水泥粉煤灰稳定碎石材料的工程应用研究

蒋琼

摘 要： 本文研究了水泥粉煤灰稳定碎石材料在工程的应用，包括施工过程应注意的问题，在实体工程中的应用和效果分析。

关键词： 粉煤灰；碎石；材料

水泥粉煤灰稳定碎石材料是一种兼俱水泥稳定碎石和二灰稳定碎石材料的

优点，同时克服了二者缺点，经济、环保的新型路面基层材料。水泥粉煤灰稳定碎石路面基层材料的施工方法，与水泥稳定碎石材料类似，具有很强的普适性，且避免了二灰类材料施工中石灰消解、陈化等复杂的过程，是一类施工简单、方便的路面基层材料。

1.水泥粉煤灰稳定碎石材料施工过程中应注意的问题

虽然水泥粉煤灰稳定碎石材料的旖工工艺与水泥稳定类材料类似，但是由于该种材料自身原材料组成不同、强度形成形式不同，所以在施工过程中也会产生一些问题，本节系统研究了这些问题出现的原应、所造成的危害以及避免问题出

现所应采取的措施。

1.1有关粉煤灰的问题

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。它由机械装置、静电聚灰装置或其它装置收集。有湿排灰和干排灰两种，在露天中的粉煤灰难，为了防止干灰在空气中飞扬，往往向干灰堆浇水。

由于粉煤灰含有水分，所以其很容易产生粘结性并结成块。如果在使用前不将其粉碎或者过筛，必然后导致水泥粉煤灰碎石材料的拌和不均匀。碾压成型后，在基层材料的某些部位，出现水泥包裹粉煤灰团块的现象。这样，粉煤灰不能充分与水泥接触，无法有效的进行所N--次火山灰反应。这该位置是基层材料的强度薄弱点，在日后的使用过程中，容易出现鼓包、脱落等破坏现象，影响材料的使用性能。同时由于粉煤灰含水，如果按照正常的配料计算，则设计出的混合料其含水量普遍偏高。在碾压成型阶段，容易出现粘轮、弹簧以及压不实等现象，影响施工质量。

针对上述问题，本节提出以下对策：

（1）由于粉煤灰中多含有水分，在基层材料配合比设计时，应充分考虑到粉煤灰本身所含有的水分。

（2）如果粉煤灰含水量过大，则应在配料前应堆放一段时间，充分滤出水分，再进行配料，以免粉煤灰堵塞下料口。

（3）含水量大的粉煤灰较容易使下料口堵塞。有条件时，进行粉煤灰喂料的下料斗，最好能够安装一个振动装置，防止下料口堵塞，造成皮带秤计量不准确。

（4）在下料时对于粒径过大的粉煤灰结团，应派专人拣出或敲碎，以免碾压成型后，由于结团的粉煤灰不能充分与水泥反应，而导致基层整体性的破坏。

1.2 有关加强养生的问题

包括水泥粉煤灰稳定碎石在内的所有半刚性路面基层的强度形成过程都是无机结合料（水泥、石灰、粉煤灰）与水反应形成具有水硬性的水化产物的过程。此反应过程的快慢和形成水化产物的数量与胶凝性是强度形成快慢与高低的决定因素。强度形成的内因是胶凝材料的品种数量与质量，强度产生的外因是基层材料所处的温湿度环境。合适的温湿度环境是基层强度形成的基础，另一方面，基层的体积稳定性也取决于基层的温湿度环境，因而合适稳定的湿度环境不仅有利于基层强度的形成与发展，也有利于基层的体积稳定性即抗裂性的提高。而养生就是通过一种方式为基层材料提供一个合格的温湿度环境。养生的不良会影响强度的形成，过大幅度和过大频率湿度温度变化还会使路面基层出现裂缝，松散等病害。

目前，我国高速公路路面基层建设中，普遍采用的养生方式有薄膜养生、麻袋养生以及土工布养生。其中后两者同样以保持湿度和适时补充水分来养生，因此可以视为同种类型。麻袋养生存在着覆盖不严密、洒水不及时等不足，而人们对薄膜养生也存在着由于无法补充水分而不能给基层中水泥的水化提供充足的水分以及黑色薄膜覆盖会产生高温，影响水泥的正常水化，对基层材料的强度形成会有不利的影响的疑问。

（1）两种养生方式的温湿度观测

干球温度反映了环境的实际温度，麻袋养生条件下，基层随处环境的温度与大气温度十分相近，而薄膜养生条件下温度比大气高出2—10℃，正午高出最多，早晚高出较少，这是因为薄膜可以把太阳辐射产生的热量保持在基层和薄膜之间。

