粉煤灰在公路工程中的应用研究

摘要：针对粉煤灰的特性及其优势进行了分析，并就其在公路工程中的应用展开探讨。

关键词：粉煤灰 公路 应用

粉煤灰作为一种电厂的燃料废渣，过去是很多企业头疼和难办的一件事， 大量的粉煤灰需要占用大面积的土地进行堆放，粉煤灰的粉尘造成周边环境被严重污染，随着各行各业对粉煤灰的开发和利用，特别是近几年全国公路的迅猛发展，粉煤灰的利用率越来越高，使粉煤灰“变废为宝”，粉煤灰在各项工程中的利用，不但使工程造价大大降低，而在节约土地、环境保护方面的意义更是非常深远的。粉煤灰治理的指导思想已从过去的单纯环境角度转变为综合治理、资源化利用； 粉煤灰综合利用的途径已从过去的路基、填方、混凝土掺和料、土壤改造等方面的应用，发展到目前的在水泥原料、水泥混合材、泵送混凝土、大体积混凝土制品、高级填料等高级化利用途径。

一、粉煤灰的特性

1.物理特性。粉煤灰松干密 度在445～680 k g / m 3范围内， 比表面积在221～586m2/kg之间。由于粉煤灰的多孔结构、球形粒径的特性，在松散状态下具有良好的渗透性，其 渗透系数比粘性土的渗透系数大数百倍。粉煤灰在外荷载作用下具有一定的压缩性，同比粘性土其压缩变形要小很多。

2.化学特性。粉煤灰属于CaO、Al2O3-SiO2系统，其化学成分以 Al2O3和SiO2为主，次要成分为CaO和Fe2O3以及少量的MgO和SO3等。由于煤粉高温燃烧，其中主要成分铝、硅形成了活性成分，同时粉煤灰的比表面积较大，具有很大的表面能，且粉煤灰的密度小，这就是其在公路中利用的基础和优势。

二、粉煤灰应用的优点

粉煤灰是火力发电厂燃烧煤粉产生的粉状灰渣。其主要成分是二氧化硅和三氧化二铝，在有石灰和水的条件下，粉煤灰能生成有胶凝物的产物，使石灰-粉煤灰混合料产生强度，它的这一特性已越来越多地被道路工程所利用，特别是底基层结构形式多采用石灰、粉煤灰稳定细料土（简称二灰土），取代了以前较常用的石灰稳定土，进一步提高了工程质量和道路的使用品质。规范规定作为路面用粉煤灰的烧失量不应超过20%。粉煤灰在高速公路中的应用具有以下优点。

1.减少用水量：经实验，用30%的粉煤灰代替20%的水泥，搅拌混凝土中间用水量可减少7%左右，而且增强了混凝土的密实性。

2.改善了混凝土拌和物的和易性。

3.增强混凝土的可泵性，因改善和易性而提高了易泵性，同时由于泌水性和离析现象改善，以及粉煤灰本身的球形玻璃体效应，可以得到更好的减阻效果。

4.减少了混凝土的徐变：经实验研究粉煤灰混凝土和基准混凝土的对比，前期接近，而徐变值后期明显较小，经加荷确定约减少50%。

5.减少水化热、热能膨胀性：混凝土中泥水化反应要放出热量，在大体路面施工中会出现中心与边缘温差而产生应力，导致裂缝。由于粉煤灰的掺加有利于减少在混凝土内部由于水化热而产生的升温，减少了混凝土热膨胀出现裂缝的危险。

6.提高混凝土抵渗能力：由于混凝土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改渗透和扩张作用的抵抗力，即抗渗力。

