二灰穩(wěn)定基層材料施工可延遲性規(guī)律研究

1、二灰穩(wěn)定基層材料施工可延遲性規(guī)律探討韓春秋、宋金生摘要：石石灰、粉粉煤灰類類基層材材料具有有顯著的的施工可可延遲性性。本文文就該特特性分別別從室內(nèi)內(nèi)外進行行研究，并從機機理上進進行分析析，認為為由于粉粉煤灰自自身結(jié)構(gòu)構(gòu)上的高高聚合狀狀態(tài)，及及其與石石灰之間間的反應(yīng)應(yīng)滯后性性特點，使二灰灰穩(wěn)定材材料推遲遲碾壓成成型3dd左右的的時間并并不會影影響基層層結(jié)構(gòu)強強度的形形成。關(guān)鍵詞: 粉煤煤灰二灰材材料延遲施施工道路基基層石灰、粉粉煤灰類類材料（簡稱二二灰）在在公路建建設(shè)領(lǐng)域域中的應(yīng)應(yīng)用已有有幾十年年的歷史史。以粉粉煤灰為為主要材材料的道道路基層層具有板板體性強強、強度度高、以以及良好好的水穩(wěn)穩(wěn)性和

2、耐耐久性等等特點，使得石石灰粉煤煤灰細粒粒料底基基層和石石灰粉煤煤灰集料料基層已已成為我我國目前前現(xiàn)有路路面結(jié)構(gòu)構(gòu)的主要要形式。 目前公公路工程程中應(yīng)用用二灰材材料的研研究國內(nèi)內(nèi)外已做做了大量量的工作作，如材材料的力力學(xué)性能能特點及及發(fā)展規(guī)規(guī)律、二二灰集料料類材料料的收縮縮特征、以及劣劣質(zhì)粉煤煤灰的改改性等方方面，都都取得了了不同程程度的研研究成果果，為粉粉煤灰在在公路工工程中的的廣泛應(yīng)應(yīng)用打下下了良好好的基礎(chǔ)礎(chǔ)。然而而作為具具有良好好性能的的粉煤灰灰材料，其路用用特性仍仍有眾多多需探尋尋和研究究的地方方。如實實際施工工中因天天氣原因因，已攤攤鋪的二二灰基層層材料無無法及時時碾壓成成型，若若干

3、天之之后，在在遠遠超超過規(guī)范范限制的的壓實時時間后再再碾壓成成型，但但最終并并不影響響其結(jié)構(gòu)構(gòu)和強度度的形成成。這種種施工的的可延遲遲性對二二灰材料料的應(yīng)用用及其工工程實踐踐都具有有十分積積極的意意義。諸諸如此類類的二灰灰材料施施工特性性并未見見有詳細細報道，本文就就這一問問題進行行初步探探討，為為今后粉粉煤灰材材料施工工特性的的詳細研研究奠定定基礎(chǔ)。室內(nèi)試驗驗11 材料及及配合比比公路工工程中常常用的二二灰基層層材料大大多采用用二灰土土或二灰灰粒料的的形式。由于二二灰路面面基層結(jié)結(jié)構(gòu)和強強度的形形成主要要依靠石石灰、粉粉煤灰之之間的一一系列作作用而獲獲得，如如果僅從從形成強強度的角角度上討討

4、論，土土和粒料料只起輔輔助作用用。因此此根據(jù)現(xiàn)現(xiàn)行規(guī)范范推薦的的二灰比比例及常常用配比比范圍，只采用用石灰和和粉煤灰灰進行室室內(nèi)試驗驗，以簡簡化試驗驗的方法法和工作作量。材料選選自西安安灞橋火火電廠排排放的粉粉煤灰，石灰為為市售生生石灰塊塊，室內(nèi)內(nèi)消解后后裝袋密密封待用用。二材材料的主主要指標(biāo)標(biāo)檢測結(jié)結(jié)果見表表1和表表2。由由檢測結(jié)結(jié)果可以以看出石石灰已達達到III級灰的的標(biāo)表1 石石灰主要要指標(biāo)細度有效成分分含量（%）0.711mm篩篩余（%）0.1225mmm篩余（%）氧化鈣氧化鎂1.52218.22061.5502.888表2 粉粉煤灰主主要指標(biāo)標(biāo)成分（%）SiO22Al2OO3Fe2O

