粉煤灰工程特性的试验研究

2019-01-13许彬

中国建材科技 2019年4期

许彬

（中交隧道工程局有限公司，北京 100000）

煤灰是一种工业废渣，近几年来，我国粉煤灰的排放量已经达到了每年1.2亿吨。有效地利用粉煤灰，不但可以减少环境的污染，同时，也能够为公路或铁路填筑带来更有利的影响，一方面能够减少工程的造价，另一方面还能使公路铁路的建设达到可持续发展的目的，有比较长远的利益。我国对粉煤灰进行公路填筑研究越来越重视，本文对粉煤灰的工程特性进行研究和分析，分析影响粉煤灰工程特性的各种因素，提供有效的改善措施和方法，为粉煤灰在进行建筑工程填筑时提供了有力参考。

1 对粉煤灰工程特性试验研究的意义

作为一种工业废渣，粉煤灰得到有效的利用，在很大的程度上给我国的经济发展带来一定的帮助，同时对环境的保护也起到了重要作用。关键是对于建筑工程而言，粉煤灰自身的特性能够使得填筑物有更高的稳定性。另外，粉煤灰加入到公路或铁路的填筑中，不但可以进行废物的再利用，还能有效地减少能源浪费，更是未来建筑工程发展的必然趋势。

2 粉煤灰的自身特性

2.1 粉煤灰的化学性质

粉煤灰的主要成分是硅、铁、铝、钙、钠、镁、钾等这些氧化物，另外还有一些未燃烧的碳，是一种人工火山灰质材料，属于高分散的固溶体。其中，三氧化铝是提高中体材料强度的主要物质。同时将粉煤灰浸泡在溶液中24小时后对过滤浸液进行研究分析，可以发现溶液中含有大量的钙离子。

2.2 粉煤灰的物理性质

由于粉煤灰是粉状的颗粒，而且颗粒较细，同时，粉煤灰的颗粒是比本身表面积大的多孔结构，因此有很强的吸附能力，尤其是对水的吸附能力强。从对粉煤灰的物理实验也可以看出，粉煤灰的特质属于沙质土。

一般情况下，全粉煤灰的颗粒较细，因此，其本身的粘聚力很小，如果利用全粉媒灰进行公路或铁路的路堤填筑的话，会影响其抗剪强度以及地基的稳定性和承载力。因此，有效地提高粉煤灰的抗剪强度，是目前主要的研究任务。

3 影响粉煤灰工程特性的因素

3.1 含水率的大小

由粉煤灰本身的特性可以发现，粉煤灰在软土地基的填筑上有更好的应用。同时从力学特性上面看，粉煤灰有很好的抗剪性能和较高的抗剪强度指标。但粉媒灰本身的含水量对其工程特性有比较大的影响，如果粉煤灰的含水量较高，那么，会给施工带来更多的方便，整体性能更加稳定，而如果含水量低，那么就会使粉煤灰处于松散结构的状态中，整体性能差[1]。

3.2 粉煤灰氧化物含量高低

粉煤灰当中氧化物的含量高低决定了粉煤灰的粘聚力强度。含量过低，那么粉煤灰的粘聚力就小，自凝性差。如果含量高，那么粉煤灰的粘聚力和自凝性就会有所提升。在对粉煤灰进行化学成分分析时可知，粉煤灰经过培烧之后，会有大量的铁、硅、铝等酸性氧化物，氧化钙的含量只有极少数一部分，这也是直接导致粉煤灰的粘聚力低的原因。因此要增加粉煤灰的粘聚力和自凝性，那么就必须要保证粉煤灰中氧化物的含量。

3.3 粉煤灰的颗粒粗细

由于工业所产生的全粉煤灰颗粒较细，在干燥的状态下粉煤灰的结构性能差，而且性质不稳定，抗剪强度相对较低。如果在不添加任何添加物的情况下，粉煤灰一旦应用在公路或者铁路填筑物上，就不能使填筑物的承载力和稳定性得到有效的保障。

