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粉煤灰在市政道路工程中的應(yīng)用

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林  果  蘇明明

摘要:本文闡述了粉煤灰的概述及其特性,并詳細(xì)介紹了粉煤灰在市政施工生產(chǎn)中的應(yīng)用,以及粉煤灰的使用對(duì)環(huán)境保護(hù)做出的重要貢獻(xiàn)。
關(guān)鍵詞:粉煤灰;市政道路;道路基層;應(yīng)用
中圖分類(lèi)號(hào):TU99           文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A           文章編號(hào):
Abstract: this article expounds the overview of fly ash and its characteristics, and introduced in municipal construction of fly ash production application, and the use of fly ash to environmental protection made an important contribution.
Keywords: fly ash; Municipal road; Road base course; Application;


引言
隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷提高,電力工業(yè)也隨之迅猛發(fā)展,粉煤灰排放堆積如山,不僅占用大量田地,而且對(duì)環(huán)境造成污染。如何利用豐富的粉煤灰資源,使其在保證工程質(zhì)量的同時(shí)取得良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益,是擺在工程科技工作者面前的一大課題。近幾年隨著全國(guó)市政道路工程建設(shè)的迅猛發(fā)展,粉煤灰的利用率越來(lái)越高,使粉煤灰“變廢為寶”粉煤灰在工程中的利用增多,不但使工程造價(jià)大大降低,而且在節(jié)約土地、環(huán)境保護(hù)方面的意義將是非常深遠(yuǎn)的。
1 粉煤灰的概述及特性
1.1 粉煤灰的概述
粉煤灰混凝土是指在混凝土中摻加粉煤灰組分的混凝土。粉煤灰摻入混凝土后,不僅可以取代部分水泥,而且還能改善混凝土的性能,既能降低工程造價(jià),又能減少環(huán)境污染。
1.2 特性
粉煤灰的比重在1.95~2.36之間,松干密度在450~700kg /m3 范圍內(nèi),比表面積220~588m2/kg之間。化學(xué)成分以Al2O3和SiO2為主(總含量常超過(guò)70%),次要成分為CaO(含量一般在2%~6%)和Fe2O3以及少量的M g O和SO3等。粉煤灰的密度小,比表面積較大,具有很大的表面能,且有多孔結(jié)構(gòu)、球形粒徑的特性,在松散狀態(tài)下具有良好的滲透性,其滲透系數(shù)比粘性土的滲透系數(shù)大數(shù)百倍。粉煤灰在外荷載作用下具有一定的壓縮性,同比粘性土其壓縮變形要小得多,經(jīng)試驗(yàn)相同密實(shí)度(重型K=100%) 的土與粉煤灰,土的壓縮系數(shù)比粉煤灰的壓縮系數(shù)大45%~55%。粉煤灰的毛細(xì)現(xiàn)象十分強(qiáng)烈,其毛細(xì)水的上升高度與壓實(shí)度有著密切關(guān)系。粉煤灰的這些特性決定了其在市政道路利用的基礎(chǔ)和優(yōu)勢(shì)。
2 粉煤灰在市政道路工程中的廣泛應(yīng)用及其經(jīng)濟(jì)效益
2.1 粉煤灰在混凝土中的應(yīng)用