湿球温度反映了湿度和温度两方面。可以看出：麻袋养生条件下的湿球温度始终高于外界的湿球温度，可以看出尽管麻袋下的温度比环境温度略低，但麻袋仍然对基层有保温作用，因为麻袋可以减少基层表面的蒸发量，经麻袋覆盖后，基层温度比直接暴露在外界高1℃—2℃。薄膜覆盖条件下湿球温度比大气温度高4℃一15℃，正午高出最多，早晚高出较少，这是因為薄膜可以把太阳辐射产生的热量保持在基层和薄膜之间，也有很好的保持湿度的能力。

湿度的大小和变化反映了覆盖层的保湿效果两方面。可以看出：麻袋养生条件下的湿度始终高于外界湿度，在早晚温度较低时接近100%是湿度，但在中午时，会有所降低，在洒水后湿度立即增加到100%。薄膜覆盖条件下湿度始终高于外界湿度，正午有所降低，在洒水后湿度缓慢增加。

（2）两种养生方法对基层的养生效果

薄膜覆盖后，基层基本处于潮湿状态，早晚可以看到薄膜表面凝聚有水珠，正午时水珠消失，但基层表面仍然处于潮湿状态。麻袋覆盖在洒水及时的条件下、基层也基本处于潮湿的状态。一般情况下，水泥完全水化所需水为水泥质量的20%—25%，当然在基层材料中由于其他颗粒也对水分有相当的吸附作用，水的用量必须比实际水化所需的水分有一定的富余。因此保持基层的水分主要不是为保证水泥的水化，而更重要的是保持基层的体积稳定性。薄膜养生不会因为水分的不足而影响基层材料的强度的形成。另外基层在薄膜覆盖下温度比外界高出4℃一15℃，温度不会高于70℃，不会影响到水泥水化的正常进行。

在基层铺筑完工后3天时对基层进行了钻芯取样，从芯样的外形来看，经过3天的养生后芯样基本完整，基本没有脱落和松散，两端比较齐整。麻袋养生基层的3天钻芯经过修补后第4天测试的无侧限抗压强度为3.99MPa，薄膜养生试件的芯样强度为4.3MPa，由于薄膜有比较强的保温功能其基层的3天强度略高于麻袋养生的基层的强度。

2.水泥粉煤灰稳定碎石在实体工程中的应用与效果分析

为了对比研究水泥粉煤灰稳定基层与水泥稳定基层材料的工程应用效果，本文首次以湖北省襄荆高速公路为背景，进行了大规模试验路的研究。

2.1配合比的优化设计

襄荆高速公路路面基层设计为底基层、下基层和上基层三个层面，每层厚为18cm。底基层的7d设计强度为2.OMPa，下基层为3.OMpa，上基层为4.OMPa。基层材料原设计为水泥稳定粒料，为了对比水泥稳定基层与水泥粉煤灰稳定基层材料的工程应用效果，并且在公路沿线有大量粉煤灰资源，特别在襄荆高速公路第6标段铺设了水泥粉煤灰稳定基层做为试验路段。该试验路段基层材料所用集料为级配碎石，底基层为级配碎石砂砾，采用水泥粉煤灰稳定，粉煤灰掺量采最佳值10%。其他路段采用水泥稳定碎石。

2.2应用效果及对比分析

在襄荆高速公路上应用水泥粉煤灰稳定粒料进行基层，底基层修筑的路段长达60多公里。通过对比观察水泥粉煤灰稳定基层材料和水泥稳定基层材料的开裂情况发现，水泥稳定基层材料产生了较多的裂缝，而水泥粉煤灰稳定基层仅有少量微小的裂缝，并且这些裂缝可以随着粉煤灰火山灰活性的逐渐激发而愈合。可见，水泥粉煤灰稳定基层材料具有很好的抗裂性能。从使用效果来看，水泥粉煤灰稳定粒料基层的整体性好，表面平整致密，而水泥稳定粒料中粗集料过多的部分往往出现严重离析的现象。同时，水泥粉煤灰稳定粒料上基层成型三天后即可取出完整的芯样，水泥粉煤灰的强度形成比较快。七天芯样都能取出完整芯样，比水泥稳定粒料的成活率高得多，强度基本在4.O一5.0之间。

参考文献

[1]许永明.粉煤灰应用于道路工程的试验研究[J].西安：西安公路学院报.1983，1.

[2]沙爱民.半刚性路面材料结构与性能[M].人民交通出版社.1998，3：24-26.endprint