7.增加混凝土的修饰性：粉煤灰能使表面平整饱满，较容易面和修饰而且硬化后混凝土色泽更为美观。

三、粉煤灰在公路工程中的应用

1.粉煤灰路基。利用粉煤灰填筑路堤，具有用灰量大、投资少、经济效益显著、自重轻、强度高、压缩性小、固结快、减少污染、保护环境、节省土地、开拓新的筑路材料来源等优点。但也有粘聚力小，毛细水作用影响较大和运输及施工过程中容易扬尘等缺点。粉煤灰路堤根据施工方法可分为纯粉煤灰路堤和灰土间隔路堤。纯粉煤灰路堤因其有板结后密实度高、自重轻、沉降小和受雨水影响小等优点，在实际工程中容易推广。粉煤灰一般分为干排灰和湿排灰两种，在干燥状态下呈深灰或浅灰色，无粘结性； 在潮湿状态下呈灰色或灰褐色，浸于水后易于流散，湿排灰可作为路基填料，因其天然含水量较高，与最佳含水量有较大差距，在施工前应提前几天在灰池中放水，放水时必须掌握一定的度，若放少了则会与天然含水量有差距，若放多了，粉煤灰太干，在运输过程中极易起尘引起环境污染。

2.粉煤灰处理地基。粉煤灰处理地基的原理： 粉煤灰具有容量小、渗透性好、有较高的静力抗剪强度、较低的压缩性、与石灰等碱性物质产生水化反应后产生凝硬性。粉煤灰用于处理软土地基主要有二灰桩，粉煤灰混凝土桩，粉煤灰固结桩等形式，通过桩与土体形成复合地基加固深层软土地基。二灰桩是由粉煤灰和石灰组合而成，可分为两种桩型，即以粉煤灰为主的二灰桩和以石灰为主的石灰―粉煤灰桩。前者主要是对软土地基产生挤密和置换作用，适用于地下水位以下各种软土地基的加固，加固深度不超过12m； 后者主要对地基产生置换，成孔挤密，膨胀挤密，脱水挤密和胶凝作用，适用于地下水位以上的各种软土地基的处理和地下水位的软土地基的加固。粉煤灰固结桩一般适用于软土地基，粉煤灰固结桩由粉煤灰、石膏、水泥加水按一定比例配置而成。具有成型可靠，形状任意选择，造价低廉，改良地基的效果好，抗变形能力强，桩体密实度高等优点。施工时将配置好的浆液加压注入尼龙袋中，尼龙袋具有模板，过滤脱水，加压和增强等作用，由于灌注加压排水措施，尼龙袋微孔在灰浆向外渗出的过程中，水只能向外渗，并被隔离在袋外，形成固结硬化均匀的桩体。粉煤灰混凝土桩是由粉煤灰，碎石，中粗砂和水泥组成，在桩中加入粉煤灰后桩体会具有明显的后期强度，它和桩间土一起通过铺设在其上的褥垫层形成复合地基。

3.粉煤灰基层。粉煤灰类基层属于半刚性结构，具有强度高、稳定性好、刚度大和一定的抗冻性及抗裂缝性能优于水泥稳定碎石等优点，在公路建设中被广泛采用。常用的粉煤灰基层类型有二灰碎石、二灰砂砾、二灰砂和二灰土（ 灰土禁止用作高等级路面的基层，而只能用作底基层） 等。二灰混合料（ 石灰、粉煤灰混合料） 是将石灰、粉煤灰及其他掺入材料，按照合适的比例、最佳含水量、合理的工艺过程拌和均匀，经压实、养生后具有规定抗压强度的混合料。

4.粉煤灰混凝土。在混凝土中掺加粉煤灰，其可以与混凝土进行二次反应，生成难溶的水化硅酸钙凝胶，不仅降低了溶出的可能，而且也可填充混凝土内部的孔隙，使得混凝土强度和抗渗性提高。粉煤灰的加入还可使得混凝土制备需水量减小，从而降低混凝土早期干燥收缩，使混凝土密实性得到很大提高。总的来说在混凝土中掺加粉煤灰节约了大量的水泥和细骨料； 减少了用水量； 改善了混凝土拌和物的和易性； 增强混凝土的可泵性； 减少了混凝土的徐变；减少水化热、热能膨胀性； 提高混凝土抗渗能力； 增加混凝土的修饰性。

四、结语

如今粉煤灰在公路中的应用已越来越广泛，在工程中取得了良好的社会及经济效益，特别是在降低工程造价、环境保护、节约占地等方面意义深远。虽然粉煤灰的 应用取得了可喜成绩，但粉煤灰的研究和开发还远远不够，特别是对粉煤灰早期强度的研究以及石灰粉煤灰混合料收缩变形的研究还应进一步深入。

参考文献：

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