粉煤灰在混凝土中應(yīng)用,既可廢物利用,又能提高工程質(zhì)量,還可增加經(jīng)濟(jì)效益。粉煤灰作為混凝土的摻和料,可以替代一定量的水泥,由于粉煤灰的價(jià)格僅是水泥價(jià)格的三分之一,故雖在混凝土中超量取代水泥,但其直接經(jīng)濟(jì)效益也是很明顯的。在混凝土中摻加粉煤灰,填充骨料顆粒的空隙并包裹它們形成潤(rùn)滑層,由于粉煤灰的容重只有水泥的2/3 左右,而且粒形好,因此能填充得更密實(shí),在水泥用量較少的混凝土里尤其顯著; 而且對(duì)水泥顆粒起物理分散作用,使其分布得更均勻,在水膠比較低時(shí),水化緩慢的粉煤灰可以提供水分,使水泥水化得更充分。還可延緩水化速度,減小混凝土因水化熱引起的溫升,對(duì)防止混凝土產(chǎn)生溫度裂縫十分有利。又因粉煤灰比重小,增加了膠結(jié)材料的體積。如果摻入的粉煤灰的重量超過(guò)取代水泥的重量,那么粉煤灰增加的部分可以代替部分細(xì)集料,從而改善了細(xì)集料的級(jí)配,使?jié){體與集料比值有更大的增加,有足夠的砂漿來(lái)填充空隙,從而提高了混合料的內(nèi)聚力和流動(dòng)性,改善了混凝土的質(zhì)量。
綜上所述,在混凝土中摻入粉煤灰具有使混凝土后期強(qiáng)度高、干縮性小、和易性好、水化熱低、抑制堿骨料膨脹、抗硫酸鹽腐蝕性能好、改善混凝土質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)。但取代水泥量按強(qiáng)度等級(jí)的不同而異,即強(qiáng)度等級(jí)較低的取代量大,強(qiáng)度等級(jí)較高的取代量小,其超量系數(shù)則也相應(yīng)由大到小。通過(guò)試驗(yàn)摻入粉煤灰混凝土的水灰比較基準(zhǔn)混凝土小,這對(duì)提高混凝土的強(qiáng)度、密實(shí)度及減少收縮都是有利的; 其早期的強(qiáng)度比基準(zhǔn)混凝土略低,后期強(qiáng)度則有一些明顯的優(yōu)勢(shì)。這在常規(guī)施工中,尤其是大體積混凝土和泵送混凝土工程中應(yīng)用效果十分顯著。
2.2 粉煤灰在混凝土路面中的應(yīng)用
市政道路工程采用水泥混凝土路面是我國(guó)市政道路路面主要形式之一,它具有強(qiáng)度高、剛度大、受溫度影響小、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),然而因長(zhǎng)期直接經(jīng)受車(chē)輛荷載的反復(fù)作用,車(chē)輪對(duì)路面的沖擊、擠壓以及路面上堅(jiān)硬物質(zhì)的不斷磨損破壞,所以要求路面混凝土能滿足混凝土路面攤鋪工作性( 和易性) 、彎拉強(qiáng)度、耐久性與經(jīng)濟(jì)性的要求。摻入粉煤灰,是提高水泥混凝土性能的有效技術(shù)手段。粉煤灰大部分成分為玻璃微珠和顆粒較小、較密實(shí)、孔隙小的玻璃體,這些成分具有強(qiáng)度高、耐久性好、顆粒細(xì)等特點(diǎn),有利于降低混凝土的含氣量,將其摻入混凝土中能改善混凝土的工作性能,提高混凝土的耐久性和抗折強(qiáng)度; 因水泥混凝土路面的抗磨性與強(qiáng)度成線性正比的關(guān)系,故隨著路面抗折強(qiáng)度的提高,抗磨性也隨之提高; 摻入粉煤灰可降低混凝土的泌水率,有利于混凝土的運(yùn)輸; 還可降低水泥水化速度,混合料凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng),有利于高溫季節(jié)施工,并有利于遠(yuǎn)距離運(yùn)輸。
2.3 粉煤灰在市政道路路堤上的應(yīng)用
粉煤灰路堤是指全部采用粉煤灰或部分采用粉煤灰填筑的公路路堤。路堤施工中使用粉煤灰,可以減少與農(nóng)業(yè)爭(zhēng)地,采取一定技術(shù)措施,能夠滿足不同等級(jí)道路的技術(shù)要求。粉煤灰質(zhì)輕、多孔隙、顆粒均勻,具有重量輕、壓縮性小、滲透性好、摩擦系數(shù)大、強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn),其路用性能滿足市政道路路堤的技術(shù)要求,特別適用于軟弱地基上高路基的修筑,能充分利用粉煤灰質(zhì)量輕的特點(diǎn),減輕路堤自重、減輕軟土地基的附加應(yīng)力,從而減少總沉降并提高路堤的穩(wěn)定性。粉煤灰吸水量大,泄水能力強(qiáng),施工壓實(shí)含水量要求范圍比較寬,給施工帶來(lái)方便,尤其是雨季施工,更能體現(xiàn)出其優(yōu)越性。修筑粉煤灰路堤必須掌握好攤鋪厚度、含水量控制、壓實(shí)機(jī)械的選擇和壓實(shí)遍數(shù)等幾項(xiàng)關(guān)鍵因素。充分重視粉煤灰路堤的邊坡防護(hù)及隔離層設(shè)置,防止地表水或地下水進(jìn)入路堤,使路基的土質(zhì)地面高于周?chē)锏兀O(shè)置必要的排水系統(tǒng)。
