高鈣粉煤灰與粉煤灰混合料的路用性能研究

張繼承

（新鄉(xiāng)市公路管理局，河南 新鄉(xiāng) 453000）

1 引言

粉煤灰是火力發(fā)電廠的一種工業(yè)廢棄物，是磨細(xì)的煤粉燃燒后從煙道排出的廢渣，俗稱“飛灰”。當(dāng)發(fā)電廠采用立式旋風(fēng)爐時(shí)，需要在燃煤中加入一定比例的石灰石（一般為8～10%），共同磨細(xì)后噴入爐膛高溫燃燒，爐渣呈融熔狀態(tài)由爐底排出，而爐中排出的飛灰即為高鈣粉煤灰，它是CaO含量較高的粉煤灰。全國(guó)電廠每年都要排出大量的粉煤灰和高鈣粉煤灰，各大城市電廠中均有很大的儲(chǔ)量，其堆放占用了大量的土地資源。將這些粉煤灰廢棄物利用起來，修筑道路，不僅可以為道路建設(shè)提供建筑材料，減少取土毀地面積，還能減少工業(yè)廢料的堆放占地面積及對(duì)環(huán)境的污染，有利于環(huán)保。具有很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

目前，歐洲一些國(guó)家多把高鈣粉煤灰列入劣質(zhì)粉煤灰而棄之不用，只有美國(guó)用它作為一種特殊礦物摻加劑，用于建筑物基礎(chǔ)和高速公路的結(jié)果回填材料。我國(guó)于1992年開始研究高鈣粉煤灰的開發(fā)利用，并取得了一定的經(jīng)驗(yàn)和效果。近年來，工程中多以石灰、水泥等與普通粉煤灰的混合料來作為公路的（底）基層材料，本文介紹高鈣粉煤灰與粉煤灰混合料的主要路用技術(shù)性能。

2 原材料性質(zhì)

粉煤灰主要由玻璃質(zhì)（非晶質(zhì)）的空心球狀顆粒組成，其玻璃質(zhì)含量占71%～88%。為了防止粉煤灰在空氣中揚(yáng)塵，往往向干灰堆澆水或?qū)⒎勖夯遗欧旁谒刂?，含水量較大，另外粉煤灰特有的結(jié)構(gòu)不但使顆粒之間可以充水，而且顆粒本身的空洞含水，故粉煤灰的含水量變化幅度較大，一般為18%～87%。但其自身無持水能力，在空氣中很快風(fēng)干。粉煤灰的玻璃質(zhì)中空結(jié)構(gòu)使得粉煤灰材料結(jié)構(gòu)疏松，干容重較?。?.1～11.9kN/m3）。粉煤灰內(nèi)聚力c值很小，自身難以成型。

高鈣粉煤灰的CaO含量較高，與普通粉煤灰同屬CaO-Al2O3-SiO2-H2O系統(tǒng)，其活性較高，遇水有自硬性，可以作為一種無機(jī)結(jié)合料使用。

高鈣粉煤灰與粉煤灰混合料的強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)表

普通粉煤灰自身活性較低，但與高鈣粉煤灰混和后，高鈣粉煤灰能夠激發(fā)普通粉煤灰的活性，二者發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，使高鈣粉煤灰與粉煤灰混合料形成較高的強(qiáng)度、剛度和水穩(wěn)定性。

就化學(xué)組成的本質(zhì)而言，高鈣粉煤灰與粉煤灰混合料和石灰粉煤灰基本相同，根據(jù)加固土原理[3]，高鈣粉煤灰與粉煤灰混合料加水拌和后，其中所含的CaO與微粒之間的水反應(yīng)生成Ca(OH)2，Ca(OH)2水解電離使環(huán)境堿化，在堿性條件下粉煤灰混合料中的SiO2、Al2O3等物質(zhì)緩慢溶解，高鈣粉煤灰與粉煤灰發(fā)生火山灰反應(yīng)，生成水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣等膠凝物質(zhì)。同時(shí)，高鈣粉煤灰中存在一定量的C3A和C3S，遇水生成CAH和CSH系化合物。

隨著各種化學(xué)反應(yīng)的不斷深入和部分水分的散失，上述膠凝物質(zhì)逐步結(jié)晶，轉(zhuǎn)化為更為穩(wěn)定的晶體，同時(shí)，部分Ca(OH)2與混合料孔隙中的CO2反應(yīng)生成晶態(tài)的CaCO3（方解石）。

