二灰稳定黄河粉砂土底基层FN

1、浅述二灰稳定黄河粉砂土的强度影响因素蔡涛 高新学（中铁十四局测试中心）【内容提要】本文结合国道205工程，通过二灰稳定粉砂土的大量试验分析，阐述影响二灰土强度的主要因素，解决了粉砂土成型差，强度低的问题。【关键词】二灰土 粉砂土 石灰 粉煤灰一、 工程概况国道205滨州黄河公路大桥是205国道滨州至博山高速公路的主要组成部分，也是重点控制工程，该路设计行车速度120公里/小时，南北引线采用采用双向四车道，全封闭,全立交,全部控制出入的高速公路设计标准，路基宽度28m。该路底基层设计为18cm路拌二灰稳定土。由于路线通过大部分地区为黄河冲积平原洼地区，地基土主要由第四纪堆积的粉质土砂质土及少许有

2、机质土组成，其结构松散，粉粒含量达96%，级配极差，承载力偏低。在该类土中掺入粉煤灰石灰，标准养生6d，浸水24h后，试件易泡散，强度偏低。为解决二灰稳定黄河粉砂土早期成型差，强度低的问题，通过大量试验，调整优化配比，达到了满意的工程施工效果。二、 原材料及试验方法1、含砂低液限粉土本工程取土场用土由第四纪堆积的粉砂土组成，该土的性质如表1：表1 粉土物理力学性质测定值液限塑限塑性指数1、护城河土场29.922.07.92、西沙河土场31.223.08.23、西海取土场31.119.012.12、石灰：淄博产钙质三级灰3、粉煤灰：表2 粉煤灰物理化学成分 项目产地烧失量SiO2%Fe2O3%A

3、L2O3%细度0.30mm细度0.075mm滨洲化工厂10.553.38.721.30.617.2沾化电厂2.6949.07.6821.764.127.4魏棉电厂17.149.09.322.10.417.8博兴电厂18.547.09.022.80.618.4试验操作执行公路工程无机结合料稳定材料试验规程(JTJ057-94)，无侧限抗压强度采用50×50mm试件，试件按95压实度成型，无特别注明，均为标准养生。三、试验与分析从工程适用考虑，我们对二灰土底基层混和料的组成的选择须使其满足以下几点要求：1) 具有合适的强度和耐久性；2) 具有良好的水稳性和抗低温能力；3) 经济，容易摊铺

4、压实。而混和料的性质主要受以下四个因素影响：材料、配合比、施工和养生。为满足其要求，我们对影响二灰土集料混和料性质的因素进行逐一分析试验。1、土的影响土在二灰土中所占比例最大，它起到混和料骨架作用。有关资料显示，土的类别对二灰土影响很大。从表3能明显看出塑性指数对强度的影响：表3R7R14R28Ip=8.20.2630.3290.850Ip=12.10.5430.7811.184注：石灰：粉煤灰：土10：20：70 粉煤灰采用沾化电厂产品试验说明土的塑性指数越大，二灰土的强度就越高，规范要求塑性指数的适宜范围宜为1220。2、石灰的影响石灰中氧化钙CaO和氧化镁MgO的含量对二灰类材料有明显影

5、响。在石灰稳定土中，石灰剂量的多少对石灰土强度影响不明显，但在掺入粉煤灰特别是掺量较大时对二灰土强度影响明显。图1 不同石灰含量对强度的影响 1、护城河土场土，沾化粉煤灰 2、西沙河土场土，沾化粉煤灰 3、西海取土场，化工厂粉煤灰 4、西海取土场土，魏棉粉煤灰从图1可知，在使用不同材料多组试验结果均表明，当消石灰含量由12增加到14%时，强度增长约为5左右。在石灰的选择上，我们还进行了同比例的生石灰粉和消石灰强度对比试验。表410：20：7010：25：65备注R70.9140.931消石灰R70.7020.638生石灰从表4可以明显看出，同比例的生石灰粉二灰土强度明显低于消石灰，这是因为生石

6、灰中常含有或多或少的欠火石灰和过火石灰，欠火石灰不能全部融解，降低石灰的利用率。过火石灰消解慢，在石灰已经已经硬化后过火石灰才逐渐消解，放出大量水化热，还导致土体体积膨胀，在试验中就出现石灰颗粒膨胀，试件破裂现象。另外在施工中生石灰土碾压成型过早，易造成土体膨胀破坏板体现象，碾压过晚，又会错过石灰与土之间各种反应的有利条件，影响效果。所以考虑诸多因素，我们在配比中未采用生石灰粉。3、粉煤灰及二灰的影响粉煤灰是一种硅质的或硅铝质材料，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混和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。粉煤灰中的含炭量过多会影响其活性，规范要求&

