粉煤灰在高速公路路面基層水泥穩(wěn)定碎石施工中的應(yīng)用

粉煤灰在高速公路路面基層(水泥穩(wěn)定碎石)施工中的應(yīng)用高速公路路面基層（水泥穩(wěn)定碎石）攤鋪施工對混合料的路用性能有很高的要求，混合料既要具有很好的穩(wěn)定性能，又要有良好的工作性能。摻入適量粉煤灰，是提高水泥穩(wěn)定碎石性能的有效技術(shù)手段。通過相關(guān)試驗(yàn)和施工實(shí)踐，對水泥穩(wěn)定碎石摻入粉煤灰的性能進(jìn)行了研究，確定了粉煤灰的技術(shù)要求、合適的摻量、配合比設(shè)計(jì)方法，并提出了改進(jìn)的措施。一、粉煤灰水泥的技術(shù)性能1、原理分析粉煤灰是熱電廠的排放物，而且污染環(huán)境，但若用于建材，會取得較好經(jīng)濟(jì)效益。粉煤灰中含有大量SiO2、AL2O3等能反應(yīng)產(chǎn)生凝膠的活性物質(zhì)，它們在粉煤灰中以球形玻璃體的形式存在，這種球形玻璃體比較穩(wěn)定，表面又相當(dāng)致密，不易水化，水泥粉煤灰早期反應(yīng)主要是水泥遇水后產(chǎn)生水解和水化反應(yīng)，水泥水化生成硅酸鈣晶體，這些晶體產(chǎn)生部分強(qiáng)度，同時(shí)水泥水化生成氫氧化鈣通過液項(xiàng)擴(kuò)散到粉煤灰球形玻璃體表面，發(fā)生化學(xué)吸附和侵蝕，生成水化硅酸鈣與水化鋁酸鈣，大部分水化產(chǎn)物開始以凝膠體出現(xiàn)，隨著凝期的增長，逐步轉(zhuǎn)化為纖維壯晶體，并隨著數(shù)量的不斷增加，晶體相互交叉，形成連鎖結(jié)構(gòu)，填充混合料的空隙，形成較高的強(qiáng)度，隨著粉煤灰活性的不斷調(diào)動，使水泥粉煤灰不僅有較高的早期強(qiáng)度，而且其后期強(qiáng)度會有較大提高。2.室內(nèi)試驗(yàn)=1\*GB3①粉煤灰的技術(shù)要求粉煤灰堆放不僅占用大量土地，由于燃燒和回收工藝的不同，粉煤灰的品質(zhì)也有很大差別。在水泥穩(wěn)定碎石基層工程中要求使用干粉煤灰，要求達(dá)到Ⅲ級以上粉煤灰的技術(shù)要求，并先采用磨細(xì)粉煤灰?？捎糜谒喾€(wěn)定碎石基層的粉煤灰技術(shù)要求及我市幾個(gè)電廠所產(chǎn)粉煤灰的技術(shù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1。表1水泥穩(wěn)定碎石基層用粉煤灰的技術(shù)要求及試驗(yàn)結(jié)果粉煤灰需水量比/%含水量/%Loss/%SO3/%細(xì)度1/%(45uum篩)射陽電廠產(chǎn)940.206.350.792.1鹽城電廠產(chǎn)960.185.51.08619.8要求指標(biāo)≤105≤1≤8≤3≤20=2\*GB3②粉煤灰水泥穩(wěn)定碎石的配合比設(shè)計(jì)粉煤灰水泥穩(wěn)定碎石的配合比設(shè)計(jì)根據(jù)，參照《江蘇省高速公路水泥穩(wěn)定碎石基層施工指導(dǎo)意見》蘇高指[（2001）48號文]；《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》JTJ057-94；《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》JTJ058-2000；《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》JTJ034-2000；《水泥物理性能試驗(yàn)規(guī)程》GB/T1346-2001、GB/T17671-1999；《高速公路路基路面物理測試規(guī)程》JTJ059-95；《公路工程質(zhì)量檢測評定標(biāo)準(zhǔn)》JTJ071-99。