粉煤灰的特性及其在公路建设中的应用

来源:公路造价师    发布时间:2013-04-02    公路造价师辅导视频    评论

  一、前言
  粉煤灰作为一种电厂的燃料废渣,过去是很多企业头疼和难办的一件事,大量的粉煤灰需要占用大面积的土地进行堆放,粉煤灰的粉尘造成周边环境被严重污染,随着各行各业对粉煤灰的开发和利用,特别是近几年全国高速公路的迅猛发展,粉煤灰的利用率越来越高,使粉煤灰“变废为宝”,粉煤灰在各项工程中的利用,不但使工程造价大大降低,而在节约土地、环境保护方面的意义更是非常深远的。
  二、粉煤灰材料的特性
  (一)粉煤灰的化学特性
  粉煤灰属于CaO、Al2O3-SiO2系统,其化学成分以Al2O3和SiO2为主,次要成分为CaO和Fe2O3以及少量的MgO和SO3等。由于煤粉高温燃烧,其中主要成分铝、硅形成了活性成分,同时粉煤灰的比表面积较大,具有很大的表面能,且粉煤灰的密度小,这就是其在公路中利用的基础和优势。
  (二)粉煤灰的物理特性
  粉煤灰松干密度在445~680kg/m3范围内,比表面积在221~586㎡/kg之间。由于粉煤灰的多孔结构、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的多。试验表明:相同密实度(重型K=100%)的土与粉煤灰,土的压缩系数α10N~20N=0.25Mpa-1,而粉煤灰的压缩系数α10N~20N=0.15Mpa-1,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。
  三、粉煤灰在公路工程中的广泛应用
  (一)粉煤灰在公路路堤上的应用
  在公路中利用粉煤灰最为广泛的是粉煤灰路堤,尤其是在软土地基路段,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。
  1.粉煤灰材料的要求。粉煤灰不应含团块、腐殖质及其它杂质。其烧失量不得大于12%,粉煤灰的粒径在0.001~2.0mm之间,小于0.074mm的颗粒含量应大于45%。
  2.室内试验。粉煤灰路堤施工前应对所采用的粉煤灰做好各项室内试验。室内试验的项目详见《公路粉煤灰路堤设计与施工技术规范》(TJ016—93)中表2.2.4。通过室内试验确定各项技术指标和设计参数,并对粉煤灰路堤进行验算。
  3.路堤横断面要求。为提高粘土边坡保护层与粉煤灰边坡的稳定性,应将相接面筑成30×50cm的台阶状,并把台阶做成≥2%的反拱。粘土保护层厚度不小于2.0m。在路槽标高以下设置不小于30cm的二灰封层。
  4.排水。为及时排除渗入路基内的渗水,路基底部设置30cm的砂垫层,在砂垫层上全幅铺设一层透水土工布,以防粉煤灰流失。在粘土保护层中设置30×50cm的盲沟,设置水平间距10m,垂直间距0.9m,呈梅花形交叉布置,在盲沟进口处应采用透水土工布包裹,以防粉煤灰流失。
  5.稳定验算及沉降计算。通过多条公路粉煤灰路堤的设计和施工,对于非软弱地基上的粉煤灰路堤,当路堤高度≤5.0m,边坡坡率采用1:1.5时,可不作稳定性验算。当路堤高度>5.0m时,应进行路堤自身的稳定性验算,一般可采用直线或圆弧滑动面进行验算,稳定系数应≥1.25。对于软弱地基上的粉煤灰路堤,应考虑路堤本身和地基共同的滑动破坏,对其进行边坡稳定和路堤的抗滑稳定性验算。验算时粉煤灰的内摩擦角φ和粘结强度C应采用饱水后测定的C、φ值为准,抗滑安全系数≥1.25。由于干粉煤灰没有塑性而是离散状的,其内聚力是由毛细水张力形成,是一种“假内聚力”。建议粉煤灰路堤稳定计算取值参数:粉煤灰容重采用压实后的湿容重15kN/m3、C值取10kPa、φ值取28°。对于软弱地基上的粉煤灰路堤,应进行沉降量计算,计算方法采用总和法计算主固结沉降,地基的总沉降量包括三部分:S=Sd+Sc+Ss,Sd———瞬时沉降,Sc———主固结沉降,Ss———次固结沉降。采用综合修正系数对瞬时沉降和蠕变沉降进行综合考虑和修正,计算最终沉降量,S=mSc,m的取值范围为1.1~1.4。
  6.压实要求。路堤的压实对路堤的强度和稳定性影响很大。众所周知:粉煤灰与土的工程特性有显著差别,其渗透性比粘土大的多。通过对粉煤灰击实实验表明,在粉煤灰达到最佳含水量前,击实含水量的变化对于最佳含水量影响较小,粉煤灰具有击实含水量区域较宽(W=30%~50%)的特性,因此允许在较大含水量变化范围内对其进行压实,甚至可以在雨天进行施工。
  粉煤灰的各项物理、力学指标采用重型压实标准比轻型压实标准有明显的提高,有利于提高路基强度。通过试验工程效果表明,采用大吨位(20t~50t)的振动压路机进行压实作业,路基的压实效果相当明显,而采用较轻的光轮静碾压路机压实效果较差。所以,高速公路和一级公路应采用重型压实标准。

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