5、O3CaOMgOSO3燒失量46.55032.5506.2112.3001.0550.78810.002物理指標(biāo)標(biāo)粒徑分布布（%）比重需水量比比（%）80mm80445m45m2.10098.5516.11524.22059.665準(zhǔn)，而粉粉煤灰系系IIII級灰。二灰比比例為石石灰：粉粉煤灰 = 220：880和110：990兩種種形式，以標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)方法擊擊實得到到的擊實實結(jié)果見見表3。表3 二二灰材料料配合比比與擊實實結(jié)果配合比（質(zhì)量%）最大干容容重（gg/cmm3）最佳含水水量（%）石灰：粉粉煤灰 = 110：9901.133034.55石灰：粉粉煤灰 = 220：8801.155232.55

6、2室內(nèi)試試驗結(jié)果果根據(jù)公公路工程程無機結(jié)結(jié)合料穩(wěn)穩(wěn)定基層層試驗規(guī)規(guī)程規(guī)規(guī)定的試試驗方法法，將不不同配比比的二灰灰材料在在最佳含含水量條條件下拌拌和，分分別經(jīng)不不同的放放置時間間，即拌拌和后延延遲不同同齡期，采用靜靜壓法成成型為5050mmm的圓圓試件，在標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)條件下下養(yǎng)生，分別測測定延遲遲不同時時間后二二灰材料料7d無無側(cè)限飽飽水抗壓壓強度。石灰：表表4 二二灰材料料延遲試試驗室內(nèi)內(nèi)結(jié)果延期時間間（ 天天）粉煤灰 = 110：990100%壓實度度95%壓壓實度平 均 值（M Paa）標(biāo)準(zhǔn)差（M Paa ）偏 差差系 數(shù)數(shù)（%）平 均 值（M Paa ）標(biāo)準(zhǔn)差（M Paa ）偏 差差系 數(shù)數(shù)（

7、%）01.2220.03362.8441.1110.03343.05511.4660.03382.6331.2330.05584.68821.2660.07786.3881.1330.06675.90031.1550.06696.0110.9330.04414.41141.1330.05504.4000.9660.07737.66651.1110.06665.9880.8990.100211.44161.0110.111511.4400.7990.06617.76670.9110.099310.1190.7220.04436.000石灰：粉粉煤灰 = 220：88001.5110.06623.

8、9551.3880.07715.31111.5660.03301.8441.5220.04422.77721.5880.05513.2991.5330.04412.72231.6660.08825.4111.3550.10027.58841.5330.09976.3221.3770.08815.90051.4330.11107.7111.3330.06695.20061.4440.03352.4661.2660.04423.33371.4330.02241.6881.2660.07705.566表4中的的試驗結(jié)結(jié)果清楚楚地表明明二灰材材料具有有顯著的的成型可可延遲性性，其規(guī)規(guī)律表現(xiàn)現(xiàn)為：（1）

9、無無論以何何種材料料配比，石灰和和粉煤灰灰混合材材料都具具有一定定的延遲遲性。二二灰材料料7d齡齡期的抗抗壓強度度達到最最大值的的并非是是拌和當(dāng)當(dāng)天成型型的試件件，而是是延遲成成型一到到三天的的結(jié)果，且超過過三天其其強度隨隨延遲時時間的進進一步延延長并未未有太大大的降低低，仍能能達到較較高值。（2）采采用較高高石灰用用量配合合比其可可延遲性性更為顯顯著。如如二灰比比例為220：880組，當(dāng)延期期成型達達7d時時，抗壓壓強度下下降不到到10%，二比比例為110：990組延延遲3dd時間，強度下下降接近近或超過過10%。（3）壓壓實度對對二灰穩(wěn)穩(wěn)定材料料的可延延遲程度度有一定定的影響響，壓實實度越

