低活性粉煤灰在路面基层施工中的应用

胡建锋

（石家庄市京昆石太高速公路管理服务有限公司，石家庄 050000）

1 引言

粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物， 在公路工程建设过程中应用较少。 随着环境保护理念在工程建设中的发展，粉煤灰开始在公路工程中得到逐步应用。 早期，此类材料主要用于路基填料，随着对其性能研究的不断深入，粉煤灰在路面基层施工中的应用得到了关注。 本文研究低活性粉煤灰在路面基层中的应用，并对混合料设计和施工工艺进行研究[1]。

2 工程概况

某公路工程使用初期道路性能良好， 随着复杂的环境因素和交通荷载不断增加， 在运行数十年后， 在K015+000～K026+500 路段先后出现坑槽、沉降和裂缝等病害。 经调查发现，粉煤灰材料能在标准环境下强度较高，同时施工造价和性能较为可观， 综合评定采用粉煤灰混合料进行路面基层结构施工。

3 低活性粉煤灰概述

3.1 工程特性

粉煤灰是火电厂排除的废渣为硅质或硅铝质的材料，粉煤灰中主要是硅、铝、铁的氧化物。 低活性粉煤灰是粉煤灰中的一种，是以Al2O3或Fe2O3等为代表的物质总含量低于70%或实际烧失量高于20%的粉煤灰。 低活性粉煤灰的早期强度大多在0.4～0.8 MPa，实际强度较低，部分低活性粉煤灰在早期并不存在强度。 低活性粉煤灰具有一定的特殊性，颗粒偏粗且烧失量过大，比表面积相对较小，实际活性较低[2]。

3.2 应用前景

JTG/T F20—2015《公路路面基层施工技术细则》指出，粉煤灰中所含的Al2O3或Fe2O3等物质的总含量一般大于70%，颗粒偏粗且烧失量较大，因此，粉煤灰材料并不能直接应用于路面基层。 国内外对于低活性粉煤灰在工程施工中应用效果做了大量研究， 很多学者认为向粉煤灰中添加一定量的化学添加剂，能够很大程度改善其活性，提高粉煤灰的强度，能更好地满足项目对路面基层施工材料的要求。

4 试验方案及原材料

4.1 试验方案

为提高低活性粉煤灰在公路工程中应用的广泛性， 通过室内试验研究低活性粉煤灰在公路路面基层中的施工使用性能。 本文结合低活性粉煤灰的工程特性，根据确定的混合料配合比设计，制订针对性的试验方案[3]。

4.1.1 石灰稳定粉煤灰

对不同粉煤灰材料按照适当比例掺加碳酸钠和硫酸钠等材料，制作试件完毕后，在不同龄期条件下放入标准养护箱内进行养护处理，龄期到期后，再将试件取出。 工序完成后分别进行24 h 饱水试验和无侧限抗压强度试验。

4.1.2 二灰稳定碎石

在粉煤灰材料中掺加1.0%的碳酸钠和1.0%的硫酸钠后展开试验， 在不同龄期条件下制得尺寸为10 cm×10 cm 的试件，共分为12 组，每组10 个试件，再选用塑料袋包裹后养护。养护完毕后分别进行24 h 饱水试验和无侧限抗压强度试验，并计算出数值。

4.2 原材料

4.2.1 石灰

试验采用的石灰为当地某石灰厂的消解石灰， 试验按照JTG E51—2009 《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》进行，对石灰材料进行检测，试验结果见表1。

表1 石灰技术指标试验结果

4.2.2 粉煤灰

粉煤灰的活性受有效成 分含量（SiO2、Al2O3、Fe2O3）、有害成分未燃烧含量（用烧矢量表示）和粉煤灰细度（比表面积）的影响[4]，粉煤灰试验结果见表2。

表2 粉煤灰材料试验结果

根据试验结果得到，粉煤灰材料有效成分含量、烧矢量和含水量均满足要求，比表面积远小于规范要求。

4.3 击实试验

通过标准温度为22.5 ℃时， 石灰与粉煤灰配比为25∶75，分别取不同剂量条件下水泥、碳酸钠和硫酸钠进行试验，获得采用不同外掺剂时石灰稳定粉煤灰的最佳含水量和最大干密度（见表3）。

