粉煤灰对级配碎石施工和易性的影响

王松涛

(哈同公路管理处金家管理所)

粉煤灰对级配碎石施工和易性的影响

王松涛

(哈同公路管理处金家管理所)

摘 要:为提高级配碎石的强度，骨架—密实型级配被广泛地采用，但施工的和易性则越来越差，如何提高级配碎石的路用性能，倍受关注;在级配碎石集料中掺加适当的粉煤灰，通过性能试验可知，粉煤灰的加入可改善级配碎石的保水性、压实系数提高5%，抗离析性能增强;试验路的修建证明了粉煤灰级配碎石的可行性。

关键词:道路工程;粉煤灰级配碎石;路用性能;施工和易性

1 粉煤灰级配组成与性质

试验与实体工程采用的粉煤灰为哈尔滨第三火力发电厂生产的粉煤灰，其级配结构如表1。

表1 粉煤灰级配组成

粉煤灰视密度经试验测定为2.038 g/cm3。最佳含水量为31%，当含水量超过最佳含水量时，在振动作用下粉煤灰开始发生液化，粉煤灰在级配碎石材料中被液化时，可以使级配碎石之间的摩阻力大大减小，容易移动到能量最低点、最稳定的地方，而使混合料整体更容易密实。因此在压实粉煤灰稳定级配碎石时，可以让粉煤灰的含水量达到液化点。

2 粉煤灰对级配碎石施工和易性的影响

2.1 粉煤灰对最佳含水量的影响

图1两种粉煤灰含量的试验结果，当粉煤灰含量由0增加到3%时，级配1最佳含水量平均增加2.6%，级配2平均增加1.6%，即级配的类型对含水量的提高幅度有较大的影响，而且不论级配怎样，振动工艺下的最佳含水量均大于击实工艺下的含水量，从压实原理来分析，击实压实是通过施加冲击荷载对被压实材料进行压实，对材料产生剪应力使之压实;而振动压实是通过高频振动作用使材料“液化”，使被压实材料易于移动，出现颗粒间相互填充现象，使材料更密实，且形成骨架—密实结构。

由于粉煤灰是很好的保水性材料，同时其他指标完全满足要求，所以能大幅延长最佳含水量状态所能维持的时间。

图1 粉煤灰含量为0%和3%时压实系数的对比

2.2 粉煤灰对可压实性能的影响

级配碎石基层材料的施工过程的一大难点是压实，既密实又不过多的压碎而改变级配过多，规范规定基层压实度为98%～100%，采用较硬的岩石则很难达到要求。图2为压实系数对比图，由于添加了粉煤灰，使级配碎石的级配发生了改变，压实度不能反映其可压实性能，故采用最大干密度与理论密度的比值来评价。当粉煤灰含量为3%时，其压实系数比不含粉煤灰提高了5%，采用振动成型时，压实系数的提高幅度要大于击实成型的情况。

图2 粉煤灰含量为0和3%时压实系数的对比

2.3 粉煤灰对级配碎石离析性能的影响

级配碎石自由下落堆积试验表明，堆积直径和堆积高度均与其施工和易性具有相关性，堆积半径越大，堆积高度越小，施工和易性越差，反之，级配碎石的工作性则越好，但采用双指标评价应用便利性较差;从试验过程中可知，级配碎石的堆积形状与材料的级配、含水量大小和粉煤灰含量有关，图3为级配碎石自由下落的三种典型堆积形态，图3a的堆积形态表示和易性最差，此时粗集料都集中在外侧，石料之间缺乏粘结力，容易离析而且不利于施工压实。图3b表示施工和易性一般，石料之间粘结力较好，但是流动性不好，颗粒间不容易移动，可压实性能一般。图3c的堆积形状表征石料之间具有较好的粘聚性和流动性，颗粒的堆积最丰满，施工和易性与可压实性最好;堆积形态由图3a过渡到图3b，反应了级配碎石含水量的影响，堆积形态由图3b过渡到图3c表征的是粉煤灰对堆积形态的影响。

图3 级配碎石自由下落的三种堆积状态

图4a为粉煤灰含量为0时从漏斗落下的状况，可见离析十分明显，细集料分布在中间，粗集料呈环状分布在边缘，而且颗粒间十分松散，图4b为加入了3%的粉煤灰级配碎石从漏斗落下的状况，可见离析大大减小，粗料分布比较均匀，而且粘聚力较好。图5为试验路级配碎石粉煤灰含量为5%时取样筛分结果，可以看出，级配变异较小。

图4 粉煤灰加入前后级配碎石的离析状态

级配碎石的施工较佳的状态应该是颗粒间的粘结作用与润滑作用均适当，一定的粘结作用可防止摊铺时离析，一定的润滑作用可以促进压实，因此规范明确指出级配碎石宜采用石灰岩，致使一些优质高强的石料被拒绝使用，因此可以考虑在级配碎石中添加粉煤灰对和易性进行改善，但粉煤灰的最佳含量必需通过试验确定，同时还必须保证粉煤灰的加入不能降低级配碎石的力学性能。

图5 现场级配碎石筛分结果与目标级配对比

2.4 粉煤灰含量对渗透系数的影响

对材料的渗透性能用渗透系数这个指标评价，渗透系数用土力学里的公式计算

根据此公式计算出来的渗透系数与各种大家熟悉的材料的渗透系数进行对比。渗透系数是基层一个很重要的性能，不透水的基层容易导致基层的软化、冲刷，具备良好排水性能的基层能及时排除路面渗下的水，保持基层的干燥，防止唧浆等损坏。

图6为试验结果，可以看出渗透系数随着粉煤灰的增加而减小。当粉煤灰含量小于8%时渗透系数下降很快，当粉煤灰含量大于8%时，渗透系数趋于稳定。为保证粉煤灰处置级配碎石的渗水特性，粉煤灰的最佳用量不能超过8%。因此，考虑粉煤灰级配碎石的压实特性和功能特性，粉煤灰处置级配碎石粉煤灰的最佳用量为5%。

图6 粉煤灰含量与级配碎石渗透系数的关系

3 结论

通过对粉煤灰级配碎石的路用性能研究，可得出以下结论:

(1)粉煤灰的加入可改善级配碎石的保水性、可压实性和抗离析性;保水性可避免施工中二次洒水，可压实性可使压实系数提高5%，抗离析性能可使结构层更加均匀;

(2)当粉煤灰含量小于8%时渗透系数下降很快，当粉煤灰含量大于8%时，渗透系数趋于稳定，考虑粉煤灰级配碎石的压实特性和功能特性，粉煤灰处置级配碎石粉煤灰的最佳用量为5%。

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中图分类号:U416.214

C

1008-3383(2011)06-0055-01

收稿日期:2011-03-17