10、大大，可延延遲性越越明顯，且可延延遲的時時間越長長。進一步試試驗證實實，二灰灰材料的的成型可可延遲性性經(jīng)288d養(yǎng)生生的抗壓壓強度仍仍保持了了這一規(guī)規(guī)律，圖圖1清楚楚地顯示示了這一一試驗結(jié)結(jié)果。圖1 二二灰延遲遲不同時時間288d抗壓壓試驗結(jié)結(jié)果圖中的結(jié)結(jié)果顯示示，延遲遲3天后后再成型型，其養(yǎng)養(yǎng)生288d齡期期抗壓強強度與當(dāng)當(dāng)天成型型的結(jié)果果相同，與延遲遲不同時時間養(yǎng)生生7d齡齡期的試試驗結(jié)果果保持一一致，從從而在室室內(nèi)較全全面地證證實了二二灰穩(wěn)定定材料的的施工可可延遲性性。延遲機理理分析已知粉煤煤灰的主主要化學(xué)學(xué)成分是是硅、鋁鋁、鐵的的氧化物物，通常常該氧化化物含量量達700%880%以以上

11、，其其主要結(jié)結(jié)構(gòu)成分分是由這這些氧化化物形成成的玻璃璃體，因因此粉煤煤灰具有有潛在的的活性。即這種種材料在在水的參參與下能能與石灰灰等堿土土金屬氧氧化物發(fā)發(fā)生一系系列發(fā)應(yīng)應(yīng)，生成成具有水水硬性的的膠凝物物質(zhì)，這這一過程程的形成成和發(fā)展展就是路路用二灰灰材料產(chǎn)產(chǎn)生強度度和整體體結(jié)構(gòu)的的原因所所在。根根據(jù)研究究所知，在基層層加固穩(wěn)穩(wěn)定過程程中，粉粉煤灰與與石灰之之間存在在多種反反應(yīng)，有有石灰自自身的重重結(jié)晶、石灰的的碳酸化化過程，粉煤灰灰與石灰灰之間的的離子交交換和以以及二灰灰之間的的火山灰灰反應(yīng)等等，其中中火山灰灰反應(yīng)是是二灰材材料強度度形成的的最主要要原因。所謂的的火山灰灰反應(yīng)是是石灰與與粉煤

12、灰灰中的活活性氧化化硅和氧氧化鋁作作用，生生成具有有水硬性性的水化化硅酸鈣鈣（CSH）和和水化鋁鋁酸鈣（CAH）凝凝膠物。因此石石灰、粉粉煤灰之之間火山山灰作用用的經(jīng)歷歷，即反反應(yīng)的快快慢和反反應(yīng)的程程度將最最終決定定二灰材材料強度度的形成成和強度度的發(fā)展展。盡管粉煤煤灰具有有可發(fā)生生火山灰灰反應(yīng)的的潛在能能力，但但由于粉粉煤灰在在形成過過程受眾眾多原因因的共同同影響，使得粉粉煤灰顆顆粒的玻玻璃體結(jié)結(jié)構(gòu)相對對較為致致密，可可溶解并并能直接接發(fā)生反反應(yīng)的活活性SiiO2、All2O3成分很很少。粉粉煤灰除除表面有有少量斷斷鍵之外外，具有有潛在活活性的成成分大多多是以聚聚合度較較高的高高聚態(tài)形形式

13、存在在。而石石灰與粉粉煤灰之之間的火火山灰反反應(yīng)要經(jīng)經(jīng)歷兩個個過程，一是高高聚態(tài)玻玻璃體在在堿性條條件下解解聚成低低聚體（如單聚聚體SiiO44，二聚聚體Sii2O76等），二是形形成的低低聚體與與石灰CCa(OOH)22發(fā)生所所謂火山山灰反應(yīng)應(yīng)，生成成水化硅硅酸鈣（CSH）和和水化鋁鋁酸鈣（CAH）凝凝膠物。由于粉粉煤灰在在高聚態(tài)態(tài)時的SSiO鍵和和AlO鍵的的鍵能較較大，普普通條件件下解聚聚能力有有限，而而且解聚聚速度也也較慢。因此初初期粉煤煤灰與石石灰之間間的作用用大多集集中于二二灰反應(yīng)應(yīng)的第一一步上，即粉煤煤灰玻璃璃體的解解聚過程程上。因因此二灰灰之間早早期的反反應(yīng)程度度必定很很低，僅

