浅谈粉煤灰固化技术的应用

叶龙

（南京市公路管理处江南高等级公路管理站，江苏 南京 210000）

1 粉煤灰的化学成分及工程特性

1.1 粉煤灰的种类

粉煤灰按其排放系统的不同，可分为干排灰、湿排灰和调湿灰三种，按含钙量多少分为高钙灰（CaO含量≥10%）和低钙灰（CaO含量<10%）两种，我国的大多数燃煤电厂排放的粉煤灰是水排低钙灰。

1.2 粉煤灰的品质标准

用于工程实践中的粉煤灰，应符合表1的规定

表1 粉煤灰的品质

1.3 选择上海几家生产的粉煤灰进行化学成分及粒度分析，见表2和表3。

表2 粉煤灰的化学成分

通过表2分析可知，粉煤灰中的SiO2，Al2O3和 Fe2O3总含量应大于70%，烧失量不应超过20%，比表面积宜大于2500cm2/g。

表3 粉煤灰的颗粒分析

通过表3分析可知，粉煤灰的粒径组成主要分布在0.05～0.01mm段，其次是0.1～0.05mm段，两者相加总量达80%，按土工规范属砂质粉土。

2 粉煤灰增强固化剂

南京市中山南路改造工程固化粉煤灰采用HAS固化剂，本文重点介绍一下该产品。HAS固化剂是一种新型耐水固化剂，具有对粉煤灰、各种工业废渣、原矿砂、含泥碎石屑、土壤等无须冲洗即可固化的优良特性，广泛应用于道路工程、水利水电工程、基础处理工程、墙体材料等领域。

2.1 HAS固化剂的技术特点

（1）固化强度高。与水泥固化相比同等条件下，同龄期抗压强度可提高l80%以上，抗折强度可提高200%以上。固化体固化后强度反而提高很多。

（2）耐水性和耐久性好。固化体水稳定性好，抗冻性、抗渗性、比水泥固化体提高200%以上，抗化学腐蚀性强，固化体不怕酸、碱、海水的腐蚀。

（3）干缩率小和耐磨性好。与水泥固化体相比，干燥收缩要小2～4倍。固化粉煤灰作为管沟及台背的填筑材料，固化剂加量约3%左右，性能优于10%水泥固化的效果。

2.2 固化剂检测指标，见表4

表4 HAS固化剂

3 固化粉煤灰混合料试验

3.1 固化粉煤灰烧灰强度指标，见表5

表5 项目指标

3.2 现场取粉煤灰样品试验，结果见表6

表6 粉煤灰试验数据

通过表6试验数据分析，此粉煤灰符合工程实践的品质要求。

3.3 HAS固化剂样品

经外观和试验检测结果如下：

表7

通过检测HAS固化剂符合Q/321100KZ003-2004要求。

3.4 试验过程。取宝钢干灰试样和HAS增强固化剂，按照粉煤灰和HAS固化剂配合比不同，在试验室中充分拌和，每种配合比采用两种含水量，一种含水量ω=10%左右，混和料呈松散状态，试模内压实成型；另一种含水量ω=40%左右，混和料呈流动状态，容器内振捣成型，试件常温养护，测定其7天和28天无侧限抗压强度。试验数据见表8

表8 固化粉煤灰无侧限强度

通过试验数据分析得出如下结论：

（1）无侧限强度符合GB/T50081-2002要求。随HAS固化剂掺量的增加，无侧限抗压强度基本呈增大趋势，且5.1%的HAS固化剂掺量已满足设计强度要求，从经济方面考虑，选择 1350Kg/m3：70Kg/m3=粉煤灰：HAS 固化剂配合比。

（2）成型后的试件，敲碎，磨细，加水拌和后成型，经过养护，仍然可以形成强度。即，混和物可以反复应用，且能保证强度质量。

（3）固化粉煤灰混和物形成强度受含水量影响较小，作业面积大时，含水量可以在ω=10%左右，摊铺后用压路机压实；当作业面积狭窄时，适当增加含水量ω=40%左右，使其稠度减小，固化粉煤灰混和物呈流动状态，填充所要回填的空间后，用插入式振捣棒振捣，基本同混凝土浇筑一样的工艺。

提醒注意：混和料加以覆盖，尽量避免扬尘。

4 固化粉煤灰台背及管沟回填施工技术

4.1 固化粉煤灰的设计计算

因粉煤灰砂质粉土难以固化，粉煤灰回填设计可近似地按砂质粉土回填的计算方法进行，对固化粉煤灰回填的地基承载力计算、下卧层强度的验算和地基沉降的计算方法与砂（砂石、碎石）回填层基本相同。

