脱硫粉煤灰在路面基层中应用的研究

2021-10-18张尊伟

科技创新与应用 2021年29期

张尊伟

(德宏公路局，云南德宏678400)

粉煤灰是指从烟道排出煤粉燃后的废渣，俗称“飞灰”。为了满足环保需求，控制SO2的排放量，硫化床循环工艺在火力发电厂中被逐步推广应用。脱硫粉煤灰的硫化床工艺产生特点是含碳量大，含钙高，活性较低，不利于直接用于工程施工。近些年，国内外对脱硫粉煤灰开展了大量的研究工作，借鉴传统粉煤灰修筑道路基层的成功经验，尝试脱硫粉煤灰在路面基层施工中的推广应用取得了一定的成果，对脱硫粉煤灰综合利用工作具有重要意义。但由于不同电厂脱硫后产生的粉煤灰性质有很大差别，利用之前需要有针对性的进行试验验证。本实验主要研究脱硫粉煤灰在公路工程无机结合料半刚性稳定材料石灰、粉煤灰、碎石中的应用，为工程实践提供参数。

1 原材料

二灰碎石是由粉煤灰、石灰和碎石按比例掺配的混合料，属于半刚性稳定基层；该稳定材料为半刚性基层材料，具有后期路面基层强度高和整体性好等特点。二灰碎石半刚性稳定材料，已推广应用于各等级公路的路面基层施工。

粉煤灰材料的特点是结构疏松，干容重小，内聚力c值很小，本身无胶凝性，自身无法结构成型。但在水和石灰的相互作用下，能够产生胶凝性，且对混合后的材料无侧限抗压强度产生较大的影响。本次检测研究的粉煤灰分为两种，分别为：脱硫粉煤灰和普通二级粉煤灰。通过对比分析确定脱硫粉煤灰在二灰碎石中的配比参数。粉煤灰的各项所检物理化学指标如表1、表2所示。

表1 粉煤灰的物理性能

表2 粉煤灰的化学成分

试验中二灰碎石的集料与胶凝材料的含量(质量)之比为82：18，石灰与脱硫粉煤灰之比初选为1：2、1：2.5、1：3三种进行对比分析。集料级配结果如表3所示。

表3 二灰碎石集料级配表

2 二灰碎石击实试验结果

根据《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》中的试验方法进行击实实验，并绘制含水量与干密度曲线，得到了最佳含水量和最大干密度的结果，如图1所示。

图1 最佳含水量和最大干密度比较柱状图(g/cm3)

由图1可以看出，随普通二级灰比例的增加，其二灰碎石最佳含水量逐渐减小，最大干密度也逐渐减小。随脱硫粉煤灰比例的增加，其二灰碎石的最佳含水量逐渐增大，最大干密度逐渐减小。当粉煤灰与石灰的掺配比例为1：1时，掺入脱硫粉煤灰的二灰碎石最佳含水量大于掺入普通二级粉煤灰的二灰碎石，而最大干密度小于普通二级灰。实验结果表明：脱硫粉煤灰吸水量大，在干旱缺水地区不宜使用；其质量更轻，尝试开发轻骨料是一种更好的应用途径。

3 二灰碎石的强度实验结果

根据试验规程的相关方法，对不同掺配比例二灰碎石的无机结合料进行无侧限抗压强度制件、养生。得到各龄期的浸水无侧限抗压强度检测结果，如图2所示。

由图2可以得出，掺入两种不同粉煤灰的二灰碎石7天无侧限抗压强度均满足《公路路面基层施工技术细则》要求。掺入普通二级粉煤灰的二灰碎石中，其7天无侧限抗压强度随着粉煤灰掺量增加而降低，28天无侧限抗压强度却增加，说明掺入普通二级粉煤灰对二灰碎石的后期强度有一定帮助。在掺入脱硫粉煤灰的二灰碎石中，其7天无侧限抗压强度随着粉煤灰掺量的增加而提高，且强度值已经超过普通二级灰28d的强度水平，这表明掺入脱硫粉煤灰的二灰碎石早期强度非常高，在工程应用中，可适当缩短其养护时间，这对于提高工程进度有很多帮助；而28天无侧限抗压强度随着粉煤灰掺量的增加先提高后降低，说明掺加脱硫粉煤灰有最佳掺量问题，且本实验用的脱硫粉煤灰的最佳比例为1：2.5。

图2 二灰碎石浸水无侧限抗压强度比对图

4 二灰碎石稳定材料的水稳定性试验结果

根据干湿循环试验环境确定脱硫粉煤灰二灰碎石稳定材料的水稳定性能。无侧限抗压试件进行标准养生28天后，进行干湿循环：自然风干48小时，再饱水24小时。通过5次改变干湿环境循环后进行残余无侧限抗压强度试验，与普通养生43天的对比无侧限抗压强度试验的强度相对比，其比值称为水稳定系数。二灰碎石的水稳定系数详见图3。

由图3可以得出，不同配比条件下脱硫粉煤灰二灰碎石稳定材料的水稳定系数均大于100%，由此可得，脱硫粉煤灰、石灰二灰碎石具有较好的水稳定性，好于普通粉煤灰二灰碎石。其良好的水稳定性为其在潮湿及多雨地区的应用提供了可能。