14、僅以物理理過程為為主，如如石灰的的重結(jié)晶晶或石灰灰與粉煤煤灰之間間的離子子交換等等，而這這些變化化對強度度形成的的貢獻是是非常有有限的。認為二二灰材料料早期強強度較低低的普遍遍共識即即與此有有關(guān)。只只有經(jīng)歷歷一定的的時間，逐步解解聚的粉粉煤灰火火山灰活活性才能能漸漸表表現(xiàn)出來來，使二二灰材料料的強度度得以形形成和不不斷的發(fā)發(fā)展。正是由于于粉煤灰灰與石灰灰之間作作用的這這一特點點，造成成了二灰灰穩(wěn)定基基層材料料的施工工可延遲遲性。當(dāng)當(dāng)二灰穩(wěn)穩(wěn)定材料料拌和之之后，在在延遲施施工不進進行碾壓壓的過程程中，盡盡管松散散狀態(tài)下下會對早早期材料料的物理理作用效效果產(chǎn)生生一定的的影響，但非常常有限，而且也也

15、不會妨妨礙石灰灰的重結(jié)結(jié)晶和離離子交換換，重要要的是適適當(dāng)延遲遲施工并并不會影影響以后后石灰和和粉煤灰灰之間的的火山灰灰反應(yīng)。因為在在二灰材材料剛拌拌和好的的最初階階段，混混合料在在微觀狀狀態(tài)下還還只是一一種非均均質(zhì)狀態(tài)態(tài)，特別別是水分分的分布布還很不不均勻，需要經(jīng)經(jīng)過一段段所謂的的悶料時時間，使使水分通通過在材材料顆粒粒表面的的擴散而而達到進進一步重重新分布布。經(jīng)過過這一過過程，必必然有利利于以后后混合料料之間的的相互反反應(yīng)。同同時這一一過程更更加有利利于石灰灰產(chǎn)生的的堿性條條件隨水水分的擴擴散而進進一步均均態(tài)化，為隨后后的火山山灰反應(yīng)應(yīng)做好準(zhǔn)準(zhǔn)備。如如果拌和和后立即即碾壓，在壓實實的狀態(tài)態(tài)

16、下會阻阻礙水分分的充分分擴散或或是減緩緩這種擴擴散，這這樣就有有可能對對以后的的各種反反應(yīng)不利利。這正正是延遲遲施工之之后，最最初的幾幾天強度度不僅不不降反而而有一定定提高的的原因所所在。當(dāng)當(dāng)然延遲遲施工超超出一定定時間，早期火火山灰反反應(yīng)產(chǎn)生生的凝膠膠物質(zhì)的的作用在在松散狀狀態(tài)下無無法得到到發(fā)揮，使強度度會有所所下降。但由于于火山灰灰反應(yīng)是是一個長長期的過過程，二二灰穩(wěn)定定材料的的強度仍仍可以在在相當(dāng)長長的一段段時期里里不斷形形成和增增長，現(xiàn)現(xiàn)已有試試驗證明明當(dāng)二灰灰材料延延期達一一個月以以上時間間，成型型之后仍仍具有一一定的強強度和水水穩(wěn)性。而單獨獨石灰或或水泥穩(wěn)穩(wěn)定類材材料卻不不具備這這