表3 石灰稳定粉煤灰混合料击实试验

通过进行无侧限抗压强度试验，将试件压实成型，达到龄期最后一天时浸入水中24 h， 再从水中取出后擦除试件表面的自由水，将试件放置在试验机上进行试验，试件破坏时记录最大荷载，得到试验结果见表4。

表4 石灰稳定粉煤灰7 d 无侧限抗压强度

通过上述试验可知， 掺加不同外掺剂的石灰稳定粉煤灰均满足最小强度0.6 MPa 的要求，3 种外掺剂对石灰稳定粉煤灰强度都有较大影响，随着使用剂量的增加，石灰稳定粉煤灰的强度逐渐增大； 碳酸钠对石灰稳定粉煤灰强度的影响效果明显； 硫酸钠外掺剂的使用存在最佳使用剂量和最佳闷料时间，应选择合适的条件进行试验。

5 施工控制

5.1 含水量控制

含水量会直接影响基层碾压密实度， 对基层施工质量有重要影响。 施工中，选择厂拌法进行基层混合料拌和施工，选用湿灰，并及时进行洒水处理。 拌和之前，要对粉煤灰的含水量进行检测处理，到达施工现场后确定含水量，可高于最佳含水量3%～5%，以保证后续整体施工质量。

5.2 拌和与运输

正式施工前，还应对低活性粉煤灰进行性能指标检测，待各项指标均满足规范和设计要求后方可投入施工使用。 低活性粉煤灰的拌和时间越长，对应的混合料均匀性越高，可有效保证矿料颗粒完全包裹低活性粉煤灰混合料。烘干完毕后，集料残余含水量不得高于1%。拌和施工中加热时间不得大于6 h，以免产生老化现象。

低活性粉煤灰混合料卸料顺序应遵循前后中， 禁止进行一次性卸料，避免混合料下落过程中产生级配离析，同时对运输温度进行严格控制。 必要时，在运输过程中应采用厚实帆布袋进行全方面覆盖， 结合混合料运输距离来确定合适的运输车数量，另外，在运输过程中严禁急转弯和加减速，尽可能地减轻混合料由于振动导致的离析现象[5]。

5.3 摊铺

低活性粉煤灰混合料在摊铺施工过程中需严格遵循连续、均匀、匀速等原则，以确保整体平整度，结合摊铺机中自带的自动找平装置，确保摊铺的连续施工。 严格控制摊铺速度和温度，针对摊铺不到位处需及时予以补救，平整度实施监控，确保路面的压实度合格。

5.4 碾压

采用履带拖拉机进行稳压，禁止出现来回碾压操作。 当碾压路段属于直线段时，应将后轮进行1/2 轮宽的重叠。 其次由两侧路肩开始， 逐渐碾压至中间。 在对平曲线路段进行碾压时，应将碾压方式保持在由内向外，促使路基表面不会有损坏现象发生[5]。

6 结语

本文研究低活性粉煤灰基层的组成设计和施工技术。 得出以下结论：

1）石灰稳定粉煤灰混合料采用石灰∶粉煤灰=25∶75 的比例，二灰稳定碎石混合料中，石灰、粉煤灰和集料按照5∶20∶75 的比例进行混合；

2）通过击实试验研究不同外掺剂条件下混合料7 d 无侧限抗压强度， 得到碳酸钠对石灰稳定粉煤灰强度的影响效果明显；

3）低活性粉煤灰基层施工时，应严格按照施工技术要求进行，同时注意材料的特性，可根据施工现场合理调整。