4.2 固化粉煤灰的运输

对过湿的粉煤灰应沥干装运，装运时含水量以15%～25%为宜，底层粉煤灰宜选用较粗的灰，并使含水量稍低于最优含水量。

4.3 固化粉煤灰回填施工

粉煤灰回填可采用分层压实法和灌注振捣法。

（1）分层夯实法

适用于大面积回填，分层摊铺、碾压。摊铺可以机械摊铺，也可以人工摊铺。用平板振捣器，蛙式打夯机、压实机或振动压路机等压实，具体选用应按工程性质，设计要求和工程地质条件确定。施工压实参数（ρdmax、ωop）由室内轻型击实试验确定，压实系数应根据工程性质、施工机具、地质条件等因素选定，一般可取0.90～0.95；虚铺厚度和碾压遍数应通过现场小型试验确定。若无试验资料时，可选用铺筑厚度200～300mm，碾压后的压实度厚度为150～200mm；对小型工程可采用人工分层摊铺，在整平后用平板振动器或蛙式打夯机进行压实。施工时须一轮压1/2～1/3轮往复压实，由外围向中间进行，直至达到设计密实度要求。大中型工程可采用机械摊铺，在整平后用履带式机具初压两遍，然后用中、重型压路机碾压，施工时须一轮压1/2～1/3轮往复碾压，后轮必须超过两施工接缝。碾压次数一般为4-6遍，碾压至达到设计密实度要求；施工时宜当天铺筑，当天压实，若压实时呈松散状，则应洒水湿润再压实，洒水的水质就砂含油质，pH=6～9；若出现“橡皮土”现象，则应暂缓压实，并采取开槽、翻开凉晒或换灰等方法处理；施工时最低气温不低于0℃，以防粉煤灰含水冻胀。

（2）灌注捣实法

增加固化粉煤灰的含水量，使其呈流动状态，振捣密实的一种回填方法，适用的回填部位；雨水井、检查井周围或台背死角处，不容易摊铺或无法压实的部位，地形复杂，尤其是市政工程中，雨水井周围，基槽开挖较深，地形复杂，压路机不能压到位，回填夯实困难，因此粉煤灰回填发挥出其应有效果。例如：南京市中山南路改造工程，雨水管在路面3m以下，由于工期较紧，开挖后，即安装雨水管，马上用固化粉煤灰回填，然后再砌筑雨水井、井子周围回填就比较困难，这时增加固化粉煤灰的含水量，使其呈流动状态，灌入井子周围，同时用插入式振捣棒振捣密实，回填效果极佳。

5 实施效果

通过试验及南京市中山南路改造工程的施工实践证明，采用固化粉煤灰进行台背及管沟回填效果是十分显著的，具体效果表现在以下几点：

5.1 降低了工程造价

掺入5%HAS固化剂粉煤灰能优于掺入10%水泥固化粉煤灰的性能，且稳定性好，降低工程造价30～40%。

5.2 施工方便：据工程量大小，适时适地拌和，拌和均匀后，即可以使用。其次据工作面大小，采用不同的含水量。工作面开扩，便于机械碾压，使用小含水量，铺平后碾压；工作面窄小，用大一点含水量，使其呈流动状态，灌入后，振捣棒插入振捣，保证其密实。再者每一层压实后，即可以进行下一层施工，不需检测压实度，上道工序和下道工序衔接紧密，缩短了台背及管沟回填施工时间，减少了工期，适合于城市道路改造工程。

5.3 保证工程质量。一般土的台背及管沟的回填，一直是施工的敏感部位，容易出现“跳车”及管沟回填土的沉陷。几条市政改造工程的实践证明，采用固化粉煤灰进行台背及管沟回填，不会出现沉降，解决了回填这一施工难题。

6 推广的目的和意义

固化粉煤灰横跨环境工程、建筑材料、水工结构、土力学等多个学科。一方面，粉煤灰堆积如山，开发大用量的粉煤灰利用方法是亟待解决的难题，粉煤灰的利用有利于环境保护；另一方面，经过长期的工程实践，利用工业废渣粉煤灰为主要原材料，掺入固化剂，形成固化粉煤灰混合料，利用该混合料进行台背及管沟回填，成功地解决了常温固化粉煤灰的技术问题、经济问题和可持续发展问题。固化粉煤灰的抗碱强度高，抗溶蚀、抗渗、抗冻性能好，成本低，远远低于取土运土的费用，这样既大量利用了粉煤灰，又不因取土修路破坏农田，为市政工程台背及管沟回填提供了一种新材料、新技术。

[1]张瑞荣，侯浩波，贾海红HAS固化粉煤灰、石屑作为渠道衬砌材料的研究与应用[J].中国资源综合利用，2003年03期.

[2]侯浩波，马文静.增钙粉煤灰彩色地板砖的研制与生产[J].粉煤灰，1997.2.

[3]李永靖，徐峥嵘，张向东.利用粉煤灰固化风积土的试验研究[M].安全与环境学报，2002年03期.

[4]高明霞，巨娟丽，王国栋.粉煤灰固化土护面材料的力学及渗透性能研究[M].水利与建筑工程学报，2004年01期.

[5]阮燕，潘国耀，高琼英.超细磨粉煤灰配制超高强混凝土的研究[J].大连理工大学学报，1997，8136-138.

[6]侯浩波.固化粉煤灰作为灰坝筑坝材料的研究[J].武汉水利电力大学学报，1997，1056-59.

[7]姚信贵，张峰.粉煤灰在公路工程中的应用[J].中国资源综合利用，2000，78-9.

[8]何凤鸣，张建平等.粉煤灰肥料的研究及进展[J].粉煤灰综合利用，1998，339-42.