7、lt;20。粉煤灰中氧化物含量（SiO2+AL2O3+Fe2O3）对二灰混合物的强度有明显影响，粉煤灰颗粒的粗细直接影响与石灰混和后反应生成物的数量，从而影响混和料的强度。粉煤灰的颗粒愈细，比表面积愈大，粉煤灰的活性愈强，从而增加混和料的抗压强度。根据图2所示，可以看出粉煤灰的氧化物含量对二灰土的强度影响最大。图表 2 不同氧化物含量粉煤灰对强度的影响 1沾化粉煤灰2化工厂粉煤灰3魏棉粉煤灰 根据沙庆林院士论述玻璃体的活性可用SiO2和AL2O3的比值（SiO2 /AL2O3）进行估算,比值越大,强度就越高。根据其理论计算：1沾化粉煤灰 SiO2 /AL2O3比值为49/22.1=2.25；2

8、#化工厂粉煤灰 SiO2 /AL2O3比值为53.3/21.3=2.5；3#魏棉粉煤灰 SiO2 /AL2O3比值为49.0/22.1=2.22；根据计算判断强度2#>1#>3#，与试验结果相符，而实际强度可能受细度或含炭量影响产生偏差。 在二灰土中，粉煤灰含量越大，早期强度R7越低。如表5所示表5石灰：粉煤灰：土10：20：7010：22：6810：25：65R70.4860.4810.479如图3所示，二灰含量的增加在一定范围内是促进强度增长的。图表 3不同二灰比对粉煤灰的影响 1#沾化粉煤灰 消石灰西沙河土场Ip=8.22沾化粉煤灰 消石灰 西海取土场Ip=12.1这是因为随

9、着二灰含量的增加，加大了灰土活性的火山灰成分，特别是对粘粒含量较低的粉砂土更为重要。通常认为粉煤灰含量越大的，强度（R90强度）越大，有资料显示粉煤灰含量增加到一定限度后强度反而下降，受条件限制我们未能做R90的强度对比。合理的二灰比能使生成胶凝物的反应物量比平衡，所以合理的二灰比和较高的二灰含量使提高强度的重要保证，对于粉砂土这种影响就更大一些。4、水泥的早期强度的影响为提高二灰土的早期强度，我们在10：20：70的二灰土中掺加不同剂量的P.O32.5水泥，混和料的不同强度如表6所示：表6水泥掺量01.5%2%R70.2630.5930.931R140.3290.6511.126R280.8

10、50.9601.420从表中可以明显看出，水泥剂量对二灰土早期强度的影响。1.5%水泥剂量的强度比不加水泥的R7强度高约120%，而R28强度则高12。2的水泥剂量比1.5的水泥剂量R7强度高约57%，R28强度高约47。由此可见，参加适当剂量的水泥对二灰土的早期强度提高有很大帮助。但是也有一些突出的缺点：添加水泥在施工过程中，收缩性大容易产生收缩裂缝；并且由于水泥的水化和结硬作用进行的比较快，因此对施工要求比较严格； 因此使用时应慎重。5、养生条件的影响粉煤灰颗粒是实心或空心的球状颗粒，玻璃（非晶质材料）为主要成分，其本身不具有水硬性，与水拌和后也不能产生明显的强度。二灰土的强度和耐久性直接

11、取决于石灰与粉煤灰反应后生成的胶结性化合物的数量。这些反应受时间和温度的影响很大，在与石灰的复杂反应中，需要长期养护才能生成更多的火山灰反应产物。灰土压实成型以后，更适宜在潮湿条件下养生，这与石灰土有明显区别。石灰土的养生虽然需要湿度，但是不能过多，更不能浸水。二灰土的火山灰反应与时间和温度有很大关系。如表7所示表7R7R14R28200.700.731.14250.931.361.65注：沾化粉煤灰:：消石灰：土10：20：70因此，保证二灰土辗压成型后的适当的湿度和温度，对二灰土的强度尤为重要。施工中最低温度应在5以上，特别是必须保湿养生，不能使石灰粉煤灰层表面干燥，如果施工中洒水养护不及

12、时，会出现裂缝现象。四、施工因素对的强度影响保证二灰选材和合理配比，在施工中要特别注意以下因素对灰土强度的影响：1、 重视石灰的及时消解和使用：石灰应在使用前710天充分消解，消除过火石灰的影响；消解后的石灰应尽快使用，防止有效钙镁含量的流失，一般堆放时间不宜超过一个月。2、 考虑到室内实验和现场条件的差别，工地实际灰剂量应较室内实验高出0.5-1%。3、 施工中应严格控制二灰土的含水量，以避免二灰土辗压成型时出现起皮、弹簧和裂缝现象。五、综述：综上所述，二灰土的强度受诸多因素的影响，但二灰土的二灰含量和粉煤灰的品质是影响二灰土强度的主要因素。经过我们大量试验证明，即使是难于成型的二灰稳定粉砂土，经过选择好的粉煤灰，调整合适的二灰比，二灰土的综合稳定效果也是可以达到设计要求的。对粉煤灰，应注重选择颗粒小、烧失量小的原材料以保证二灰配置稳定性，本工程考虑经济性和适用性，选用沾化粉煤灰。对于早期成型差、强度低，添加适当的水泥不失为解决此问题的比较经济的方法。在施工中加强养护的湿度和温度也是保证二灰土强度的重要