17、一特點點，這兩兩類材料料僅在很很短的時時間里就就需成型型，否則則無法形形成必要要的強度度。當(dāng)水水泥穩(wěn)定定類基層層材料碾碾壓時間間超出水水泥的終終凝時間間，甚至至無強度度形成?？梢娛┦┕さ目煽裳舆t性性是二灰灰穩(wěn)定材材料的一一個獨有有的特性性。隨著壓實實度的提提高以及及石灰用用量在一一定范圍圍的增大大，更加加有利于于二灰材材料之間間的相互互作用及及火山灰灰反應(yīng)效效果的發(fā)發(fā)揮，從從而表現(xiàn)現(xiàn)為延遲遲效果的的進一步步提高。實驗段驗驗證針對二灰灰材料的的施工可可延遲性性特點，結(jié)合天天津東疆疆保稅港港區(qū)一期期物流加加工區(qū)工工程（二二批）三三標(biāo)段進進行了驗驗證。此此工程有有25萬萬平米的的堆場，堆場結(jié)結(jié)構(gòu)層為

18、為：山皮皮土（225cmm）+二二灰碎石石（255cm）+水泥泥穩(wěn)定碎碎石（335cmm）+110cmm厚 CCC50聯(lián)聯(lián)鎖塊。考慮到到將來鉆鉆芯取樣樣的方便便，針對對基層二二灰碎石石進行延延遲性試試驗。方方法是按按照生產(chǎn)產(chǎn)配合比比，將二二灰碎石石材料機機械拌和和后堆放放在一起起。為防防止水分分蒸發(fā)，用塑料料彩條布布加以覆覆蓋。經(jīng)經(jīng)過不同同的堆放放時間后后，按照照生產(chǎn)路路完全相相同的施施工過程程進行攤攤鋪、碾碾壓。經(jīng)經(jīng)歷一段段時間后后，通過過鉆芯的的方式取取樣，并并進行飽飽水抗壓壓強度試試驗。表5 實實驗段延延遲性試試驗結(jié)果果-正常施工工延遲3天天延遲5天天延遲7天天位置5區(qū)堆場場1區(qū)堆場場北

19、側(cè)1區(qū)堆場場南側(cè)6區(qū)堆場場壓實度100.5%104.2%102.2%102.0%含水量10.00%6.1%10.22%10.99%實驗路表表觀強度度*5.211 MPP a4.811 MPP a5.966 MPP a6.422 MPP a*因工地地現(xiàn)場試試驗條件件的限制制，很難難對不同同延遲性性實驗路路段的試試驗過程程完全控控制一致致，為使使結(jié)果具具有可比比性，需需要將鉆鉆芯取樣樣所得的的強度結(jié)結(jié)果進行行數(shù)學(xué)處處理，即即將不同同實驗段段所得的的飽水抗抗壓強度度換算成成每天單單位時間間的結(jié)果果，并乘乘以1000得到到所謂的的實驗路路表觀強強度。由表5中中的結(jié)果果可看出出，經(jīng)過過不同時時間的延延遲

20、之后后，其強強度結(jié)果果發(fā)展與與正常施施工路段段基本保保持一致致，并未未顯示出出二灰材材料經(jīng)過過延遲其其強度的的形成和和發(fā)展會會受到影影響的現(xiàn)現(xiàn)象，說說明二灰灰材料的的確具有有所謂的的施工可可延遲性性。而延延遲時間間最短的的三天結(jié)結(jié)果相對對較低，則可能能是因拌拌和用水水量明顯顯偏少所所致，因因此實現(xiàn)現(xiàn)二灰材材料的施施工的可可延遲性性，要注注意延遲遲期間含含水量的的蒸發(fā)損損失，碾碾壓時通通過現(xiàn)場場實測材材料的含含水量的的大小，在需要要時補充充水分，確保施施工時材材料的水水分處于于一個合合理的范范圍。由于不同同延遲實實驗路段段在試驗驗過程中中所經(jīng)受受的變化化因素在在自然條條件下無無法加以以人為控控制（如如材料攤攤鋪后環(huán)環(huán)境溫度度的高低低和變化化的幅度度）以及及試驗過過程的一一致性程程度等原原因的影影響（如如基層與與面