粉煤灰在高速公路路面基层水泥稳定碎石施工中的应用

粉煤灰在高速公路路面基层(水泥稳定碎石)施工中的应用高速公路路面基层（水泥稳定碎石）摊铺施工对混合料的路用性能有很高的要求，混合料既要具有很好的稳定性能，又要有良好的工作性能。掺入适量粉煤灰，是提高水泥稳定碎石性能的有效技术手段。通过相关试验和施工实践，对水泥稳定碎石掺入粉煤灰的性能进行了研究，确定了粉煤灰的技术要求、合适的掺量、配合比设计方法，并提出了改进的措施。一、粉煤灰水泥的技术性能1、原理分析粉煤灰是热电厂的排放物，而且污染环境，但若用于建材，会取得较好经济效益。粉煤灰中含有大量SiO2、AL2O3等能反应产生凝胶的活性物质，它们在粉煤灰中以球形玻璃体的形式存在，这种球形玻璃体比较稳定，表面又相当致密，不易水化，水泥粉煤灰早期反应主要是水泥遇水后产生水解和水化反应，水泥水化生成硅酸钙晶体，这些晶体产生部分强度，同时水泥水化生成氢氧化钙通过液项扩散到粉煤灰球形玻璃体表面，发生化学吸附和侵蚀，生成水化硅酸钙与水化铝酸钙，大部分水化产物开始以凝胶体出现，随着凝期的增长，逐步转化为纤维壮晶体，并随着数量的不断增加，晶体相互交叉，形成连锁结构，填充混合料的空隙，形成较高的强度，随着粉煤灰活性的不断调动，使水泥粉煤灰不仅有较高的早期强度，而且其后期强度会有较大提高。2.室内试验=1\*GB3①粉煤灰的技术要求粉煤灰堆放不仅占用大量土地，由于燃烧和回收工艺的不同，粉煤灰的品质也有很大差别。在水泥稳定碎石基层工程中要求使用干粉煤灰，要求达到Ⅲ级以上粉煤灰的技术要求，并先采用磨细粉煤灰。可用于水泥稳定碎石基层的粉煤灰技术要求及我市几个电厂所产粉煤灰的技术试验数据如表1。表1水泥稳定碎石基层用粉煤灰的技术要求及试验结果粉煤灰需水量比/%含水量/%Loss/%SO3/%细度1/%(45uum筛)射阳电厂产940.206.350.792.1盐城电厂产960.185.51.08619.8要求指标≤105≤1≤8≤3≤20=2\*GB3②粉煤灰水泥稳定碎石的配合比设计粉煤灰水泥稳定碎石的配合比设计根据，参照《江苏省高速公路水泥稳定碎石基层施工指导意见》苏高指[（2001）48号文]；《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》JTJ057-94；《公路工程集料试验规程》JTJ058-2000；《公路路面基层施工技术规范》JTJ034-2000；《水泥物理性能试验规程》GB/T1346-2001、GB/T17671-1999；《高速公路路基路面物理测试规程》JTJ059-95；《公路工程质量检测评定标准》JTJ071-99。=3\*GB3③粉煤灰的掺量国内外的理论研究表明，硅酸盐水泥中可释放出的Ca(OH)2及其石膏最多只能使28%的粉煤灰得到水化反应，从而提高强度。在盐通高速公路盐城段路面基层施工中，规定每1m3水泥稳定碎石至少使用125kg水泥。当1m3水泥稳定碎石使用125kg425#普通硅酸盐水泥、含水量5%，初步确定掺入粉煤灰10kg、12kg、14kg、16kg、18kg、20kg、22kg、24kg进行试配，得出结果是掺入12kg粉煤灰的水泥稳定碎石综合性能最佳。此时粉煤灰掺量为水泥用量的10%。推荐使用粉煤灰掺量为水泥用量的8%-20%。二、粉煤灰对水泥稳定碎石性能的改善1.改善工作性能粉煤灰的掺入，使胶凝材料的总量增加，水泥稳定碎石工作性能大幅度改善，更适合于机械摊铺：①粉煤灰水泥稳定碎石粘度系数减小，有利于机械碾压密实；②静态坍落度变小，有利于防止塌边；③胶凝材料的总量增加使摊铺成型的稳定碎石基层光滑平整；④和易性的改善，减小了摊铺机前进的阻力，减轻了摊铺机的工作负荷。这些性能的改善是由于粉煤灰有较大的比表面积和球状微珠对流变学性能的影响所致。2.提高抗折强度水泥稳定碎石中使用粉煤灰，能提高抗折强度，尤其是使后期强度大幅度提高。试验结果见表2。表2粉煤灰水泥稳定碎石抗折强度随龄期的增长Ⅲ级粉煤灰掺量//kg抗折强度/Mppa7d28d90d02.653.113.15122.523.173.38162.413.363.79202.323.583.92从表2知，粉煤灰水泥稳定碎石的28d、90d、后的抗折强度比普通水泥稳定碎石分别提高了3%-6%、4%-8%和。