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(chǎng)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(lái)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(jiǎn)稱(chēng)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(guò)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(duì)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(huì)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(guò)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(duì)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(mǎn)，較容易抺面和修飾而且硬化后混凝土色澤更為美觀(guān)。

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(wú)粘結(jié)性材料。其路用性能滿(mǎn)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(kāi)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(jí)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(lái)的平整度和穩(wěn)定性，粉煤灰的壓縮性試驗(yàn)指標(biāo)見(jiàn)表1，壓縮系數(shù)較小為0.14Mpa-1，僅為土類(lèi)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(píng)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。考慮到該因素，在穩(wěn)定性驗(yàn)算過(guò)程中，為安全起見(jiàn)，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(lái)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(chē)問(wèn)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(guò)引用某高速公路中對(duì)粉煤灰和5%石灰土路堤填料進(jìn)行了工程直接費(fèi)的對(duì)比，計(jì)算過(guò)程中，施工段落長(zhǎng)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(tái)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(huì)效益顯著，這符合中央提出的科學(xué)發(fā)展觀(guān)，也符合人類(lèi)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，為開(kāi)發(fā)利用粉煤灰找到了一條有效途徑。