粉煤灰在高速公路工程中的應(yīng)用

周口市公路勘察設(shè)計(jì)院 王月麗 張小亮

粉煤灰在高速公路工程中的應(yīng)用

周口市公路勘察設(shè)計(jì)院 王月麗 張小亮

一、粉煤灰的性質(zhì)和路用性能分析

1．粉煤灰應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)。粉煤灰是火力發(fā)電廠燃燒煤粉產(chǎn)生的粉狀灰渣。其主要成分是二氧化硅和三氧化二鋁，在有石灰和水的條件下，粉煤灰能生成有膠凝物的產(chǎn)物，使石灰-粉煤灰混合料產(chǎn)生強(qiáng)度，它的這一特性已越來越多地被道路工程所利用，特別是底基層結(jié)構(gòu)形式多采用石灰、粉煤灰穩(wěn)定細(xì)料土（簡稱二灰土），取代了以前較常用的石灰穩(wěn)定土，進(jìn)一步提高了工程質(zhì)量和道路的使用品質(zhì)。規(guī)范規(guī)定作為路面用粉煤灰的燒失量不應(yīng)超過20%。粉煤灰在高速公路中的應(yīng)用具有以下優(yōu)點(diǎn)。

（1）減少用水量：經(jīng)實(shí)驗(yàn)，用30%的粉煤灰代替20%的水泥，攪拌混凝土中間用水量可減少7%左右，而且增強(qiáng)了混凝土的密實(shí)性。

（2）改善了混凝土拌和物的和易性。

（3）增強(qiáng)混凝土的可泵性，因改善和易性而提高了易泵性，同時(shí)由于泌水性和離析現(xiàn)象改善，以及粉煤灰本身的球形玻璃體效應(yīng)，可以得到更好的減阻效果。

（4）減少了混凝土的徐變：經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究粉煤灰混凝土和基準(zhǔn)混凝土的對比，前期接近，而徐變值后期明顯較小，經(jīng)加荷確定約減少50%。

（5）減少水化熱、熱能膨脹性：混凝土中泥水化反應(yīng)要放出熱量，在大體路面施工中會出現(xiàn)中心與邊緣溫差而產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致裂縫。由于粉煤灰的摻加有利于減少在混凝土內(nèi)部由于水化熱而產(chǎn)生的升溫，減少了混凝土熱膨脹出現(xiàn)裂縫的危險(xiǎn)。

（6）提高混凝土抵滲能力：由于混凝土能減少用水量和降低水灰比，并且在和水泥水化過程中析出氫氧化鈣生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣凝膠，使水泥石中毛細(xì)孔的數(shù)量減少，孔徑變小，增加了對液體和氣體改滲透和擴(kuò)張作用的抵抗力，即抗?jié)B力。

（7）增加混凝土的修飾性：粉煤灰能使表面平整飽滿，較容易抺面和修飾而且硬化后混凝土色澤更為美觀。

粉煤灰是一種質(zhì)輕、多孔隙、顆粒均勻，具有一定水穩(wěn)定性的無粘結(jié)性材料。其路用性能滿足公路路堤的技術(shù)要求。采用粉煤灰修筑路堤是完全可行的，為開發(fā)利用粉煤灰找到了一條有效途徑。

3．粉煤灰的粒徑組成。經(jīng)顆粒分析試驗(yàn)表明，粉煤灰粒徑多分布于0.005～0.100mm粉性顆粒之間，級配呈均勻分布，屬粉質(zhì)砂土范圍。液塑限試驗(yàn)表明，粉質(zhì)灰不具備塑限，液限為60%。

4．粉煤灰的壓縮性。路基填筑材料的壓縮性直接關(guān)系到路基將來的平整度和穩(wěn)定性，粉煤灰的壓縮性試驗(yàn)指標(biāo)見表1，壓縮系數(shù)較小為0.14Mpa-1，僅為土類的35%左右。

表1 粉煤灰力學(xué)性質(zhì)匯總

5．粉煤灰的內(nèi)摩擦角與黏結(jié)力。內(nèi)摩擦角與黏結(jié)力是路堤的強(qiáng)度和穩(wěn)定性評定的主要指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)表明：飽和狀態(tài)下C值迅速降低，而ф值也相應(yīng)地下降約15%～35%。故粉煤灰強(qiáng)度主要取決于內(nèi)摩擦角?？紤]到該因素，在穩(wěn)定性驗(yàn)算過程中，為安全起見，設(shè)計(jì)值取C=0，ф=30。經(jīng)實(shí)際驗(yàn)算，平均填高抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均大于1.25。

二、粉煤灰在高速公路路堤中的應(yīng)用

1．粉煤灰在高速公路路堤工程中應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)。粉煤灰作為一種輕質(zhì)路堤填料，已經(jīng)越來越多地被應(yīng)用于高速公路路堤填筑工程中，粉煤灰作為路堤填料具有以下的幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

（1）變廢為寶，保護(hù)環(huán)境、節(jié)約耕地。粉煤灰的排放不僅占用了大量的農(nóng)田，而且污染環(huán)境。粉煤灰的利用不僅能減少路堤填筑所需要的耕地，還能減少粉煤灰堆 放所占用的耕地。

（2）粉煤灰屬于輕質(zhì)路堤填料，其自重較一般土體輕1/3以上，即在相同的填筑高度下，粉煤灰路堤的自重荷載比一般土路堤及碎石、礫石路堤明顯減小，地基附加應(yīng)力及沉降變形相應(yīng)變小，有利于路基穩(wěn)定。同時(shí)，沉降變形的減小，有利于減小橋頭差異沉降，解決橋頭跳車問題。

（3）與傳統(tǒng)的石灰土填料相比，可節(jié)省工程造價(jià)。

2．粉煤灰在高速公路路堤中應(yīng)用的造價(jià)分析。通過引用某高速公路中對粉煤灰和5%石灰土路堤填料進(jìn)行了工程直接費(fèi)的對比，計(jì)算過程中，施工段落長度按200m計(jì)，路基寬度按30m計(jì)，壓實(shí)層厚度取20cm，即工程數(shù)量為1 200 m3（壓實(shí)力）。路基填土灰等采用天然實(shí)方計(jì)量定額，其相關(guān)定額乘以系數(shù)1.16。計(jì)算依據(jù)為《公路工程預(yù)算定額》（JTG/G B06-02-2007）、《公路工程機(jī)械臺班費(fèi)用定額》（JTG/G B06-03-2007）等。因此，采用粉煤灰作為路堤填料可以大大節(jié)約工程造價(jià)。

粉煤灰的利用不僅能夠把粉煤灰變廢為寶，可減少路堤填筑所需要的耕地，還能減少粉煤灰堆放所占用的耕地，節(jié)約大量粉煤灰處置費(fèi)，綜合社會效益顯著，這符合中央提出的科學(xué)發(fā)展觀，也符合人類社會的可持續(xù)發(fā)展，為開發(fā)利用粉煤灰找到了一條有效途徑。