許彬

（中交隧道工程局有限公司，北京 100000）

煤灰是一種工業(yè)廢渣，近幾年來，我國粉煤灰的排放量已經(jīng)達到了每年1.2億噸。有效地利用粉煤灰，不但可以減少環(huán)境的污染，同時，也能夠為公路或鐵路填筑帶來更有利的影響，一方面能夠減少工程的造價，另一方面還能使公路鐵路的建設達到可持續(xù)發(fā)展的目的，有比較長遠的利益。我國對粉煤灰進行公路填筑研究越來越重視，本文對粉煤灰的工程特性進行研究和分析，分析影響粉煤灰工程特性的各種因素，提供有效的改善措施和方法，為粉煤灰在進行建筑工程填筑時提供了有力參考。

1 對粉煤灰工程特性試驗研究的意義

作為一種工業(yè)廢渣，粉煤灰得到有效的利用，在很大的程度上給我國的經(jīng)濟發(fā)展帶來一定的幫助，同時對環(huán)境的保護也起到了重要作用。關鍵是對于建筑工程而言，粉煤灰自身的特性能夠使得填筑物有更高的穩(wěn)定性。另外，粉煤灰加入到公路或鐵路的填筑中，不但可以進行廢物的再利用，還能有效地減少能源浪費，更是未來建筑工程發(fā)展的必然趨勢。

2 粉煤灰的自身特性

2.1 粉煤灰的化學性質(zhì)

粉煤灰的主要成分是硅、鐵、鋁、鈣、鈉、鎂、鉀等這些氧化物，另外還有一些未燃燒的碳，是一種人工火山灰質(zhì)材料，屬于高分散的固溶體。其中，三氧化鋁是提高中體材料強度的主要物質(zhì)。同時將粉煤灰浸泡在溶液中24小時后對過濾浸液進行研究分析，可以發(fā)現(xiàn)溶液中含有大量的鈣離子。

2.2 粉煤灰的物理性質(zhì)

由于粉煤灰是粉狀的顆粒，而且顆粒較細，同時，粉煤灰的顆粒是比本身表面積大的多孔結構，因此有很強的吸附能力，尤其是對水的吸附能力強。從對粉煤灰的物理實驗也可以看出，粉煤灰的特質(zhì)屬于沙質(zhì)土。

一般情況下，全粉煤灰的顆粒較細，因此，其本身的粘聚力很小，如果利用全粉媒灰進行公路或鐵路的路堤填筑的話，會影響其抗剪強度以及地基的穩(wěn)定性和承載力。因此，有效地提高粉煤灰的抗剪強度，是目前主要的研究任務。

3 影響粉煤灰工程特性的因素

3.1 含水率的大小

由粉煤灰本身的特性可以發(fā)現(xiàn)，粉煤灰在軟土地基的填筑上有更好的應用。同時從力學特性上面看，粉煤灰有很好的抗剪性能和較高的抗剪強度指標。但粉媒灰本身的含水量對其工程特性有比較大的影響，如果粉煤灰的含水量較高，那么，會給施工帶來更多的方便，整體性能更加穩(wěn)定，而如果含水量低，那么就會使粉煤灰處于松散結構的狀態(tài)中，整體性能差[1]。

3.2 粉煤灰氧化物含量高低

粉煤灰當中氧化物的含量高低決定了粉煤灰的粘聚力強度。含量過低，那么粉煤灰的粘聚力就小，自凝性差。如果含量高，那么粉煤灰的粘聚力和自凝性就會有所提升。在對粉煤灰進行化學成分分析時可知，粉煤灰經(jīng)過培燒之后，會有大量的鐵、硅、鋁等酸性氧化物，氧化鈣的含量只有極少數(shù)一部分，這也是直接導致粉煤灰的粘聚力低的原因。因此要增加粉煤灰的粘聚力和自凝性，那么就必須要保證粉煤灰中氧化物的含量。

3.3 粉煤灰的顆粒粗細

由于工業(yè)所產(chǎn)生的全粉煤灰顆粒較細，在干燥的狀態(tài)下粉煤灰的結構性能差，而且性質(zhì)不穩(wěn)定，抗剪強度相對較低。如果在不添加任何添加物的情況下，粉煤灰一旦應用在公路或者鐵路填筑物上，就不能使填筑物的承載力和穩(wěn)定性得到有效的保障。

4 提高粉煤灰工程特性的方法和措施

4.1 在粉煤灰中加入生石灰

生石灰的主要化學成分是氧化鈣，當生石灰和全粉煤灰進行攪拌壓實之后，在一定的含水率條件下，就能夠產(chǎn)生一系列的化學反應，反應生成之后，所產(chǎn)生的各種氧化物就會大大的提高，比如氧化鈣、三氧化鋁、三氧化鐵等。這些氧化物都是一些不溶于水、穩(wěn)定性較高的結晶生成物，不管是在空氣中還是在水中都能夠逐漸硬化，使粉煤灰的強度有大大的提升。