這些晶體物質(zhì)相互交織構(gòu)成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使高鈣粉煤灰與粉煤灰混合料形成較高的強(qiáng)度、模量和水穩(wěn)定性。本文在初步研究的基礎(chǔ)上，就幾種典型配比的高鈣粉煤灰與粉煤灰混合料的路用性能進(jìn)行試驗(yàn)研究。

3 高鈣粉煤灰與粉煤灰混合料的抗壓強(qiáng)度

根據(jù)《公路無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》（JTJ057-94）的相關(guān)方法，對(duì)不同配比的高鈣粉煤灰與粉煤灰混合料進(jìn)行制件、養(yǎng)生，測(cè)得其各齡期浸水無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如表所示。

從表中可以看出，高鈣粉煤灰與粉煤灰混合料的抗壓強(qiáng)度隨高鈣粉煤灰含量的增加而升高，但各配比下混合料的7天抗壓強(qiáng)度均大于 0.8MPa，借鑒《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ014-97）對(duì)石灰粉煤灰類公路基層材料的強(qiáng)度要求，這些配比的高鈣粉煤灰與粉煤灰混合料都滿足《規(guī)范》對(duì)公路（底）基層材料的強(qiáng)度要求，可以作為公路的（底）基層材料。

與其它半剛性材料相同，高鈣粉煤灰與粉煤灰混合料的強(qiáng)度隨齡期而增長(zhǎng)。

4 高鈣粉煤灰與粉煤灰混合料的水穩(wěn)定性

高鈣粉煤灰與粉煤灰混合料的水穩(wěn)定性由干濕循環(huán)試驗(yàn)確定。即將試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生28天（包括飽水24小時(shí)），自然風(fēng)干48小時(shí)，然后飽水24小時(shí)，經(jīng)過5次干濕循環(huán)后測(cè)定試件的殘余強(qiáng)度，并與正常養(yǎng)生43天的對(duì)比試件的強(qiáng)度相比較，其比值稱為水穩(wěn)系數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明，各配比的高鈣粉煤灰與粉煤灰混合料的水穩(wěn)定系數(shù)均大于100%，即經(jīng)干濕循環(huán)后試件強(qiáng)度反而提高，可見，高鈣粉煤灰與粉煤灰混合料具有良好的水穩(wěn)定性。干濕循環(huán)后試件的強(qiáng)度反而升高的主要原因是高鈣粉煤灰與粉煤灰混合料的強(qiáng)度形成過程中，需要大量水的參與，循環(huán)過程中試件在水中的反復(fù)浸泡，有利于促進(jìn)混合料中化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。因此，應(yīng)用高鈣粉煤灰與粉煤灰混合料修筑公路基層時(shí)，一定要保證及時(shí)灑水養(yǎng)生，以利于其強(qiáng)度的形成。

5 結(jié)論

通過對(duì)高鈣粉煤灰與粉煤灰混合料路用性能的系統(tǒng)試驗(yàn)研究，可以得出以下結(jié)論：

(1)高鈣粉煤灰CaO含量較高（約20%），活性高，可作為低等無機(jī)結(jié)合料使用。

(2)高鈣粉煤灰與粉煤灰混合料具有較高的強(qiáng)度、剛度，水穩(wěn)定性好。

(3)配比為 20:80、25:75、30:70 的高鈣粉煤灰與粉煤灰混合料滿足公路對(duì)底基層和基層材料的技術(shù)要求，可以作為各級(jí)公路的底基層或基層；也可以作為公路的墊層或用于填筑路堤。

(4)高鈣粉煤灰和粉煤灰是工業(yè)廢棄物，價(jià)格低廉，用其修筑道路不僅可降低工程造價(jià)，還有利于環(huán)保，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

[1]龍正聰.粉煤灰在路面基層中的應(yīng)用[J].湖南交通科技，2001年01期.

[2]趙晶，龔曉紅.高鈣粉煤灰的開發(fā)應(yīng)用[J].中國(guó)建材，1995年10期.

[3]夏威.改性高鈣粉煤灰大摻量用于高性能混凝土的研究[A].全國(guó)高性能混凝土和礦物摻合料的研究與工程應(yīng)用技術(shù)交流會(huì)論文集[C]，2006 年.