水泥改善二灰稳定煤矸石抗冻性能研究

摘要：为了相应国家节约型社会的要求，充分利用煤矸石这种固体废弃物，将其变废为宝，将煤矸石大量应用于路基工程，提高其经济性。二灰煤矸石混合料早期抗冻性能较差，在冬季或寒冷地区施工时带来安全隐患，因此本文研究水泥改善煤矸石早期抗冻性能，水泥二灰煤矸石抗冻极限冻融次数，及中国部分地区推荐冻融次数及水泥掺量，以期为工程实际提供参考。

关键词：水泥二灰煤矸石冻融循环

1.试件质量损失

(1)不加入水泥的混合料，经过三次冻融循环后质量损失达到6.44%，质量损失较大，说明在饱水低温（-18±2℃）冻融条件下不加水泥的混合料抵抗冻融能力有限。

(2)水泥掺量为3%时，经过15次冻融循环后质量损失为1.73%，试件质量损失较小，此时水泥的作用还不足以抵抗冻融过程中试件质量的损失，若要保持质量不减少，水泥的掺量还应当增加。

(3)当水泥掺量为5%，7%时，在试件冻融的过程中，试件的质量没有损失，反而比以前有所增加，而且水泥掺量7%时增加的质量要比5%时增加的多，说明可能混合料在冻融过程中始终在发生化学反应，水参与其反应，使其质量不断增加。

2.试件强度损失及耐冻系数

(1)未冻融试件的强度随着龄期的增加速度快，而冻融试件的强度增加速度较之缓慢，温度对于混合料强度的增长影响较大。随着水泥掺量的增加，强度增加速率也有提高。可见水泥在混合料中的作用是显著的。随着水泥掺量的增加，试件7d强度有了显著的的增加，分别提高59%、183%、131%。

(2)水泥掺量0%时，三次冻融之后其质量损失很大，承压面已丧失，无法测其抗压强度，故其耐冻系数计算结果为100%，但实际是已不能继续承受压力。

(3)耐冻系数在15次冻融循环后，随着水泥掺量的增加，其耐冻系数也有所增加。主要原因是，随着水泥掺量的增加试件在标准养护条件下的无侧限强度增加的速度要高于其在低温条件下的强度增长速度，因此按公式计算的耐冻系数是增加的。

3.极限冻融次数

极限冻融次数的评定方法为，每组三个试件中质量损失有两个超过2%时前一次的冻融次数为试件的极限冻融次数。当试件质量达到3%及以上时试件表面出现大量脱落，承载面缺失较大，无法测定其无侧限强度，而质量损失超过2%时试件承载面缺失较小，能够测试其无侧限抗压强度，且质量损失在2%时由以上数据可得试件强度没有损失，因此将试件质量损失超过2%作为评定试件极限冻融次数的标准。随着水泥量的增加试件极限冻融次数成增加的趋势。

4. 推荐冻融循环次数及水泥掺量

表1 为本人研究分析得出的中国五个地区200mm深度处土壤温度的最低和最高温度，含水率及本试验采用的温度，含水率。

表1土壤温度实测值和本试验值

地图 土壤

深度

（mm） 实际温度变化 本研究采用温度 实际含水率（%） 本研究含水率（%）

最低温度（℃） 最高温度（℃） 冻结温度（℃） 融解温度（℃）

黑龙江海伦市 200 -12 20 -20 20 ≤90 100

河北张家口市 200 -10 25 -20 20 ≤90 100

河北省廊坊市 200 -5 28 -20 20 ≤90 100

青海省西宁市 200 -7.5 16 -20 20 ≤90 100

劳达地区 200 -11 12.5 -20 20 ≤90 100

本次研究的试验均是在试件完全饱水情况下，温度在-18±2℃环境下冰冻，在20℃环境下融化，最低温度远比上述实测最低温度低，在试验条件下冻融造成试件的破坏程度比在实际情况下的破坏严重。

5.结论

通过本文对于二灰煤矸石抗冻性能试验研究，得出一下结论：

1. 不加入水泥的混合料，经过三次冻融循环后质量损失达到6.44%，质量损失较大，说明在饱水低温（-18±2℃）冻融条件下不加水泥的混合料抵抗冻融能力有限。水泥掺量为3%时，经过15次冻融循环后，质量损失为1.73%，无侧限抗压强度在整个冻融循环过程中保持增长趋势。水泥掺量为5%，7%时，经过15次冻融循环后，质量没有减少，反而有所增加，无侧限抗压强度也保持增长趋势.

2. 二灰煤矸石混合料作为路基施工时，尤其是在冬季施工时，其混合料强度增长缓慢，尤其是施工过程中没有完好的路面的保护，其抵抗冻融能力不足，为了保证工程质量，宜加入一定量水泥。

3. 本文在试验的基础上结合研究土壤温度对于不同地区路基冻融提出推荐冻融次数及对应的水泥掺量，以供实际工程参考。

4. 水泥对于煤矸石路基早期强度贡献卓越，大大提高了其早期强度，提高其抗冻性能，至于水泥是否改善煤矸石混合料孔结构还需要进一步微观研究。

5. 20cm-60cm的土层，在年气温变化的过程中，呈现由0℃以下向0℃以上逐渐升温的过程，再由0℃以上向0℃以下逐渐降温的过程，在个别月份变化中会出现在0℃附近波动，在整个变化过程中呈现连续平稳的变化趋势。

参考文献：

[1] 邱钰,缪林昌,刘松玉. 煤矸石在道路建设中的应用研究现状及实例[J]公路交通科技 , 2002,(02)

[2] 刘俊尧,裴春平,刘晓惠等，煤矸石做道路基层材料的应用分析[J]，云南交通科技，2000，16（3）：23～26

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。