粉煤灰的掺量越大，龄期越长，强度提高越大。3.降低泌水率由于机械配套的限制，国内水泥稳定碎石基层多采用自卸车运输混合料，在运输过程中由于运距远较而产生泌水将会导致混合料工作性能降低，并产生卸料困难，降低工作效率，提高劳动强度。掺入粉煤灰可降低水泥稳定碎石在运输过程中的泌水率，有利于水泥稳定碎石的运输。4.降低水泥水化速度掺入粉煤灰可降低水泥水化速度，混合料凝结时间延长，有利于高温季节施工，并有利于远距离运输5、提高水泥稳定碎石抗渗能力：由于水泥稳定碎石能减少用水量和降低水灰比，并且在和水泥水化过程中析出氢氧化钙生成水化硅酸钙和水化铝酸钙凝胶，使水泥石中毛细孔的数量减少，孔径变小，增加了对液体和气体的渗透和扩散作用的抵抗力，即抗渗力。6.减少水化热、热膨胀水泥稳定碎石中水泥水化反应要放出热量，在大面积水泥稳定碎石基层中会出现温差而产生应力，导致裂缝。由于粉煤灰的掺入有利于减少在水泥稳定碎石内部由于水化热而产生的升温，减少水泥稳定碎石热膨胀出现的危险。三、存在的问题及其处理措施粉煤灰水泥稳定碎石1.粉煤灰水泥稳定碎石干缩性大，高温大风季节施工易产生塑性收缩开裂在高速公路路面基层施工中，每1m3粉煤灰水泥砼水泥用量为125kg，粉煤灰为12kg，胶凝材料总量为137kg。显然，胶凝材料的总量增加在夏季高温大风天气施工容易产生塑性收缩裂缝。研究表明，粉煤灰水泥稳定碎石在0.57kg/m2·h蒸发率的条件下就会产生塑性收缩裂缝，而普通水泥混凝土则产生塑性收缩裂缝的临界蒸发率为0.75kg/m2·h，这一点是值得高度重视的。通过一定技术措施，完全可以控制裂缝的产生。在盐通路的施工中，在摊铺成型的水泥稳定碎石喷洒养护剂后，马上用透水土工布覆盖，避免烈日的照射，降低蒸发率，并在土工布上洒水，保持湿润，补充蒸发的水分。另外，还采用了在摊铺成型水泥稳定碎石洒养护剂过后喷洒雾化水的方法来控制裂缝的产生。前者比后者更保险。在施工过程中，要提高对裂缝产生的警惕性，在气温大于28℃，或是多风的季节，要做好控制裂缝产生的准备工作。2.低温季节施工易发生施工期裂缝粉煤灰水泥稳定碎石路面早期强度低，导致发生施工期裂缝，裂缝分三种情况：(1)冬季施工，由于水泥化较慢，水泥稳定碎石基层早期强度很低，由于水泥稳定碎石基层内应力和外部因素的影响，产生裂缝。只要加强施工质量管理，和在28d养护期内禁止开放施工交通，裂缝问题就能基本解决。(2)在多台摊铺机拼幅施工时参生裂缝。前一幅摊铺后，由于时间差，水泥在混合料中产生温度应力的用作，在摊铺机交接处产生裂缝。由于温度的变化，刚施工的、强度偏低的基层也会开裂变形，致使刚施工的基层出现大量断缝。此类型断缝超过规范容许值，将要花费了一定的资金进行处理。通过采用缩短两摊铺机距离尽量同步摊铺而减小时间差来解决此问题。(3)在纵向接缝旁产生裂缝。此裂缝的分布规律与"3.1"所述的裂缝一样，但形成的机理不一样。施工气温较低时，粉煤灰、水泥稳定碎石强度形成缓慢，由于温度应力的作用，产生了裂缝。控制裂缝的措施采用垂直接缝，或在施工气温低于10℃时停止施工。3、抗冻性降低:经研究发现，掺加了粉煤灰的水泥稳定碎石较基准水泥稳定碎石抗冻指标有所下降，如要提高抗冻性能，则要提高强度或延长养护龄期。4.由于早期强度较低，要加强养生，并延长养生期。四、社会经济效益1.社会效益取得的社会效益主经体现为对环境的贡献：盐通高速公路盐城段全线95.582km，如果路面基层全部使用粉煤灰水泥稳定碎石，要使用了1.44万t粉煤灰，减少热电厂用于存放粉煤灰的土地700亩，保护了土地资源。少用425#水泥0.5万t，减少了生产水泥时CO2的排放量0.5万t，减少了对大气的直接污染。基层平整度、强度、外观等工程质量的提高获得了社会的赞誉，还为沥青砼基层施工打下了良好基础。2.直接经济效益全线95.582km粉煤灰水泥稳定碎石基层需要使用了1.44万t粉煤灰，为电厂节约存放粉煤灰的资金150万元，减少使用水泥0.5万t，节约工程成本95万元。每1km水泥稳定碎石基层节约工程成本1万