水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石基層的應用技術

　　襄十高速公路是國道主干線襄樊至十堰公路湖北境內的一段，全長240Km，其中K125+000――K149+500段經過十堰市，十堰市熱電發(fā)電廠有大量的粉煤灰(濕排灰)?？紤]到因地制宜、就地取材的原則，該段路面基層設計時決定利用粉煤灰作為穩(wěn)定材料。但襄十公路沿線石灰來源相當困難，并且在工藝流程中處理石灰的消解、過篩有相當的難度，在單位時間內所需供灰量大，而且需要大量的儲料棚以及環(huán)境污染處理等問題，為了尋求改善和簡化施工工序，又要力爭在不增加工程造價、不降低質量標準的前提下，我們決定用水泥替代二灰結構中的石灰。筆者通過在襄十高速公路建設過程中的實踐，形成了一套水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石基層的技術要求。

　　1、原理分析

　　粉煤灰中含有大量SI02、AL203等能反應產生凝膠的活性物質，它們在粉煤灰中以球形玻璃體的形式存在，這種球形玻璃體比較穩(wěn)定，表面又相當致密，不易水化，水泥粉煤灰早期反應主要是水泥遇水后產生水解與水化反應，水泥水化生成硅酸鈣晶體，這些晶體產生部分強度，同時水泥水化生成氫氧化鈣與水化鋁酸鈣，大部分水化產物開始以凝膠體出現，隨著凝期的增長，逐步轉化為纖維狀晶體，并隨著數量的不但增加，晶體相互交叉，形成連鎖結構，填充混合物的孔隙，形成較高的強度，隨著粉煤灰活性的不斷調整，使水泥粉煤灰不僅有較高的早期強度，而且其后期強度也有較大提高。

　　2、初定技術規(guī)范

　　眾所周知，水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石結構目前尚無相應的技術標準及規(guī)范，但從上述原理分析上看，水泥與粉煤灰和石灰與粉煤灰的反應機理很相似，實際上都是氫氧化鈣與粉煤灰玻璃體的反應，只不過水泥能夠形成較高的早期強度，因此在工程初期我們綜合參考石灰粉煤灰穩(wěn)定碎石及水泥穩(wěn)定碎石的相關技術標準及規(guī)范，決定暫時按下述要求進行配比設計及試驗段施工。

　　2.1 原材料質量要求

　　2.1.1 水泥：采用水泥穩(wěn)定土基層技術規(guī)范中關于水泥的質量要求。

　　2.1.2 粉煤灰：采用石灰粉煤灰穩(wěn)定土基層技術規(guī)范中關于粉煤灰的質量要求

　　2.1.3 碎石：采用石灰粉煤灰穩(wěn)定土基層技術規(guī)范中關于碎石的質量要求。

　　2.2 其它質量要求

　　2.2.1 根據《公路路面基層施工技術規(guī)范》的規(guī)定襄十高速公路設計累計標準軸次超過12×106次，同時考慮工程進度的要求決定下基層7天無側限抗壓值≥3MPa，上基層7天無側限抗壓值≥4MPa.

　　2.2.2 水泥粉煤灰與集料的比初步采用20：80―15：85.

　　2.2.3 集料級配采用規(guī)范級配的中值。

　　3、配合比設計試驗

　　按照上述要求，進行了配合比組織設計試驗，測定不同的水泥、粉煤灰劑量的7天無側限抗壓強度。

　　采用水泥+粉煤灰占總量的15%、20%，水泥劑量為3.5%、4%、4.5%、5%、5.5%分別進行試驗。

　　以上可見碎石的用量對混合料的強度影響很大，在水泥劑量不變的情況下碎石用量從85%減少到80%，七天強度下降28.8%.如果碎石用量為80%，水泥用量既使達5.5%，其七天強度也不?達到規(guī)范對上基層的強度要求。當然從經濟效益上分析，碎石用量從85%減少80%，材料成本將減少2.3%，其原因是一來粉煤灰比碎石單價便宜，二來是混合料中粉煤灰含量越多，混合料的最大干密度就越小，每立方米混合料所需材料減少。所以綜合考慮將配合比暫定為下基層水泥：粉煤灰：碎石=4：16：80，上基層水泥：粉煤灰：碎石=5：10：85.參考水泥穩(wěn)定碎石中心站集中廠拌法施工規(guī)范進行施工，在采用上述配比施工的上、下基層都不同程度的出現了較多的開裂現象，特別是上基層平均每5―10M一道橫向貫穿裂縫。針對這個問題，我們對水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石的開裂機理及防治辦法進行了專項研究。 采集者退散

　　4、開裂機理分析

　　水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石混合料產生開裂的原因是因為受到溫縮和干縮的綜合作用，但施工期間氣溫逐漸升高，因此主要是干縮造成了開裂。

　　水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石混合料經拌和壓實后，由于蒸發(fā)和混合料內部發(fā)生水化作用，混合料的水份會不斷減少。由于水的減少而發(fā)生的毛細管作用、吸附作用、分子間力的作用，材料礦物晶體或凝膠體間層水的作用和碳化收縮作用等都會引起水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石材料產生體積收縮，其干縮性的大小與水泥、粉煤灰劑量，碎石粒料的含量，混合料中小于0.075mm的細顆粒的含量相關，針對上述原因我們進行了大量的試驗分析。

　　4.1 干縮系數試驗

　　4.1.1 不同水泥劑量對干縮系數的影響

　　4.1.2 粒料含量與干縮溫縮系數的關系

　　4.1.3 集料級配及含量與干縮系數關系

　　對于水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石，采用5%的水泥劑量，當級配采用規(guī)范級配的上、中、下限時其干縮系數，分別為60×10-6、65×10-6、55×10-6.

　　4.2 試驗數據分析

　　4.2.1 水泥劑量從5%增加到6%和7%，干縮系數增加20%和30%，所以在保證設計強度的情況應盡量控制水泥劑量，實際最大水泥劑量不能超過5.5%.

　　4.2.2 在水泥劑量不變的情況下，粉煤灰增大5%，干縮應變增加17%，干縮系數增加18%.所以粉煤灰應盡量少用，綜合經?效應及強度要求，粉煤灰用量在8%-10%之間比較合適。

　　4.2.3 粒料含量增加則干縮+溫縮系數縮小，集料級配越粗，則干縮系數越小。

　　通過上述室內試驗分析及現場施工的實際調查，我們發(fā)現上、下基層開裂的主要原因在于粉煤灰用量過大，以及集料級配偏細。

　　4.3 集料級配的調整

　　對照水泥穩(wěn)定集料的顆粒組成范圍與石灰粉煤灰穩(wěn)定碎石顆粒組成范圍我們發(fā)現：水泥穩(wěn)定碎石的顆粒組成級配明顯比石灰粉煤灰穩(wěn)定碎石的顆粒組成級配要更粗一些。所以我們通過室內配合比對照及試驗段的施工，最后采用下述級配用于水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石層的施工。

　　5、結論

　　通過實驗研究及理論分析，為減少水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石結構的干縮系數，盡量避免干縮裂縫的產生，我們調整配合比為：

　　上基層水泥：粉煤灰：碎石=5：9：86

　　下基層水泥：粉煤灰：碎石=4：10：86

　　其中碎石的級配由原來的懸浮密實結構改為骨架密實結構，即采用級配的中下線。采用上述配合比和級配施工的基層早期強度、七天強度都較高，并且基本克服了橫向貫穿裂縫現象。

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