粉煤灰对水泥稳定碎石的作用

1、粉煤灰对水泥稳定碎石路用性能的影响分析半刚性基层目前已是我国高等级路面中所使用的最主要的材料类型。众多学 者历经了数十年的施工实践和理论研究，一致认识到，基层是柔性路面和半刚性 路面的主要承重层，基层的强弱和好坏对整个路面，特别是沥青路面的强度、质 量和寿命都有十分重要的影响。水泥稳定碎石以其良好的路用性已经普遍用于许 多道路结构中，而粉煤灰作为一种工程材料加入水泥稳定级配碎石中，则能够起 到节约水泥、改善拌和物的和易性、减少干缩率，提高后期强度、降低模量、提 高极限拉伸应变，增强抗渗性、耐久性等功效。为详细考察粉煤灰对水泥稳定碎石的影响，选取了两种级配的水泥稳定碎石 和水泥粉煤灰稳定碎石为对

2、象，进行了多项基层性能试验对比，由此得出了一些 粉煤灰对水泥稳定碎石基层的性能影响。1 .原材料本次研究的基层原材料主要包括：水泥、粉煤灰和碎石。检测的主要项目依 据基层的施工技术规范进行。试验采用的粉煤灰是军粮城电厂粉煤灰，有效成分含量见表1。水泥是“辇 牌”粉煤灰硅酸盐水泥，水泥品种为PF-32.5。碎石是山东提供，级配见表3。粉煤灰成分表表1试样名称化学成分()LOSSSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3Ek2oNa2O粉煤灰3.0153.5325.055.992.524.710.8697.721.390.61配合比成分表表2水泥稳定碎石水泥：碎石=6： 94石灰粉煤灰稳定碎石

3、水泥：粉煤灰：碎石=6： 12： 82碎石的筛分结果表3石料品种项目通过下列筛孔的百分率(%)31.5199.54.752.360.60.075碎石实际值10096.862.138.823.310.81.9击实试验是对稳定土进行击实试验，并绘制稳定土的含水量与干密度关系曲 线，从而确定稳定土的最佳含水量与最大干密度。结果列于表4。各级配的最大干密度与最佳含水量的试验结果表表4级配类型级配组成最大干密度(g/cm3)最佳含水量(%)水泥碎石6： 942.3805.6水泥粉煤灰碎石6： 12： 822.2606.8力学试验分析2. 1无侧限抗压强度无侧限抗压强度是测定无机结合料稳定土试件在无侧限条

4、件下的抗压强度。 本试件采用高:直径=1:1的圆柱体，高和直径均为100mm,是按照预定干密度用静 力压实法制备试件。试件脱模称重后，应立即用塑料薄膜包复，进行室内进行保温。养生时间按 本试验要求分为：7d、28d、100d。养生期间的温度为20C，湿度为95%。养生 期的最后一天，应该将试件浸泡在水中一昼夜。结果见表5。各种级配的无侧限抗压强度结果汇总表级配类型7d无侧限抗压强度(MPa)28d无侧限抗压强度(MPa)100d无侧限抗压强度(MPa)强度值偏差系数强度值偏差系数强度值偏差系数I水泥稳定饱水6.4111.729.686.4813.064.53碎石干燥7.469.1110.305

5、.3413.689.62II水泥粉煤灰稳饱水1.129.126.0210.4818.5511.37定碎石干燥3.6913.118.195.9319.5210.46从上表可以发现，两种材料随着养生时间的延长，其无侧限抗压强度逐渐 变大，其中水泥稳定碎石的早期强度(7d)明显高于水泥粉煤灰碎石；到了28 d 时，两者强度都进一步增大，不过仍然是水泥稳定碎石的强度要略高于水泥粉煤 灰碎石；但是到了后期(100d)，强度规律则发生明显的改变，最高强度的是水 泥粉煤灰碎石，水泥稳定碎石的强度反而小于前者，这说明粉煤灰对基层的后期 强度提高起到明显的作用。2. 2劈裂试验劈裂试验主要是测定无机结合料稳定土

6、(包括稳定细粒土、中粒土和粗粒土) 试件的劈裂强度即间接抗拉强度。本试验方法是采用按预定干密度用静力压实法 制备试件，试件的高：直径=1： 1的圆柱体，为观测后期使用时强度，养生时 间采用90d。试验结果见表6。劈裂强度及劈裂模量汇总表表6水泥碎石水泥粉煤灰碎石平均值(MPa)偏差系数(%)平均值(MPa)偏差系数(%)破坏应变(mm)1.719.1941.2116.412劈裂抗拉强度 R(MPa)0.259.9550.9713.289试验证明，90d龄期后，水泥粉煤后稳定碎石的间接抗拉强度值远大于没掺 粉煤灰的水稳碎石材料，增加将近4倍。2. 3抗冻性试验结果与分析各类型的抗冻性试验是采用击

