试验分析粉煤灰与石灰、水泥改良黄土填料效果

薛会科

【摘 要】近年来，我国的铁路建设取得了前所未有的发展成就，其对路基填料也提出了更高的要求。传统的人工压实素黄土已经不适应铁路路基建设的需求，因此，对改良黄土填料的研究与应用显得尤为重要。本文将着重对粉煤灰与石灰、水泥改良黄土填料进行研究分析，并探究其填料效果，为铁路路基填料提供一个参考。

【关键词】粉煤灰；石灰；水泥；黄土填料；铁路路基

作为燃煤电厂一种极为常见的废弃物，粉煤灰的排放对自然环境造成了严重的污染，且占用了大量耕地，因此，对其进行有效利用迫在眉睫。粉煤灰具有良好的渗透性与水稳性，且强度高，能够与水泥、石灰实现改良黄土填料进行反应，在高质量铁路路基填筑中有着良好的应用。对粉煤灰与石灰、水泥改良黄土填料的研究有着一定的实践意义与应用价值。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

本次研究中所用到的黄土为兰新铁路兰武复线DK96+100～DK97+000黄土坑，其液限为25.0%wp/%，塑限为11.8wp/%，最大干密度能够达到1.9pdmax/g·cm-3，其最佳含水量为12.7wapt/%，该黄土从颗粒级配上可分为四个级别，其中>0.05mm占23.56%，0.05～0.01mm之间占71.35%，0.01～0.005mm之间占2.76%，<0.005mm占2.33%，该黄土为粉质黄土。研究所用的粉煤灰为兰州市某热电厂的副产品，粉煤灰中SiO2含量最多，约占48.02%，其次为AlO3，占24.53%，除此之外还包括FeO3、MgO、CaO、MnO等化学成分。研究所用的CaO以及MgO含量约为65.3%，在试验前，首先对其进行消解，研究中所用水泥为某水泥厂提供的普通硅酸盐水泥，为了确保试验的准确性以及水泥黄土性能，试验前均对水泥进行强度、性能检测，保证水泥质量。

1.2 试验方法

首先，采用三轴压缩试法以及无侧线抗压强度试验法对素黄土、粉煤灰进行试验研究，而水泥粉煤灰、二灰黄土则选择后者进行试验。需要注意的是，素黄土制备试样的含水量需保持在15%左右，其压实系数为0.92，需准备两组试样，一组置于饱和器中试验，粉煤灰黄土中粉煤灰的掺和比按照重量进行计算，分别为10%、20%、30%，并于三种比例下给予17%含水量制备试样，且分为两组，每组的压实系数保持为0.92，并给予为其28d的养护，当达到养护时期后，对其中的一组进行饱和，保持二灰黄土中石灰掺和比在5%左右，粉煤灰的掺和比不变，对每一种掺和比制备4组试样，压实系数仍为0.92，并给予有效养护，对3组试样进行饱和，然后进行试验。

2 试验结果

2.1 素黄土与粉煤灰黄土

本次研究中采用三轴压缩试验方法以及无侧限抗压强度法对素黄土、粉煤灰黄土进行试验，可以发现在压实系数为0.92的条件下，处于最佳含水量附近的试样并未表现出较高的强度指标，而当无侧线抗压强度为176.3kpa时，其强度指标更弱，不能够适应高标准铁路路基填料的要求，因此，可采用粉煤灰对其进行改良。通过本次研究可以发现，当掺和比为10%、含水量在17%的条件下，与素黄土相比，粉煤灰黄土强度相对更高，且掺和比越大，粉煤灰黄土强度也越大，这能够在一定程度上体现出粉煤灰对黄土水稳定性的改善作用。而当粉煤灰掺和比达到30%、无侧线抗压强度在615.2kpa，饱和状态下能够达到245.3kpa，反映出含水量具有较强的敏感性。若水稳定达不到一定的要求，则很难满足高标准铁路路基的填充要求。因此，为了提升粉煤灰黄土强度，可在其中加入适量的石灰、水泥。

2.2 二灰黄土

通过试验研究可以发现，当掺和5 %石灰的条件下，粉煤灰黄土的强度能够得到大幅度提升，在掺和比为10%的条件下，粉煤灰黄土无侧限抗压强度能够达到247.3kpa，而二灰黄土则能够达到1089.6kpa，几乎达到了粉煤灰黄土的5倍左右。通过试验可以发现，粉煤灰含量对二灰黄土强度有着极为重要的影响，粉煤灰含量越多，二灰黄土强度就越大，且二灰黄土的水稳定性也会随着粉煤灰掺和比的增大而增强。

2.3 水泥粉煤灰黄土

当粉煤灰掺和比保持一致时，尽管在水泥掺量极少的条件下，也会在一定程度上增强水泥粉煤灰黄土的强度。本次研究中，当粉煤灰掺和比为10%时，其无侧线抗压强度能够达到245.3kpa，而水泥粉煤灰则能够达到1086.2kpa，明显高于粉煤灰黄土。当水泥掺和比保持不变时，粉煤灰掺量越多，水泥粉煤灰黄土的抗压强度就越大，这很大程度上是由于粉煤灰的活性作用，其能够与水泥产生CaO反应，产生相对稳定的水化铝酸钙，进而增强材料的强度。除此之外，粉煤灰还能够对水泥土的和易性起到一定的改善作用，使水泥土材料的强度得到增强。

3 结论

通过本次试验研究，可以发现素黄土与粉煤灰黄土饱水后，其抗压强度不能够适应高质量铁路路基填料的需求；当粉煤灰掺和比一致时，与粉煤灰黄土相比，二灰黄土强度更高，且粉煤灰含量越大，二灰黄土强度就越大。另外，二灰黄土也会受到含水量的影响，含水量越多，其抗侧压强度越低。水泥粉煤灰黄土与粉煤灰黄土相比有着更好的水稳定性。通常，在高标准的铁路路基填料施工中，可将2%水泥与10%～30%粉煤灰进行掺和，以便达到铁路路基基床填料需求。

4 结束语

当前，铁路交通运输事业的发展对铁路路基基层填料提出了新的要求，而水泥粉煤灰以其较高的水稳性与强度特征在路基填料中的应用，能够在一定程度上降低工程造价，且对环境保护有着重要的意义，值得参考借鉴。

【参考文献】

[1]夏琼，杨有海，耿煊.粉煤灰与石灰、水泥改良黄土填料的试验研究[J].兰州交通大学学报，2008，03：40-43+47.

[2]李志清，余文龙，范林峰，付乐，胡瑞林，林杜军，王艳萍.改良黄土强度特性与工程处置试验研究[J].工程地质学报，2011，01：116-121.

[3]连继峰，杨有海.铁路路基膨胀土填料改良试验研究[J].铁道标准设计，2011，11：20-23.

[4]严耿升，张虎元，李海鹏，胡向阳.改良黄土渗透试验研究[J].粉煤灰，2013，06：1-5.

[责任编辑：王伟平]