4.2 在粉煤灰中加入水泥

水泥是一種主要包括硅酸三鈣、硅酸二鈣和鋁酸三鈣等化學成分的穩(wěn)定物質(zhì)。同時，水泥中的主要化學成分在遇水之后，也會產(chǎn)生一系列的化學反應生成一些水化產(chǎn)物，包括水化硅酸鈣、氫氧化鈣、水化鐵等。而這些物質(zhì)有很好的膠結作用，因此將水泥加入到粉煤灰中，能夠使粉煤灰的其他顆粒膠結在一起發(fā)生凝結作用，使之達到硬化的效果和目的，如此，在進行粉煤灰填筑過程中，其強度就會得到大幅度的提升。

5 結果分析

5.1 生石灰對粉煤灰抗剪強度特性的影響

在粉煤灰中加入一定量的生石灰，并且經(jīng)過一段時間的充分反應之后可以得出生石灰和粉煤灰的混合物，其抗剪強度要比全粉煤灰的抗剪強度高很多，主要表現(xiàn)在粘聚力之上。但是根據(jù)實驗結果也能得出，生石灰和粉煤灰的混合物，內(nèi)摩擦角度沒有多大變化。產(chǎn)生上述情況的具體原因是因為生石灰在水化后會形成氫氧化鈣，并且與粉煤灰中的氧化物產(chǎn)生化學反應，形成水膠凝性物質(zhì)。另外，生石灰的添加量有所增加，那么粉煤灰在進行公路填筑時，其粘聚力也在不斷提高。因此可以得出的結論是，在粉煤灰中加入生石灰，能夠有效地提高粉煤灰的穩(wěn)定性和抗剪強度[2]。

5.2 齡期對抗剪強度的影響

在粉煤灰里加入一定量的生石灰，使兩種物質(zhì)發(fā)生化學反應，需要一定的時間才能夠達到凝結和硬化的目的。而在不同的齡期條件下，粉煤灰的抗剪強度是不一樣的。比如在0.5d時，在粉煤灰中加入生石灰之后，其抗剪強度與全粉煤灰的抗剪強度差別不大。由于在這個齡期內(nèi)，生石灰和粉煤灰發(fā)生化學反應的時間較短，不能使兩種物質(zhì)充分發(fā)生反應，因此，無法形成膠凝物質(zhì)使之硬化。

但如果是在粉煤灰中加入生石灰并且經(jīng)過7d的齡期后，可以明顯看出，混合之后的粉煤灰，其抗剪強度遠遠大于全粉煤灰的抗剪強度。這是因為在此條件下，粉煤灰和生石灰能夠在有效時間內(nèi)發(fā)生化學反應產(chǎn)生各種膠凝物質(zhì)，從而使得混合后的粉煤灰抗剪強度大大提高。

5.3 不同配比對抗剪強度的影響

在粉煤灰中加入生石灰時，如果兩者之間的比例不同，對粉煤灰的抗剪強度也有影響。生石灰比例越重，抗剪強度越高。通過實驗結果分析可以得出，無論生石灰和粉煤灰的配比情況如何，抗剪強度的大小，主要跟齡期有關。這也就是說，只要在粉煤灰中加入生石灰就能提高粉煤灰的抗剪強度，而且添加的生石灰量越大，在有效的齡期內(nèi)，粉煤灰的抗剪強度就會更大。

5.4 生石灰和水泥添加物分別對粉煤灰抗剪強度的影響

不同的添加物對粉煤灰的抗剪強度就會有不同的影響。比如在粉煤灰中添加生石灰和水泥，這兩種不同物質(zhì)就會使粉煤灰的抗剪強度產(chǎn)生較大的差異。在配比相同的情況下（配比為1：9，其中粉煤灰為9），添加生石灰的粉煤灰其抗剪強度要遠遠低于添加水泥的粉煤灰。這是因為水泥中本身含有的硅酸三鈣和其他的酸性物質(zhì)都有很好的水硬性特質(zhì)，因此在粉煤灰中添加水泥，同時在含水率高的條件下，就會使得粉煤灰具有很高的抗剪強度[3]。

6 結語

跟純粉煤灰相比，加入生石灰或者水泥之后的粉煤灰，其抗剪強度明顯有很大的提升。由于添加水泥或生石灰之后改善了粉煤灰的力學性能，而且能夠有效提高填充物的承受力，因此也能在某個程度上提高建筑物的整體結構和穩(wěn)定性。

另外，通過最終的實驗結果和分析也能得出，顆粒較粗的粉煤灰抗剪強度較高，而且水穩(wěn)性也較強。由于工業(yè)產(chǎn)生的粉煤灰顆粒粗細有一定的差別，因此在選擇粉煤灰時，也要根據(jù)建筑的實際情況，選擇顆粒較粗的粉煤灰滿足工程需求。