摘要：在國內(nèi)路面基層設(shè)計(jì)中，未見采用水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石的形式，通過梨溫高速的施工實(shí)踐，形成了一套關(guān)于水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石基層的技術(shù)要求

　　關(guān)鍵詞：水泥；粉煤灰應(yīng)用技術(shù)

　　簡述

　　梨溫高速公路是國道主干線上海至瑞麗公路江西境內(nèi)的一段，全長244.749km，其中K125+000～K149+500段經(jīng)過貴溪市，貴溪市火力實(shí)業(yè)總公司有大量的粉煤灰（濕排灰），考慮到因地制宜，就地取材的原則，該段路面基層設(shè)計(jì)時(shí)決定利用粉煤灰作為穩(wěn)定材料，但梨溫公路沿線石灰來源相當(dāng)困難，并且在工藝流程中處理石灰的消解，過篩有相當(dāng)?shù)碾y度，在單位時(shí)間內(nèi)所需供灰量大，而且需要大量的儲(chǔ)料棚以及環(huán)境污染等問題，為了尋求改善和簡化施工工序，又要力爭在不增加工程造價(jià)，不降低質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的前提下，我們決定用水泥替代二灰結(jié)構(gòu)中的石灰，筆者通過在梨溫高速公路建設(shè)過程中的實(shí)踐形成了一套水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石基層的技術(shù)要求。

　　1、原理分析

　　粉煤灰中含有大量SiO2、AL2O3等能反應(yīng)產(chǎn)生凝膠的活性物質(zhì)，它們在粉煤灰中以球形玻璃體的形式存在，這種球形玻璃體比較穩(wěn)定，表面又相當(dāng)致密，不易水化，水泥粉煤灰早期反應(yīng)主要是水泥遇水后產(chǎn)生水解與水化反應(yīng)，水泥水化生成硅酸鈣晶體，這些晶體產(chǎn)生部分強(qiáng)度，同時(shí)水泥水化生成氫氧化鈣通過液相擴(kuò)散到粉煤灰球形玻璃體表面，發(fā)生化學(xué)吸附和侵蝕，生成水化硅酸鈣與水化鋁酸鈣，大部分水化產(chǎn)物開始以凝膠體出現(xiàn)，隨著凝期的增長，逐步轉(zhuǎn)化為纖維狀晶體，并隨著數(shù)量的不斷增加，晶體相互交叉，形成連鎖結(jié)構(gòu)，填充混合物的孔隙，形成較高的強(qiáng)度，隨著粉煤灰活性的不斷調(diào)動(dòng)，使水泥粉煤灰不僅有較高的早期強(qiáng)度，而且其后期強(qiáng)度也有較大提高。

　　2、初定技術(shù)規(guī)范

　　眾所周知，水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)目前尚無相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，但從上述原理分析上看，水泥與粉煤灰和石灰與粉煤灰的反應(yīng)機(jī)理很相似，都實(shí)際上是氫氧化鈣與粉煤灰玻璃體的反應(yīng)，只不過水泥能夠形成較高的早期強(qiáng)度，因此在工程初期我們綜合參考石灰粉煤灰穩(wěn)定碎石及水泥穩(wěn)定碎石的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，決定暫時(shí)按下述要求進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)及試驗(yàn)段施工。

　　2.1原材料質(zhì)量要求

　　2.1.1水泥：采用水泥穩(wěn)定土基層技術(shù)規(guī)范中關(guān)于水泥的質(zhì)量要求

　　2.1.2粉煤灰：采用石灰粉煤灰穩(wěn)定土基層技術(shù)規(guī)范中關(guān)于粉煤灰的質(zhì)量要求。

　　2.1.3碎石：采用石灰粉煤灰穩(wěn)定土基層技術(shù)規(guī)范中關(guān)于碎石的質(zhì)量要求。

　　2.2其他質(zhì)量要求

　　2.2.1根據(jù)《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定梨溫高速公路設(shè)計(jì)累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸次超過12×106次,同時(shí)考慮工程進(jìn)度的要求決定下基層7天無側(cè)限抗壓值≥3Mpa，上基層7天無側(cè)限抗壓值應(yīng)≥4Mpa。

　　2.2.2水泥粉煤灰與集料的比初步采用20:80～15:85。

　　2.2.3集料級(jí)配采用規(guī)范級(jí)配的中值。

　　3、配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)

　　按照上述要求，進(jìn)行了配合比組成設(shè)計(jì)試驗(yàn)，測定不同的水泥、粉煤灰劑量的七天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。