=3\*GB3③粉煤灰的摻量國內(nèi)外的理論研究表明，硅酸鹽水泥中可釋放出的Ca(OH)2及其石膏最多只能使28%的粉煤灰得到水化反應(yīng)，從而提高強(qiáng)度。在鹽通高速公路鹽城段路面基層施工中，規(guī)定每1m3水泥穩(wěn)定碎石至少使用125kg水泥。當(dāng)1m3水泥穩(wěn)定碎石使用125kg425#普通硅酸鹽水泥、含水量5%，初步確定摻入粉煤灰10kg、12kg、14kg、16kg、18kg、20kg、22kg、24kg進(jìn)行試配，得出結(jié)果是摻入12kg粉煤灰的水泥穩(wěn)定碎石綜合性能最佳。此時(shí)粉煤灰摻量為水泥用量的10%。推薦使用粉煤灰摻量為水泥用量的8%-20%。二、粉煤灰對水泥穩(wěn)定碎石性能的改善1.改善工作性能粉煤灰的摻入，使膠凝材料的總量增加，水泥穩(wěn)定碎石工作性能大幅度改善，更適合于機(jī)械攤鋪：①粉煤灰水泥穩(wěn)定碎石粘度系數(shù)減小，有利于機(jī)械碾壓密實(shí)；②靜態(tài)坍落度變小，有利于防止塌邊；③膠凝材料的總量增加使攤鋪成型的穩(wěn)定碎石基層光滑平整；④和易性的改善，減小了攤鋪機(jī)前進(jìn)的阻力，減輕了攤鋪機(jī)的工作負(fù)荷。這些性能的改善是由于粉煤灰有較大的比表面積和球狀微珠對流變學(xué)性能的影響所致。2.提高抗折強(qiáng)度水泥穩(wěn)定碎石中使用粉煤灰，能提高抗折強(qiáng)度，尤其是使后期強(qiáng)度大幅度提高。試驗(yàn)結(jié)果見表2。表2粉煤灰水泥穩(wěn)定碎石抗折強(qiáng)度隨齡期的增長Ⅲ級粉煤灰摻量//kg抗折強(qiáng)度/Mppa7d28d90d02.653.113.15122.523.173.38162.413.363.79202.323.583.92從表2知，粉煤灰水泥穩(wěn)定碎石的28d、90d、后的抗折強(qiáng)度比普通水泥穩(wěn)定碎石分別提高了3%-6%、4%-8%和。粉煤灰的摻量越大，齡期越長，強(qiáng)度提高越大。3.降低泌水率由于機(jī)械配套的限制，國內(nèi)水泥穩(wěn)定碎石基層多采用自卸車運(yùn)輸混合料，在運(yùn)輸過程中由于運(yùn)距遠(yuǎn)較而產(chǎn)生泌水將會導(dǎo)致混合料工作性能降低，并產(chǎn)生卸料困難，降低工作效率，提高勞動強(qiáng)度。摻入粉煤灰可降低水泥穩(wěn)定碎石在運(yùn)輸過程中的泌水率，有利于水泥穩(wěn)定碎石的運(yùn)輸。4.降低水泥水化速度摻入粉煤灰可降低水泥水化速度，混合料凝結(jié)時(shí)間延長，有利于高溫季節(jié)施工，并有利于遠(yuǎn)距離運(yùn)輸5、提高水泥穩(wěn)定碎石抗?jié)B能力：由于水泥穩(wěn)定碎石能減少用水量和降低水灰比，并且在和水泥水化過程中析出氫氧化鈣生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣凝膠，使水泥石中毛細(xì)孔的數(shù)量減少，孔徑變小，增加了對液體和氣體的滲透和擴(kuò)散作用的抵抗力，即抗?jié)B力。6.減少水化熱、熱膨脹水泥穩(wěn)定碎石中水泥水化反應(yīng)要放出熱量，在大面積水泥穩(wěn)定碎石基層中會出現(xiàn)溫差而產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致裂縫。由于粉煤灰的摻入有利于減少在水泥穩(wěn)定碎石內(nèi)部由于水化熱而產(chǎn)生的升溫，減少水泥穩(wěn)定碎石熱膨脹出現(xiàn)的危險(xiǎn)。三、存在的問題及其處理措施粉煤灰水泥穩(wěn)定碎石1.粉煤灰水泥穩(wěn)定碎石干縮性大，高溫大風(fēng)季節(jié)施工易產(chǎn)生塑性收縮開裂在高速公路路面基層施工中，每1m3粉煤灰水泥砼水泥用量為125kg，粉煤灰為12kg，膠凝材料總量為137kg。