粉煤灰壓實土工程性質(zhì)試驗研究

1、目錄摘要. 11. 粉煤灰. 11.1 粉煤灰理化性質(zhì) . 11.2 粉煤灰工程性質(zhì) . 11.3 粉煤灰壓實土的介紹 . 21.4 石灰粉煤灰活化機理 . 22. 粉煤灰壓實土的工程性質(zhì) . 22.1 擊實試驗 . 22.2 直剪試驗 . 53. 壓縮試驗. 74. 滲透試驗. 8參考文獻：. 8粉煤灰壓實土工程性質(zhì)試驗研究摘要粉煤灰是一種工業(yè)廢棄物，是發(fā)電廠燃煤高爐排放的粉質(zhì)殘渣，通常又被稱為“飛灰”。目前我國燃煤電廠每年排放的粉煤灰已達1.8億噸以上，引起了許多經(jīng)濟和社會問題。實踐證明，對粉煤灰的合理利用，不但可減少污染和場地使用問題，而且將其用作其它材料的替代品，還可減少工程造價。從可

2、持續(xù)發(fā)展角度看，粉煤灰的綜合利用符合現(xiàn)實和長遠的利益。1. 粉煤灰1.1 粉煤灰理化性質(zhì)粉煤灰為細粉狀，呈灰色。顆粒為比表面積大的多孔結(jié)構(gòu)，對水的吸附能力很大。粉煤灰的粒徑大部分集中在150um ，平均粒徑d 50為0.016mm 0.031mm ，不均勻系數(shù)Cu 為3.06l0.9l ，粘粒含率57 ，塑性指數(shù)為48，由此判定其土性介于粉砂與粉土之間即砂質(zhì)粉土，粉煤灰的密度為1.742.2cm ，滲透系數(shù)可達（3510-41610-4）cm/s，粉煤灰的比表面積高達3324c g （平均值），孔隙率為6075，分粗、中、細3種顆粒。粉煤灰是一種高分散的固溶體，屬人工火山灰質(zhì)材料?；鹕交屹|(zhì)材料

3、，化學(xué)成份隨著煤種、燃燒工況和收塵方式不同而變化 。粉煤灰和天然土中的化學(xué)成分具有很大的相似性，主要成分以硅、鐵、鋁、鈣的氧化物為主，其次為鎂、硫、鈉、鉀的氧化物以及未燃燒的碳。粉煤灰PH 值約為7，屬中性材料，對建筑材料無侵蝕作用。1.2 粉煤灰工程性質(zhì)馮海寧1在對粉煤灰的工程特性的試驗研究中得到：1、一般燃煤鍋爐所排放的粉煤灰（顆粒較粗）具有良好的水穩(wěn)性。2、由于一般燃煤鍋爐所排放的粉煤灰顆粒較粗，顆粒組成類似中砂，因而其內(nèi)摩擦角較大，值明顯大于黃土和砂粘土。3、在相同的壓實系數(shù)條件下，隨著含水量的增大粉煤灰的內(nèi)摩擦角略有降低，表現(xiàn)出一定的軟化性質(zhì)，其原因主要是由于較多的水份降低了顆粒間的

4、摩擦力而導(dǎo)致內(nèi)摩擦角降低。4、壓實系數(shù)的大小對粉煤灰強度有重要的影響，隨著壓實系數(shù)的增大，粉煤灰破壞時的峰值增大，同時粉煤灰的抗剪強度指標(biāo)有所增加。綜上所述，顆粒較粗的粉煤灰具有較強的抗剪強度和良好的水穩(wěn)性。因此在進行地基處理時，可以將其作為換填材料，而且性能較好。在實際工程應(yīng)用中，根據(jù)建筑物對地基變形量的要求，進行合理地設(shè)計，可以滿足工程安全的需要。1.3 粉煤灰壓實土的介紹在灰土中用等量的粉煤灰代替石灰得到粉煤灰壓實土（石灰、粉煤灰和素土的混合物在工程中通常被稱為二灰土），是利用廢料粉煤灰、石灰與土料混合作為地基回填土的一種新型材料。我國八十年代以來將其應(yīng)用于公路領(lǐng)域，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的灰土或素

5、填土，既提高了工程質(zhì)量，又利用了本為廢料的粉煤灰，變廢為寶，節(jié)省了石灰和土料。1.4 石灰粉煤灰活化機理粉煤灰活性機理的本質(zhì)是：石灰中的氫氧化鈣與活性二氧化硅、氧化鋁、氧化鐵反應(yīng)生成水化硅酸鈣（CaOSiO 2nH 2O ）、水化鋁酸鈣（CaOAl 2O 3nH 2O ）、水化鐵酸鈣（CaOFe 2O 3nH 2O ）等一系列不溶于水的穩(wěn)定性結(jié)晶生成物。隨著水化反應(yīng)的不斷深化，更多的水化生成物生成，并在空氣和水中逐漸硬化，將灰土拌和物中的固體顆粒膠結(jié)在一起，形成了較大的團粒結(jié)構(gòu)，使得灰土的強度高于其單一組分物質(zhì)的強度。這一水化過程將一直持續(xù)到反應(yīng)平衡時為止，整個過程比較緩慢，二灰土的強度則隨著