4 提高粉煤灰工程特性的方法和措施

4.1 在粉煤灰中加入生石灰

生石灰的主要化学成分是氧化钙，当生石灰和全粉煤灰进行搅拌压实之后，在一定的含水率条件下，就能够产生一系列的化学反应，反应生成之后，所产生的各种氧化物就会大大的提高，比如氧化钙、三氧化铝、三氧化铁等。这些氧化物都是一些不溶于水、稳定性较高的结晶生成物，不管是在空气中还是在水中都能够逐渐硬化，使粉煤灰的强度有大大的提升。

4.2 在粉煤灰中加入水泥

水泥是一种主要包括硅酸三钙、硅酸二钙和铝酸三钙等化学成分的稳定物质。同时，水泥中的主要化学成分在遇水之后，也会产生一系列的化学反应生成一些水化产物，包括水化硅酸钙、氢氧化钙、水化铁等。而这些物质有很好的胶结作用，因此将水泥加入到粉煤灰中，能够使粉煤灰的其他颗粒胶结在一起发生凝结作用，使之达到硬化的效果和目的，如此，在进行粉煤灰填筑过程中，其强度就会得到大幅度的提升。

5 结果分析

5.1 生石灰对粉煤灰抗剪强度特性的影响

在粉煤灰中加入一定量的生石灰，并且经过一段时间的充分反应之后可以得出生石灰和粉煤灰的混合物，其抗剪强度要比全粉煤灰的抗剪强度高很多，主要表现在粘聚力之上。但是根据实验结果也能得出，生石灰和粉煤灰的混合物，内摩擦角度没有多大变化。产生上述情况的具体原因是因为生石灰在水化后会形成氢氧化钙，并且与粉煤灰中的氧化物产生化学反应，形成水胶凝性物质。另外，生石灰的添加量有所增加，那么粉煤灰在进行公路填筑时，其粘聚力也在不断提高。因此可以得出的结论是，在粉煤灰中加入生石灰，能够有效地提高粉煤灰的稳定性和抗剪强度[2]。

5.2 龄期对抗剪强度的影响

在粉煤灰里加入一定量的生石灰，使两种物质发生化学反应，需要一定的时间才能够达到凝结和硬化的目的。而在不同的龄期条件下，粉煤灰的抗剪强度是不一样的。比如在0.5d时，在粉煤灰中加入生石灰之后，其抗剪强度与全粉煤灰的抗剪强度差别不大。由于在这个龄期内，生石灰和粉煤灰发生化学反应的时间较短，不能使两种物质充分发生反应，因此，无法形成胶凝物质使之硬化。

但如果是在粉煤灰中加入生石灰并且经过7d的龄期后，可以明显看出，混合之后的粉煤灰，其抗剪强度远远大于全粉煤灰的抗剪强度。这是因为在此条件下，粉煤灰和生石灰能够在有效时间内发生化学反应产生各种胶凝物质，从而使得混合后的粉煤灰抗剪强度大大提高。

5.3 不同配比对抗剪强度的影响

在粉煤灰中加入生石灰时，如果两者之间的比例不同，对粉煤灰的抗剪强度也有影响。生石灰比例越重，抗剪强度越高。通过实验结果分析可以得出，无论生石灰和粉煤灰的配比情况如何，抗剪强度的大小，主要跟龄期有关。这也就是说，只要在粉煤灰中加入生石灰就能提高粉煤灰的抗剪强度，而且添加的生石灰量越大，在有效的龄期内，粉煤灰的抗剪强度就会更大。

5.4 生石灰和水泥添加物分别对粉煤灰抗剪强度的影响

不同的添加物对粉煤灰的抗剪强度就会有不同的影响。比如在粉煤灰中添加生石灰和水泥，这两种不同物质就会使粉煤灰的抗剪强度产生较大的差异。在配比相同的情况下（配比为1：9，其中粉煤灰为9），添加生石灰的粉煤灰其抗剪强度要远远低于添加水泥的粉煤灰。这是因为水泥中本身含有的硅酸三钙和其他的酸性物质都有很好的水硬性特质，因此在粉煤灰中添加水泥，同时在含水率高的条件下，就会使得粉煤灰具有很高的抗剪强度[3]。