顯然，膠凝材料的總量增加在夏季高溫大風(fēng)天氣施工容易產(chǎn)生塑性收縮裂縫。研究表明，粉煤灰水泥穩(wěn)定碎石在0.57kg/m2·h蒸發(fā)率的條件下就會產(chǎn)生塑性收縮裂縫，而普通水泥混凝土則產(chǎn)生塑性收縮裂縫的臨界蒸發(fā)率為0.75kg/m2·h，這一點(diǎn)是值得高度重視的。通過一定技術(shù)措施，完全可以控制裂縫的產(chǎn)生。在鹽通路的施工中，在攤鋪成型的水泥穩(wěn)定碎石噴灑養(yǎng)護(hù)劑后，馬上用透水土工布覆蓋，避免烈日的照射，降低蒸發(fā)率，并在土工布上灑水，保持濕潤，補(bǔ)充蒸發(fā)的水分。另外，還采用了在攤鋪成型水泥穩(wěn)定碎石灑養(yǎng)護(hù)劑過后噴灑霧化水的方法來控制裂縫的產(chǎn)生。前者比后者更保險(xiǎn)。在施工過程中，要提高對裂縫產(chǎn)生的警惕性，在氣溫大于28℃，或是多風(fēng)的季節(jié)，要做好控制裂縫產(chǎn)生的準(zhǔn)備工作。2.低溫季節(jié)施工易發(fā)生施工期裂縫粉煤灰水泥穩(wěn)定碎石路面早期強(qiáng)度低，導(dǎo)致發(fā)生施工期裂縫，裂縫分三種情況：(1)冬季施工，由于水泥化較慢，水泥穩(wěn)定碎石基層早期強(qiáng)度很低，由于水泥穩(wěn)定碎石基層內(nèi)應(yīng)力和外部因素的影響，產(chǎn)生裂縫。只要加強(qiáng)施工質(zhì)量管理，和在28d養(yǎng)護(hù)期內(nèi)禁止開放施工交通，裂縫問題就能基本解決。(2)在多臺攤鋪機(jī)拼幅施工時(shí)參生裂縫。前一幅攤鋪后，由于時(shí)間差，水泥在混合料中產(chǎn)生溫度應(yīng)力的用作，在攤鋪機(jī)交接處產(chǎn)生裂縫。由于溫度的變化，剛施工的、強(qiáng)度偏低的基層也會開裂變形，致使剛施工的基層出現(xiàn)大量斷縫。此類型斷縫超過規(guī)范容許值，將要花費(fèi)了一定的資金進(jìn)行處理。通過采用縮短兩攤鋪機(jī)距離盡量同步攤鋪而減小時(shí)間差來解決此問題。(3)在縱向接縫旁產(chǎn)生裂縫。此裂縫的分布規(guī)律與"3.1"所述的裂縫一樣，但形成的機(jī)理不一樣。施工氣溫較低時(shí)，粉煤灰、水泥穩(wěn)定碎石強(qiáng)度形成緩慢，由于溫度應(yīng)力的作用，產(chǎn)生了裂縫。控制裂縫的措施采用垂直接縫，或在施工氣溫低于10℃時(shí)停止施工。3、抗凍性降低:經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，摻加了粉煤灰的水泥穩(wěn)定碎石較基準(zhǔn)水泥穩(wěn)定碎石抗凍指標(biāo)有所下降，如要提高抗凍性能，則要提高強(qiáng)度或延長養(yǎng)護(hù)齡期。4.由于早期強(qiáng)度較低，要加強(qiáng)養(yǎng)生，并延長養(yǎng)生期。四、社會經(jīng)濟(jì)效益1.社會效益取得的社會效益主經(jīng)體現(xiàn)為對環(huán)境的貢獻(xiàn)：鹽通高速公路鹽城段全線95.582km，如果路面基層全部使用粉煤灰水泥穩(wěn)定碎石，要使用了1.44萬t粉煤灰，減少熱電廠用于存放粉煤灰的土地700畝，保護(hù)了土地資源。少用425#水泥0.5萬t，減少了生產(chǎn)水泥時(shí)CO2的排放量0.5萬t，減少了對大氣的直接污染?；鶎悠秸?、強(qiáng)度、外觀等工程質(zhì)量的提高獲得了社會的贊譽(yù)，還為瀝青砼基層施工打下了良好基礎(chǔ)。2.直接經(jīng)濟(jì)效益全線95.582km粉煤灰水泥穩(wěn)定碎石基層需要使用了1.44萬t粉煤灰，為電廠節(jié)約存放粉煤灰的資金150萬元，減少使用水泥0.5萬t，節(jié)約工程成本95萬元。每1km水泥穩(wěn)定碎石基層節(jié)約工程成本1萬