6、時間的增長而緩慢增大。1.5 粉煤灰壓實土的配比中鐵十一局的賈江立2等針對某公路路基場地地質(zhì)條件，對粉煤灰改善土的強度性能和膨脹性能等方面進行了探討。從試驗中可以看出摻入石灰、粉煤灰的強度的規(guī)律性。當(dāng)石灰與粉煤灰的比例在1：2時，灰土的強度達到0.83MPa ，當(dāng)石灰與粉煤灰的比例在1：3時，強度可以達到1.19MPa ，當(dāng)石灰與粉煤灰的比例在1：4時，強度有所降低，達到1.06MPa 。不難看出灰土的強度最大值在石灰與粉煤灰的比例在1：3附近。姚占勇22等人在黃河沖（淤）積粉質(zhì)二灰土的配比研究中，給出了黃河沖淤積平原區(qū)土質(zhì)和黃河沖淤積平原區(qū)土質(zhì)最適宜的二灰含量范圍，認(rèn)為土與粉煤灰的顆粒級配是

7、影響二灰土強度與壓實性能的重要因素。本文僅對1：1：8和1：2：7兩組配比的二灰土進行試驗研究。2. 粉煤灰壓實土的工程性質(zhì)2.1 擊實試驗擊實試驗是模擬現(xiàn)場壓實條件，采用錘擊方法使土體密度增大、強度提高、沉降變小的一種試驗方法。擊實試驗的目的是測定試樣在一定擊實次數(shù)下或某種壓實功能下的含水率與干密度之間的關(guān)系，從而確定的最大干密度和最優(yōu)含水率，為施工控制填土密度提供設(shè)計依據(jù)。試驗材料：黃土取自榆中和平，粒徑0.75 mm 的粉質(zhì)粘土；粉煤灰、石灰均為工程用灰。體積配合比是按照各集料的天然容重下?lián)Q算成干容重的體積比。配置粉煤灰壓實土：粉煤灰：石灰：土：1：1：8；1：2：7兩組，灰土：2：8；

8、3：7兩組（與粉煤灰壓實土進行對比），每組需四個試樣，將每組試樣分別進行均勻拌合, 并立即采用南京土壤儀器廠生產(chǎn)的JDS-1型數(shù)控電動擊實儀進行擊實, 擊實分三層裝土, 每層擊實后刮毛，每層擊實功能為25擊。其干密度與平均含水率的關(guān)系曲線，如下圖所示： 圖1 1：1：8灰土最大干密度與最有含水率曲線 圖2 1：2：7灰土最大干密度與最有含水率曲線 4圖3 2：8灰土最大干密度與最優(yōu)含水率曲線 圖4 3：7灰土最大干密度與最優(yōu)含水率曲線土 樣 最大干密度（g/cm） 最有含水率（%）2：8灰土 1.56 21.74 1：1：8灰土 1.5819.343：7灰土 1.53 21.281：2：7灰土

9、 1.55 21.04由擊實試驗所得數(shù)據(jù)可知，用粉煤灰代替一定量的石灰后，最大干密度增大，最優(yōu)含水率減小，但變化幅度不大，說明用一定量的粉煤灰代替石灰后，對最大干密度與最優(yōu)含水率的影響不大。52.2 直剪試驗土的抗剪強度是土的重要力學(xué)性質(zhì), 是決定地基或建筑物穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。根據(jù)擊實試驗得到的最優(yōu)含水率與最大干密度來制定試樣，本試驗采用直接剪切中的快剪試驗方法來測得土的抗剪強度。以下粉煤灰壓實土不同配比下，軸壓分別為0.1Mp 、0.2 Mp、0.3 Mp、0.4 Mp時，齡期在1天、7天、14天、28天測得的剪應(yīng)力繪制的曲線圖： 圖5 =0.1Mp 圖6 =0.2Mp6 圖7 =0.3Mp

