粉煤灰在市政道路工程中的应用

林果苏明明

摘要：本文阐述了粉煤灰的概述及其特性，并详细介绍了粉煤灰在市政施工生产中的应用，以及粉煤灰的使用对环境保护做出的重要贡献。
关键词：粉煤灰；市政道路；道路基层；应用
中图分类号：TU99 文献标识码：A 文章编号：
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
随着我国国民经济的不断提高，电力工业也随之迅猛发展，粉煤灰排放堆积如山，不仅占用大量田地，而且对环境造成污染。如何利用丰富的粉煤灰资源，使其在保证工程质量的同时取得良好的经济效益、社会效益和环境效益，是摆在工程科技工作者面前的一大课题。近几年随着全国市政道路工程建设的迅猛发展，粉煤灰的利用率越来越高，使粉煤灰“变废为宝”粉煤灰在工程中的利用增多，不但使工程造价大大降低，而且在节约土地、环境保护方面的意义将是非常深远的。
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掺加粉煤灰组分的混凝土。粉煤灰掺入混凝土后，不仅可以取代部分水泥，而且还能改善混凝土的性能，既能降低工程造价，又能减少环境污染。
1.2 特性
粉煤灰的比重在1.95～2.36之间,松干密度在450～700kg /m3 范围内，比表面积220～588m2/kg之间。化学成分以Al2O3和SiO2为主(总含量常超过70%),次要成分为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，比表面积较大，具有很大的表面能，且有多孔结构、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得多，经试验相同密实度(重型K=100%) 的土与粉煤灰，土的压缩系数比粉煤灰的压缩系数大45%～55%。粉煤灰的毛细现象十分强烈，其毛细水的上升高度与压实度有着密切关系。粉煤灰的这些特性决定了其在市政道路利用的基础和优势。
2 粉煤灰在市政道路工程中的广泛应用及其经济效益
2.1 粉煤灰在混凝土中的应用
粉煤灰在混凝土中应用，既可废物利用，又能提高工程质量，还可增加经济效益。粉煤灰作为混凝土的掺和料，可以替代一定量的水泥，由于粉煤灰的价格仅是水泥价格的三分之一，故虽在混凝土中超量取代水泥，但其直接经济效益也是很明显的。在混凝土中掺加粉煤灰，填充骨料颗粒的空隙并包裹它们形成润滑层，由于粉煤灰的容重只有水泥的2/3 左右，而且粒形好，因此能填充得更密实，在水泥用量较少的混凝土里尤其显著; 而且对水泥颗粒起物理分散作用，使其分布得更均匀，在水胶比较低时，水化缓慢的粉煤灰可以提供水分，使水泥水化得更充分。还可延缓水化速度，减小混凝土因水化热引起的温升，对防止混凝土产生温度裂缝十分有利。又因粉煤灰比重小，增加了胶结材料的体积。如果掺入的粉煤灰的重量超过取代水泥的重量，那么粉煤灰增加的部分可以代替部分细集料，从而改善了细集料的级配，使浆体与集料比值有更大的增加，有足够的砂浆来填充空隙，从而提高了混合料的内聚力和流动性，改善了混凝土的质量。
综上所述，在混凝土中掺入粉煤灰具有使混凝土后期强度高、干缩性小、和易性好、水化热低、抑制碱骨料膨胀、抗硫酸盐腐蚀性能好、改善混凝土质量等优点。但取代水泥量按强度等级的不同而异，即强度等级较低的取代量大，强度等级较高的取代量小，其超量系数则也相应由大到小。通过试验掺入粉煤灰混凝土的水灰比较基准混凝土小，这对提高混凝土的强度、密实度及减少收缩都是有利的; 其早期的强度比基准混凝土略低，后期强度则有一些明显的优势。这在常规施工中，尤其是大体积混凝土和泵送混凝土工程中应用效果十分显著。
2.2 粉煤灰在混凝土路面中的应用
市政道路工程采用水泥混凝土路面是我国市政道路路面主要形式之一，它具有强度高、刚度大、受温度影响小、使用寿命长等优点，然而因长期直接经受车辆荷载的反复作用，车轮对路面的冲击、挤压以及路面上坚硬物质的不断磨损破坏，所以要求路面混凝土能满足混凝土路面摊铺工作性( 和易性) 、弯拉强度、耐久性与经济性的要求。掺入粉煤灰，是提高水泥混凝土性能的有效技术手段。粉煤灰大部分成分为玻璃微珠和颗粒较小、较密实、孔隙小的玻璃体，这些成分具有强度高、耐久性好、颗粒细等特点，有利于降低混凝土的含气量，将其掺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强度; 因水泥混凝土路面的抗磨性与强度成线性正比的关系，故随着路面抗折强度的提高，抗磨性也随之提高; 掺入粉煤灰可降低混凝土的泌水率，有利于混凝土的运输; 还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。
