浅谈石灰粉煤灰稳定类结构

钟瑾

概述

石灰粉煤灰稳定类结构在我国的高等级公路路面基层结构中已普通应用，由于它具有造价低、强度高、水稳性好等诸多优点，加上我区的粉煤灰资源较丰富，并先后在姚叶高速公路、石中高速公路南北段、古王高速公路、中郝高速公路路面基层结构中采用；本文通过我区进行石灰粉煤灰稳定砂砾结构试验的一些结果，对石灰粉煤灰稳定类结构原材料的基本性质、石灰粉煤灰的反应、混合料的组成、影响其强度的一些因素谈谈自己的一些看法。

原材料的基本性质

2.1石灰材料

石灰是由石灰石、白云石、方解石等原材料煅烧而成的，其主要成份为CaO和MgO。根据化学分析和微观结构分析认为：石灰加入土中后，发生一系列的化学反应和物理化学反应，主要有离子交换反应、Ca(OH)2的结晶反应和碳酸化反应及火山灰反应。这些反应的结果使粘土颗粒絮凝，生成晶体氢氧化钙、碳酸钙和含水硅铝酸钙等胶结物。这些胶结物逐渐由凝胶状态向晶体状态转化，致使混合料的刚度不断增大，强度和水稳性不断提高。

石灰中氧化钙和氧化镁的含量对二灰稳定类材料的强度有明显的影响，特别是在粉煤灰用量较大时，影响较明显。通过表1石中高速公路北段进行7天无侧限抗压强度试验可看出。

2.2粉煤灰材料

粉煤灰的一般性质

表1

粉煤灰是火力发电厂的副产品，它是磨细煤粉燃烧后从烟道排出的废品。粉煤灰属火山灰材料，是一种硅质或硅铝质材料。它本身很少或没有粘结性，但是当它以细分散的状态与水和消石灰或水泥混合时在常温下与氢氧化钙发生反应能形成一种具有粘结性的化合物。

粉煤灰的非晶质成份是硅和铝,其次要成份有碳和铁、钙、镁及硫的氧化物。表2为我区几个电厂粉煤灰的化学成份试验结果。

表2

(2)粉煤灰的技术要求

烧失量

烧失量是指粉煤灰在800°C--900°C温度下能烧失的量。烧失量的高低会影响粉煤灰的活性。虽然《公路沥青路面设计规范》（JTJ014-97）规定粉煤灰的烧失量不宜大于20%，但有关室内试验表明，只有烧失量超过30%时，才对混合料的强度有明显影响。

氧化物含量（SiO2+Al2O3+Fe2O3）

粉煤灰中氧化物的含量对二灰稳定结构有明显影响，石中高速公路北段砂砾料采用王家庄砂砾、水泥采用平罗水泥厂水泥，石灰均采用拉僧庙二级石灰，分别采用石嘴山电厂粉煤灰与大武口电厂粉煤灰进行7天无侧限抗压强度试验，结果见表3

表3

因此《公路沥青路面设计规范》（JTJ014—97）中规定“粉煤灰中SiO2、Al2O3和Fe2O3的总含量应大于70%”。

C、细度

粉煤灰的粗细直接影响它与石灰或水泥混合后反应生成物的数量，从而影响结构强度。粉煤灰的颗粒愈细，比表面积愈大，粉煤灰的活性愈强，从而增加混合料的抗压强度。表4所列为交通部公路科学研究所采用甘肃西固电厂粉煤灰做的比较试验的结果。

表4

二灰稳定类结构的质量很大程度上取决于被稳定的材料；当稳定集料时，集料应该具有一定的级配，并要求集料中没有影响化学作用的 有害有机物或化学物质；作为高等级公路的路面基层，宜采用粒料占80%以上的二灰粒料混合料，粒料中0.075毫米以下颗粒含量接近于0，以减小二灰粒料基层的收缩性并增加其抗冲刷性能。

含细料较多的二灰稳定结构的耐久性常大于较粗集料的二灰稳定结构，但有较粗集料级配的二灰稳定结构常有较好的力学稳定性。

2.3石灰粉煤灰的反应

粉煤灰具有活性，也称粉煤灰火山灰活性。所谓火山灰活性指火山灰、凝灰岩、浮石等天然火山灰物质所具有的与石灰或水泥发生反应的性能。粉煤灰本身并不具有水硬性，与水拌和后也不能产生明显的强度，粉煤灰与石灰混合后，再加以水，则能与氢氧化钙等发生反应，反应后生成的各种水化物与水泥水化时产生的水化物基本相同。

