煤灰材料并不能直接應用于路面基層。 國內外對于低活性粉煤灰在工程施工中應用效果做了大量研究， 很多學者認為向粉煤灰中添加一定量的化學添加劑，能夠很大程度改善其活性，提高粉煤灰的強度，能更好地滿足項目對路面基層施工材料的要求。

4 試驗方案及原材料

4.1 試驗方案

為提高低活性粉煤灰在公路工程中應用的廣泛性， 通過室內試驗研究低活性粉煤灰在公路路面基層中的施工使用性能。 本文結合低活性粉煤灰的工程特性，根據確定的混合料配合比設計，制訂針對性的試驗方案[3]。

4.1.1 石灰穩定粉煤灰

對不同粉煤灰材料按照適當比例摻加碳酸鈉和硫酸鈉等材料，制作試件完畢后，在不同齡期條件下放入標準養護箱內進行養護處理，齡期到期后，再將試件取出。 工序完成后分別進行24 h 飽水試驗和無側限抗壓強度試驗。

4.1.2 二灰穩定碎石

在粉煤灰材料中摻加1.0%的碳酸鈉和1.0%的硫酸鈉后展開試驗， 在不同齡期條件下制得尺寸為10 cm×10 cm 的試件，共分為12 組，每組10 個試件，再選用塑料袋包裹后養護。養護完畢后分別進行24 h 飽水試驗和無側限抗壓強度試驗，并計算出數值。

4.2 原材料

4.2.1 石灰

試驗采用的石灰為當地某石灰廠的消解石灰， 試驗按照JTG E51—2009 《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》進行，對石灰材料進行檢測，試驗結果見表1。

表1 石灰技術指標試驗結果

4.2.2 粉煤灰

粉煤灰的活性受有效成 分含量（SiO2、Al2O3、Fe2O3）、有害成分未燃燒含量（用燒矢量表示）和粉煤灰細度（比表面積）的影響[4]，粉煤灰試驗結果見表2。

表2 粉煤灰材料試驗結果

根據試驗結果得到，粉煤灰材料有效成分含量、燒矢量和含水量均滿足要求，比表面積遠小于規范要求。

4.3 擊實試驗

通過標準溫度為22.5 ℃時， 石灰與粉煤灰配比為25∶75，分別取不同劑量條件下水泥、碳酸鈉和硫酸鈉進行試驗，獲得采用不同外摻劑時石灰穩定粉煤灰的最佳含水量和最大干密度（見表3）。

表3 石灰穩定粉煤灰混合料擊實試驗

通過進行無側限抗壓強度試驗，將試件壓實成型，達到齡期最后一天時浸入水中24 h， 再從水中取出后擦除試件表面的自由水，將試件放置在試驗機上進行試驗，試件破壞時記錄最大荷載，得到試驗結果見表4。

表4 石灰穩定粉煤灰7 d 無側限抗壓強度

通過上述試驗可知， 摻加不同外摻劑的石灰穩定粉煤灰均滿足最小強度0.6 MPa 的要求，3 種外摻劑對石灰穩定粉煤灰強度都有較大影響，隨著使用劑量的增加，石灰穩定粉煤灰的強度逐漸增大； 碳酸鈉對石灰穩定粉煤灰強度的影響效果明顯； 硫酸鈉外摻劑的使用存在最佳使用劑量和最佳悶料時間，應選擇合適的條件進行試驗。

5 施工控制

5.1 含水量控制

含水量會直接影響基層碾壓密實度， 對基層施工質量有重要影響。 施工中，選擇廠拌法進行基層混合料拌和施工，選用濕灰，并及時進行灑水處理。 拌和之前，要對粉煤灰的含水量進行檢測處理，到達施工現場后確定含水量，可高于最佳含水量3%～5%，以保證后續整體施工質量。

5.2 拌和與運輸

正式施工前，還應對低活性粉煤灰進行性能指標檢測，待各項指標均滿足規范和設計要求后方可投入施工使用。 低活性粉煤灰的拌和時間越長，對應的混合料均勻性越高，可有效保證礦料顆粒完全包裹低活性粉煤灰混合料。烘干完畢后，集料殘余含水量不得高于1%。拌和施工中加熱時間不得大于6 h，以免產生老化現象。

低活性粉煤灰混合料卸料順序應遵循前后中， 禁止進行一次性卸料，避免混合料下落過程中產生級配離析，同時對運輸溫度進行嚴格控制。 必要時，在運輸過程中應采用厚實帆布袋進行全方面覆蓋， 結合混合料運輸距離來確定合適的運輸車數量，另外，在運輸過程中嚴禁急轉彎和加減速，盡可能地減輕混合料由于振動導致的離析現象[5]。

5.3 攤鋪

低活性粉煤灰混合料在攤鋪施工過程中需嚴格遵循連續、均勻、勻速等原則，以確保整體平整度，結合攤鋪機中自帶的自動找平裝置，確保攤鋪的連續施工。 嚴格控制攤鋪速度和溫度，針對攤鋪不到位處需及時予以補救，平整度實施監控，確保路面的壓實度合格。

5.4 碾壓

采用履帶拖拉機進行穩壓，禁止出現來回碾壓操作。 當碾壓路段屬于直線段時，應將后輪進行1/2 輪寬的重疊。 其次由兩側路肩開始， 逐漸碾壓至中間。 在對平曲線路段進行碾壓時，應將碾壓方式保持在由內向外，促使路基表面不會有損壞現象發生[5]。

6 結語

本文研究低活性粉煤灰基層的組成設計和施工技術。 得出以下結論：

1）石灰穩定粉煤灰混合料采用石灰∶粉煤灰=25∶75 的比例，二灰穩定碎石混合料中，石灰、粉煤灰和集料按照5∶20∶75 的比例進行混合；

2）通過擊實試驗研究不同外摻劑條件下混合料7 d 無側限抗壓強度， 得到碳酸鈉對石灰穩定粉煤灰強度的影響效果明顯；

3）低活性粉煤灰基層施工時，應嚴格按照施工技術要求進行，同時注意材料的特性，可根據施工現場合理調整。