　　采用水泥+粉煤灰占總量的15%、20%，水泥劑量為3.5%、4%、4.5%、5%、5.5%分別進(jìn)行試驗(yàn)。具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1：

　　參考水泥穩(wěn)定碎石中心站集中廠拌法施工規(guī)范進(jìn)行施工，在采用上述配比施工的上、下基層都不同程度的出現(xiàn)了較多的開裂現(xiàn)象，特別是上基層平均每5～10m一道橫向貫穿裂縫。針對這個(gè)問題，我們對水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石的開裂機(jī)理及防治辦法進(jìn)行了專項(xiàng)研究。

　　4、開裂機(jī)理分析

　　水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石混合料產(chǎn)生開裂的原因是因?yàn)槭艿綔乜s和干縮的綜合作用，但施工期間氣溫逐漸升高，因此主要是干縮造成了開裂。

　　水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石混合料經(jīng)拌和壓實(shí)后，由于蒸發(fā)和混合料內(nèi)部發(fā)生水化作用，混合料的水份會(huì)不斷減少。由于水的減少而發(fā)生的毛細(xì)管作用、吸附作用、分子間力的作用，材料礦物晶體或凝膠體間層間水的作用和碳化收縮作用等都會(huì)引起水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石材料產(chǎn)生體積收縮，其干縮性的大小與水泥、粉煤灰劑量，碎石粒料的含量，混合料中小于0.075mm的細(xì)顆粒的含量相關(guān)，針對上述原因我們進(jìn)行了大量的試驗(yàn)分析。

　　4.1干縮系數(shù)試驗(yàn)

　　4.1.1不同水泥劑量對干縮系數(shù)的影響

　　4.1.2粒料含量與干縮溫縮系數(shù)的關(guān)系

　　4.1.3集料級(jí)配及含量與干縮系數(shù)關(guān)系

　　對于水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石,采用5%的水泥劑量，當(dāng)級(jí)配采用規(guī)范級(jí)配的上、中、下限時(shí)其干縮系數(shù)，分別為60×10－6、40×10－6、30×10－6。

　　二灰：碎石=15:85與二灰:碎石=20:80時(shí)，7天齡期的最大干縮應(yīng)變和平均干縮系數(shù)為233×10－6、273×10－6、65×10－6、55×10－6。

　　4.2試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

　　4.2.1水泥劑量從5%增加到6%和7%，干縮系數(shù)增加20%和30%。所以在保證設(shè)計(jì)強(qiáng)度的情況應(yīng)盡量控制水泥劑量，實(shí)際最大水泥劑量不能超過5.5%。

　　4.2.2在水泥劑量不變的情況下，粉煤灰劑量增大5%，干縮應(yīng)變增加17%，干縮系數(shù)增加18%。所以粉煤灰應(yīng)盡量少用，綜合經(jīng)濟(jì)效應(yīng)及強(qiáng)度要求，粉煤灰用量在8%-10%之間比較合適。

　　4.2.3粒料含量增加則干縮+溫縮系數(shù)減小，集料級(jí)配越粗，則干縮系數(shù)越小。

　　通過上述室內(nèi)試驗(yàn)分析及現(xiàn)場施工的實(shí)際調(diào)查，我們發(fā)現(xiàn)上、下基層開裂的主要原因在于粉煤灰用量過大，以及集料級(jí)配偏細(xì)。

　　4.3集料級(jí)配的調(diào)整

　　對照水泥穩(wěn)定集料的顆粒組成范圍與石灰粉煤灰穩(wěn)定碎石顆粒組成范圍見表4：

　　通過上述對比我們發(fā)現(xiàn)，水泥穩(wěn)定碎石的顆粒組成級(jí)配明顯比石灰粉煤灰穩(wěn)定碎石的顆粒組成級(jí)配要更粗一些。所以我們通過室內(nèi)配合比對照及試驗(yàn)段的施工，最后采用下述級(jí)配用于水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石層的施工。

　　5、結(jié)論

　　通過實(shí)驗(yàn)研究及理論分析，為減少水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)的干縮系數(shù)，盡量避免干縮裂縫的產(chǎn)生，我們調(diào)整配合比為：

　　上基層 水泥:粉煤灰:碎石=5:9:86

　　下基層 水泥:粉煤灰:碎石=4:10:86

　　其中碎石的級(jí)配由原來的懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)改為骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)，即采用表5級(jí)配的中下限。采用上述配合比和級(jí)配施工的基層早期強(qiáng)度，7天強(qiáng)度都較高，并且基本克服了橫向貫穿裂縫現(xiàn)象。