2.3 粉煤灰在市政道路路堤上的应用
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，可以减少与农业争地，采取一定技术措施，能够满足不同等级道路的技术要求。粉煤灰质轻、多孔隙、颗粒均匀，具有重量轻、压缩性小、渗透性好、摩擦系数大、强度高等优点，其路用性能满足市政道路路堤的技术要求，特别适用于软弱地基上高路基的修筑，能充分利用粉煤灰质量轻的特点，减轻路堤自重、减轻软土地基的附加应力，从而减少总沉降并提高路堤的稳定性。粉煤灰吸水量大，泄水能力强，施工压实含水量要求范围比较宽，给施工带来方便，尤其是雨季施工，更能体现出其优越性。修筑粉煤灰路堤必须掌握好摊铺厚度、含水量控制、压实机械的选择和压实遍数等几项关键因素。充分重视粉煤灰路堤的边坡防护及隔离层设置，防止地表水或地下水进入路堤，使路基的土质地面高于周围田地，设置必要的排水系统。
近年来，我国市政道路发展迅猛，在平原地区修建市政道路，存在着大量取土与土地资源稀缺、保护耕地的矛盾。粉煤灰作为一种轻质路堤填料，已经越来越多地被应用于市政道路路堤填筑工程中。而沿线开封等电厂已储存粉煤灰约300 多万吨，不但占用大量农田而且对环境和地下水也造成严重污染。用粉煤灰填筑高等级公路路堤，不仅解决了道路与农田土的取用，还解决了环境污染问题，同时取得良好的经济效益。
2.4 粉煤灰在市政道路基层施工中的应用
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，称为石灰、粉煤灰混合料( 简称二灰混合料) 。施工路面基层和底基层时掺拌粉煤灰后筑路材料更能发挥其优点，特别是二灰稳定土具有良好的力学性能、板结性、水稳定性和一定的抗冻性，其抗冻性比纯石灰土高得多。粉煤灰类基层的主要类型有石灰粉煤灰稳定细粒土(含砂)、中粒土和粗粒土，具体可分为: 石灰粉煤灰稳定土(二灰土) 、石灰粉煤灰稳定砂砾(二灰砂砾)、石灰粉煤灰稳定碎石(二灰碎石) 、石灰粉煤灰稳定矿渣(二灰矿渣)、石灰粉煤灰(二灰)等。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等特点，尤其是其抗裂缝性能优于水泥稳定碎石，在公路建设中被广泛采用。沪宁高速公路常州段三个合同标段的底基层，均是厚度为18cm 石灰粉煤灰。常州属苏南多雨地区，在这雨天多、降雨量大、蒸发量高、湿度大的地区采用二灰底基层，给施工带来很大便利，同时提高了工程质量，降低工程造价，一举多得。
2.5 粉煤灰在CFG 桩方面的应用
CFG桩—水泥粉煤灰碎石桩，是由水泥、碎石、石屑和粉煤灰加水拌和而成。CFG 桩具有较高的粘结强度，与桩间土一起通过褥垫层形成CFG 桩复合地基，能有效地提高地基强度，减少地基的沉降量，作为软弱地基的处理是一种行之有效的方法。CFG 桩的长度可从几米到二十多米，既适用于独立基础也适用于条形基础。在公路地基处理中，既可用于构筑物地基的加固处理，又可用于路基地基的加固处理。CFG 桩对于软弱地基强度的提高既有挤密作用，又有置换作用，同时CFG 桩具有一定的渗透性( 其渗透系数一般为10－4～10－3 cm/s) ，对桩周土体起到排水固结的作用。饱和软粘土强度的提高主要取决于桩的置换作用，在不良路基处采用了CFG 桩，不仅减轻了施工难度，还大大节省了工程造价。
结束语
粉煤灰混凝土技术不仅可实现粉煤灰资源化，解决环境污染问题，由于粉煤灰具有火山灰的活性作用，还可以改善混凝土和易性，节约水泥、砂，降低混凝土水化热，从而取得较好的社会效益、经济效益、环境效益。因此有必要对粉煤灰混凝土的应用技术加以研究，使其具备在我国广泛应用的基础。

参考文献
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