10、 圖8 =0.4Mp不同配比的粉煤灰壓實土強度荷載下隨著軸荷載的增大其強度也隨著增大，粉煤灰壓實土兩種配比之間同一軸荷載下強度變化不大，但1：1：8灰土較1：2：7灰土強度變化要穩(wěn)定。粉煤灰壓實土的曲線隨著齡期的增大其曲線有明顯的上升，數(shù)值上表現(xiàn)出增大的趨勢?；彝恋那€隨著齡期的增長其曲線上升趨勢沒有粉煤灰壓實土明顯。起始粉煤灰壓實土與灰土的強度并無太大差距，7天以后粉煤灰壓實土強度明顯大于灰土。其原因是由于一般粉煤灰含CaO 量較低，起初通過外加石灰激發(fā)其活性，但反應(yīng)較慢；隨著齡期增長，火山灰反應(yīng)逐步增強，粉煤灰壓實土的強度逐步增大。同時，可以得出粉煤灰與石灰的反應(yīng)要強于石灰與土的反應(yīng)，且生

11、成的膠凝物性能也較優(yōu)。將其分為兩組進行比較，2：8灰土與1：1：8灰土一組，3：7灰土與1：2：7灰土一7組，后者強度明顯大于前者，說明用一定量的粉煤灰代替灰土中等量的石灰是完全可行的，不但利用了廢料粉煤灰，而且提高了灰土的強度，可謂達到了一石二鳥的效果。以下是不同齡期不同配比時測得灰土和粉煤灰壓實土的力學(xué)指標(biāo)粘聚力c 和內(nèi)摩擦 角：力學(xué)指標(biāo) 齡期（天） 灰土 粉煤灰壓實土2：8 3：7 1：1：8 1：2：71 0.0450 0.0705 0.048 0.0195 粘聚力 7 0.0585 0.0485 0.150 0.0970 c 140.0370 0.0600 0.136 0.08752

12、8 0.0465 0.0720 0.2875 0.3120130.63 31.01 36.98 37.56 內(nèi)摩擦角 728.46 33.14 31.05 35.37 14 30.71 31.88 44.83 42.7428 30.03 31.09 27.47 30.67由不同齡期的力學(xué)指標(biāo)圖表可以看出，無論是粘聚力c 還是內(nèi)摩擦角都有所增大，一般來說，組成土的團粒越粗、越堅硬則土體的兩個指標(biāo)c 、值就越高。粘聚力c 值主要決定于土團粒和團粒之間的連接，內(nèi)摩擦角值主要決定于土的團粒的大小和形狀。說明摻粉煤灰以后的灰土中團粒變大了，且比灰土堅硬，這一點可以用粉煤灰石灰的活化機理去解釋，前面已提過

13、，此處不再贅述。3. 壓縮試驗土的壓縮性可由孔隙比和壓力曲線得到，土的壓縮性直接影響到地基（或路基）的沉降，最終影響到建筑物（道路）的安全性。本試驗采用無側(cè)限壓縮試驗，由1：1：8，1：2：7灰土最優(yōu)含水率配置兩組擊實試樣，試驗分四級加荷，分別為50kPa ，100kPa ，200kPa ，400kPa 。根據(jù)土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 50123-1999）規(guī)定，采用p 1=100kPa，p 2=200kPa所得的壓縮系數(shù)a 1-2作為評定土壓縮性高低的指標(biāo)，粉煤灰壓實土壓縮系數(shù)及壓縮模量見下表：8土樣 壓縮系數(shù)a 1-2 壓縮模量 （Mp ）1：1：8 0.02 66.7 1：2：70.0

14、370.8由試驗結(jié)果可知，1：1：8和1：2：7兩組灰土的壓縮系數(shù)均小于0.1Mp -1, 屬于低壓縮性土。由以往工程經(jīng)驗可知，2：8和3：7灰土屬于中低壓縮性土，隨著齡期的增長，其壓縮性逐漸減小。試驗未對粉煤灰壓實土不同齡期的壓縮系數(shù)進行試驗，但可以推知，粉煤灰壓實土的壓縮性也應(yīng)是隨齡期的增長而減小的。因為一般粉煤灰含CaO 量較低，雖然通過外加石灰激發(fā)其活性，但反應(yīng)較慢，隨著齡期的增長，后期強度增長很快，其原因是由于隨著齡期增長，火山灰反應(yīng)逐步增強，粉煤灰壓實土的強度逐步增大，因此可以證明上述推測是合理的。4. 滲透試驗土孔隙中的自由水在重力作用下發(fā)生運動的現(xiàn)象，稱為土的滲透性。在工程中常需要了解土的滲透性，例如基坑開挖排水時，需要了解土的滲透性，以配置合適的排水設(shè)備；在河灘上修筑滲水路堤時，需要考慮路堤填料的滲透性；在計算飽和粘性土上建筑物的沉降和時間的關(guān)系時，需要掌握土的滲透性。配置兩組粉煤灰壓實土在最優(yōu)含水率下的擊實試樣后，采用南55型滲透儀變水頭法，分別進行5次平行試驗，取其平均值，得到1：1：8和1：2：7二灰土的滲透系數(shù)如下表：1：1：8灰土 （10-7） 1：2：7灰土 （10-7）