近年來(lái),我國(guó)市政道路發(fā)展迅猛,在平原地區(qū)修建市政道路,存在著大量取土與土地資源稀缺、保護(hù)耕地的矛盾。粉煤灰作為一種輕質(zhì)路堤填料,已經(jīng)越來(lái)越多地被應(yīng)用于市政道路路堤填筑工程中。而沿線開(kāi)封等電廠已儲(chǔ)存粉煤灰約300 多萬(wàn)噸,不但占用大量農(nóng)田而且對(duì)環(huán)境和地下水也造成嚴(yán)重污染。用粉煤灰填筑高等級(jí)公路路堤,不僅解決了道路與農(nóng)田土的取用,還解決了環(huán)境污染問(wèn)題,同時(shí)取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。
2.4 粉煤灰在市政道路基層施工中的應(yīng)用
將石灰、粉煤灰及其他摻入材料,按照合適的比例、最佳含水量、合理的工藝過(guò)程拌和均勻,經(jīng)壓實(shí)、養(yǎng)生后具有規(guī)定抗壓強(qiáng)度的混合料,稱為石灰、粉煤灰混合料( 簡(jiǎn)稱二灰混合料) 。施工路面基層和底基層時(shí)摻拌粉煤灰后筑路材料更能發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn),特別是二灰穩(wěn)定土具有良好的力學(xué)性能、板結(jié)性、水穩(wěn)定性和一定的抗凍性,其抗凍性比純石灰土高得多。粉煤灰類(lèi)基層的主要類(lèi)型有石灰粉煤灰穩(wěn)定細(xì)粒土(含砂)、中粒土和粗粒土,具體可分為: 石灰粉煤灰穩(wěn)定土(二灰土) 、石灰粉煤灰穩(wěn)定砂礫(二灰砂礫)、石灰粉煤灰穩(wěn)定碎石(二灰碎石) 、石灰粉煤灰穩(wěn)定礦渣(二灰礦渣)、石灰粉煤灰(二灰)等。粉煤灰類(lèi)基層屬于半剛性結(jié)構(gòu),具有強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、剛度大和一定的抗凍性等特點(diǎn),尤其是其抗裂縫性能優(yōu)于水泥穩(wěn)定碎石,在公路建設(shè)中被廣泛采用。滬寧高速公路常州段三個(gè)合同標(biāo)段的底基層,均是厚度為18cm 石灰粉煤灰。常州屬蘇南多雨地區(qū),在這雨天多、降雨量大、蒸發(fā)量高、濕度大的地區(qū)采用二灰底基層,給施工帶來(lái)很大便利,同時(shí)提高了工程質(zhì)量,降低工程造價(jià),一舉多得。
2.5 粉煤灰在CFG 樁方面的應(yīng)用
CFG樁—水泥粉煤灰碎石樁,是由水泥、碎石、石屑和粉煤灰加水拌和而成。CFG 樁具有較高的粘結(jié)強(qiáng)度,與樁間土一起通過(guò)褥墊層形成CFG 樁復(fù)合地基,能有效地提高地基強(qiáng)度,減少地基的沉降量,作為軟弱地基的處理是一種行之有效的方法。CFG 樁的長(zhǎng)度可從幾米到二十多米,既適用于獨(dú)立基礎(chǔ)也適用于條形基礎(chǔ)。在公路地基處理中,既可用于構(gòu)筑物地基的加固處理,又可用于路基地基的加固處理。CFG 樁對(duì)于軟弱地基強(qiáng)度的提高既有擠密作用,又有置換作用,同時(shí)CFG 樁具有一定的滲透性( 其滲透系數(shù)一般為10-4~10-3 cm/s) ,對(duì)樁周土體起到排水固結(jié)的作用。飽和軟粘土強(qiáng)度的提高主要取決于樁的置換作用,在不良路基處采用了CFG 樁,不僅減輕了施工難度,還大大節(jié)省了工程造價(jià)。
結(jié)束語(yǔ)
粉煤灰混凝土技術(shù)不僅可實(shí)現(xiàn)粉煤灰資源化, 解決環(huán)境污染問(wèn)題, 由于粉煤灰具有火山灰的活性作用, 還可以改善混凝土和易性,節(jié)約水泥、砂,降低混凝土水化熱, 從而取得較好的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益。因此有必要對(duì)粉煤灰混凝土的應(yīng)用技術(shù)加以研究, 使其具備在我國(guó)廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)。

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