粉煤灰在高速公路工程中的应用

周口市公路勘察设计院 王月丽 张小亮

粉煤灰在高速公路工程中的应用

周口市公路勘察设计院 王月丽 张小亮

一、粉煤灰的性质和路用性能分析

1．粉煤灰应用的优点。粉煤灰是火力发电厂燃烧煤粉产生的粉状灰渣。其主要成分是二氧化硅和三氧化二铝，在有石灰和水的条件下，粉煤灰能生成有胶凝物的产物，使石灰-粉煤灰混合料产生强度，它的这一特性已越来越多地被道路工程所利用，特别是底基层结构形式多采用石灰、粉煤灰稳定细料土（简称二灰土），取代了以前较常用的石灰稳定土，进一步提高了工程质量和道路的使用品质。规范规定作为路面用粉煤灰的烧失量不应超过20%。粉煤灰在高速公路中的应用具有以下优点。

（1）减少用水量：经实验，用30%的粉煤灰代替20%的水泥，搅拌混凝土中间用水量可减少7%左右，而且增强了混凝土的密实性。

（2）改善了混凝土拌和物的和易性。

（3）增强混凝土的可泵性，因改善和易性而提高了易泵性，同时由于泌水性和离析现象改善，以及粉煤灰本身的球形玻璃体效应，可以得到更好的减阻效果。

（4）减少了混凝土的徐变：经实验研究粉煤灰混凝土和基准混凝土的对比，前期接近，而徐变值后期明显较小，经加荷确定约减少50%。

（5）减少水化热、热能膨胀性：混凝土中泥水化反应要放出热量，在大体路面施工中会出现中心与边缘温差而产生应力，导致裂缝。由于粉煤灰的掺加有利于减少在混凝土内部由于水化热而产生的升温，减少了混凝土热膨胀出现裂缝的危险。

（6）提高混凝土抵渗能力：由于混凝土能减少用水量和降低水灰比，并且在和水泥水化过程中析出氢氧化钙生成水化硅酸钙和水化铝酸钙凝胶，使水泥石中毛细孔的数量减少，孔径变小，增加了对液体和气体改渗透和扩张作用的抵抗力，即抗渗力。

（7）增加混凝土的修饰性：粉煤灰能使表面平整饱满，较容易抺面和修饰而且硬化后混凝土色泽更为美观。

粉煤灰是一种质轻、多孔隙、颗粒均匀，具有一定水稳定性的无粘结性材料。其路用性能满足公路路堤的技术要求。采用粉煤灰修筑路堤是完全可行的，为开发利用粉煤灰找到了一条有效途径。

3．粉煤灰的粒径组成。经颗粒分析试验表明，粉煤灰粒径多分布于0.005～0.100mm粉性颗粒之间，级配呈均匀分布，属粉质砂土范围。液塑限试验表明，粉质灰不具备塑限，液限为60%。

4．粉煤灰的压缩性。路基填筑材料的压缩性直接关系到路基将来的平整度和稳定性，粉煤灰的压缩性试验指标见表1，压缩系数较小为0.14Mpa-1，仅为土类的35%左右。

表1 粉煤灰力学性质汇总

5．粉煤灰的内摩擦角与黏结力。内摩擦角与黏结力是路堤的强度和稳定性评定的主要指标。实验表明：饱和状态下C值迅速降低，而ф值也相应地下降约15%～35%。故粉煤灰强度主要取决于内摩擦角。考虑到该因素，在稳定性验算过程中，为安全起见，设计值取C=0，ф=30。经实际验算，平均填高抗滑稳定安全系数均大于1.25。

二、粉煤灰在高速公路路堤中的应用

1．粉煤灰在高速公路路堤工程中应用的优点。粉煤灰作为一种轻质路堤填料，已经越来越多地被应用于高速公路路堤填筑工程中，粉煤灰作为路堤填料具有以下的几个优点。

（1）变废为宝，保护环境、节约耕地。粉煤灰的排放不仅占用了大量的农田，而且污染环境。粉煤灰的利用不仅能减少路堤填筑所需要的耕地，还能减少粉煤灰堆 放所占用的耕地。

（2）粉煤灰属于轻质路堤填料，其自重较一般土体轻1/3以上，即在相同的填筑高度下，粉煤灰路堤的自重荷载比一般土路堤及碎石、砾石路堤明显减小，地基附加应力及沉降变形相应变小，有利于路基稳定。同时，沉降变形的减小，有利于减小桥头差异沉降，解决桥头跳车问题。

（3）与传统的石灰土填料相比，可节省工程造价。

2．粉煤灰在高速公路路堤中应用的造价分析。通过引用某高速公路中对粉煤灰和5%石灰土路堤填料进行了工程直接费的对比，计算过程中，施工段落长度按200m计，路基宽度按30m计，压实层厚度取20cm，即工程数量为1 200 m3（压实力）。路基填土灰等采用天然实方计量定额，其相关定额乘以系数1.16。计算依据为《公路工程预算定额》（JTG/G B06-02-2007）、《公路工程机械台班费用定额》（JTG/G B06-03-2007）等。因此，采用粉煤灰作为路堤填料可以大大节约工程造价。

粉煤灰的利用不仅能够把粉煤灰变废为宝，可减少路堤填筑所需要的耕地，还能减少粉煤灰堆放所占用的耕地，节约大量粉煤灰处置费，综合社会效益显著，这符合中央提出的科学发展观，也符合人类社会的可持续发展，为开发利用粉煤灰找到了一条有效途径。