除石灰粉煤灰间的主要反应外，石灰与被稳定材料中的细粒土也要起反应。石灰与土可能产生的反应是离子交换，聚凝团聚以及土与石灰的火山灰反应。土与石灰火山灰反应的产物有助于发展稳定混合料中的粘结性基体。

3混合料的组成范围

就石灰粉煤灰稳定集料而言，其可变因素是石灰与粉煤灰的比例。因此，石灰粉煤灰集料混合料的组成范围可以选定石灰加粉煤灰的总剂量和选定石灰与粉煤灰的比例来确定。

3.1石灰与粉煤灰的比例

石灰加粉煤灰的含量与许多变量有关，我国通常使用两种类型石灰粉煤灰粒料混合料。一种是密实式的，即粒料含量占80%--88%，同时具有规定的级配，石灰加粉煤灰的含量为20%--12%，起填充粒料的孔隙和粘结作用；我区的二灰稳定类结构均属于密实式。另一种是悬浮式的，即粒料仅占50%--60%左右，不要求粒料具有一定级配，粒料悬浮在石灰和粉煤灰混合料之间。

这两种混合料的强度无明显差异，但就抗冲刷能力和收缩性能而言，密实式混合料明显优于悬浮式混合料。悬浮式混合料的优点是，施工时只要掌握粒料的数量，不要求粒料有级配。

石灰粉煤灰最常用的比例为1:2—1:4。

3.2增加石灰掺量的条件

在下述情况下需增加石灰的用量：

（1）0.075毫米以下的细料含量较多;

(2)集料中细粒土的塑性指数较大;

(3)粉煤灰的火山灰反应较大。

石灰粉煤灰和被稳定材料的比例,需要通过室内材料配比组成设计来确定。

影响石灰粉煤灰稳定类结构性质的因素

影响石灰粉煤灰稳定类结构性质的因素归纳起来在以下四个方面：

4.1原材料质量

（1）土

土的类别对二灰土的强度影响较大，土的塑性指数愈大，二灰土的强度愈高，但土块愈难粉碎。土的塑性指数愈小，二灰土的强度高愈低，但土块较容易粉碎。因此，一般宜选用亚粘土，以兼顾强度和粉碎难易程度。土中的有机质对二灰土的强度也有明显影响。

（2）在二灰中添加各种粗粒料，可以调节混合料的强度。特别是形成以粒料为主的混合料，在使用过程中裂缝较少，也容易与沥青面层粘结牢固。

4.2混合料的组成配比

通常认为，当被稳定的材料是粗纹理材料时，混合料的性质主要控于“石灰+粉煤灰+小于4.75毫米的颗粒含量”这部分基体材料的质量。在混合料中必须有足够的基体材料，以保证有较高的强度和良好的耐久性。如果混合料中没有足够的基体材料，既使整个混合料的密度是高的，在基体材料中也不会达到合适的压实密度。

在石灰粉煤灰混合料中，粉煤灰用量越多，初期（7d）强度越低。

只要能保证石灰粉煤灰集料混合料的质量，通常取石灰与粉煤灰之比为最低值，因为石灰是石灰粉煤灰集料混合料中价格最高的材料。

4.3施工工艺

拌和

只有全部材料充分拌和后，用石灰粉煤灰稳定才能达到预期的效果。在稳定细粒土时，需要将土粉碎，使混合料中的土团减至最小。

密度

一定配合比的石灰粉煤灰集料混合料的压实密度明显影响混合料的强度和耐久性，增加密度会改善强度和稳定性。

养生

合适的条件（水分、温度和时间）对石灰粉煤灰集料混合料的养生十分重要。

保持混合料中适宜水分很重要，因为石灰粉煤灰的火山灰反应需要水。如果在养生过程中能基本保持石灰粉煤灰集料混合料中的压实含水量（通常接近最佳含水量）这个水分足够火山灰应的需要。

石灰粉煤灰的火山灰反应与时间和温度有关。温度对石灰粉煤灰火山灰反应的影响不是线性的，养生温度超过27°C后，它对火山灰反应的加速作用大于较低的温度。

在相同温度条件下，石灰粉煤灰的强度随龄期的增长而增大，前期增大较快，三个月后逐渐减慢。

结束语

本文结合我区进行石灰粉煤灰稳定砂砾的一些试验资料，参考有关文献浅谈了石灰粉煤灰稳定类结构中原材料对强度的影响、石灰粉煤灰的反应、混合料的组成及影响石灰粉煤灰稳定类结构性质的因素，供大家参考。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。