7、实的最大干密度的98%，在最佳含水量下采用 静压法成型的试件，养生期100d，在试验的前一天进行饱水24h，结果见表7。抗冻性试验结果表表7类型冻融循环抗拉强度值 (MPa)100d非冻融抗拉强度值(MPa)强度比(%)/*100I水泥稳定碎石11.1312.2790.71II水泥粉煤灰碎石15.1017.8984.40从冻融循环后强度的绝对值大小排列看，顺序为：水泥粉煤灰碎石水泥碎 石。也就是说掺加粉煤灰后的水泥稳定碎石基层材料后期冻融后，能显著提高其 劈裂强度的绝对值，但冻融后强度降低的幅度相对大些。2. 4抗压回弹模量数据分析抗压回弹模量是指路基，路面及筑路材料在荷载作用下产生的应力与其

8、相应的回弹应变的比值，基层回弹模量表示基层材料在弹性变形阶段内，在垂直荷载作用下，抵抗竖向变形的能力，如果垂直荷载为定值，基层回弹模量值愈大则产生的垂直位移就愈小；如果竖向位移是定值，回弹模量 值愈大，则基层承受外荷载作用的能力就愈大，因此，路面设计中采用回 弹模量作为土基抗压强度的指标。抗压回弹模量采用在室内对无机结合料稳定材料的试件进行测试，其实验方 法采用顶面法，龄期100天。数据见表8。抗压回弹模量表表8级配类型III水泥碎石水泥粉煤灰碎石抗压回弹模量平均值(MPa)1765.762399.15偏差系数(%)23.7110.48数据显示，掺加粉煤灰后的水泥粉煤灰稳定碎石，三个月以后，抗

9、压回弹模 量值明显提高，且离散性下降。强度机理简析通过常规理论研究和本次试验结果的分析可认为，在水泥稳定基层材料的过 程中，水泥和被稳定材料之间发生了多种复杂作用，使被稳定材料的性能发生明 显的变化。这些作用可以分为：化学作用：如水泥颗粒的水化、硬化作用，以及水泥水化产物与粘土矿物之 间的化学作用等等。物理一一化学作用：如粘土颗粒与水泥及水泥水化产物之间的吸附作用，微 粒的凝聚作用，水及水化产物的扩散、渗透作用，水化产物的溶解、结晶作用等 等。物理力学作用：如土块的机械粉碎作用，混合料的拌和、压实作用等等。而掺加粉煤灰的水泥稳定碎石材料是由水泥、粉煤灰、集料和水等多种固体 结构元、孔结构元和水

10、分等组成的非均质体系，这种混合料的强度形成机理大致 可以由水泥水化强度反应和水泥粉煤灰水化后的类火山灰反应两大部分解释。混 合料加水后，随着时间的变化，即龄期的改变，材料体系逐渐发生变化，混合料 的宏观物理性能如强度、抗收缩性和抗疲劳性等，均随之变化。从化学角度看，水泥粉煤灰基层混合料中的粉煤灰含有大量活性 SiO2和 A12O3，能与水泥水化产物中的Ca(OH)2发生类似于火山灰反应的二次水化反应.生 成水化硅酸钙和水化铝酸钙，同时促进水泥进一步水化，起到提高混合料的后期 强度的作用.根据化学平衡原理，粉煤灰消耗部分Ca(OH)2,促进水泥的进一步 水化；未水化的粉煤灰颗粒，填充在硬化浆体和

11、集料之间，可提高水泥稳定碎石 基层的密实度，进而提高了这种混合料的耐久性。结论在水泥稳定碎石基层混合料中掺加一定量的粉煤灰，能促进水泥水化， 改善界面粘结性能，使混合料孔隙变小，结构更加紧密，从而提高了混合料的后 期强度，增强混合料抗破坏能力。如果对基层早期强度有需求时，两者中应选用水泥稳定碎石类基层材 料；而掺入粉煤灰后，就能大幅提高后期强度和抗冻性。粉煤灰掺人水泥稳定碎石后，可以明显提高材料的间接抗拉强度和模 量值。水泥稳定碎石基层材料中掺加一定量的粉煤灰，能更好地提高其路用 性能。就粉煤灰含量的大小对水泥稳定碎石基层混合料路用性能的影响，还有待 于作进一步的研究。参考文献：1公路工程无机结合料稳定