淺談粉煤灰路用性能

【摘 要】粉煤灰的物理、化學性能受電廠的多種生產因素影響，不同的火力發電廠排出的粉煤灰的性能和質量也存在較大差別，但它們又都有許多共同的特性。本文主要就粉煤灰的物理、化學性能和它們路用性能進行了論述。

【關鍵詞】 粉煤灰;性能;綜述

Shallow talk powder ash from stove road to use function

Zhang Song-kai

(Zhejiang lianghe transportation construction limited company Ningbo Zhejiang 315000)

【Abstract】The physics， chemistry function of powder ash from stove are subjected to the variety of power station production factor influence， dissimilarity of the thermal power plant eject of function and quality of powder ash from stove also existence bigger difference， but they again all have many common of characteristic.This text is main the physics of the powder ash from stove， chemistry function and their road carried on discuss with the function.

【Key words】Powder ash from stove;Function;Overview

1. 概述

隨著公路事業的飛速發展，對工程建筑材料的需求量的日趨加大，作為良好路基填料和無機結合料的粉煤灰，在近十年內得到了很好的開發和利用，廣泛應用于各種等級公路的路基、路面中，基本解決了火力發電廠粉煤灰排放難，費用逐年增加的問題。

粉煤灰是燃媒發電廠在媒燃燒后，用機械或靜電回收裝置回收后的一種工業廢渣。雖然用粉煤灰作為主、輔材料形成的產品，具有強度高，板體性好，水穩性和凍穩性優良等特點，但由于粉煤灰的化學和物理性能受媒種、媒粉吸毒、鍋爐裝置、負荷及人少條件、收塵輸送及儲存方法等多種因素的影響。所以，不同廠家，在不同條件下產生的粉煤灰的物理、化學性能也都各異，各項參數指標均有較大幅度的波動和變化，極大地影響了粉煤灰地路用性能。

2. 粉煤灰的化學性質

2.1 主要成分。

粉煤灰主要由SiO2， AL2O3， Fe2O3 ，CaO， MgO等礦物成分組成，各組分的含量隨粉煤灰的來源不同而存在不同的差異。表1列出的是幾種典型粉煤灰的化學組分。

2.2 化學分類及其特性。

從化學成分含量和性能上分，粉煤灰一般分為兩大類。一類是含有大量的硅(SiO2)和鋁(AL2O3)，較少量的鐵(Fe2O3)，以及少量石灰(CaO)和硫(SiO3)，稱為硅鋁型粉煤灰。其CaO和MgO含量低，自身不具有膠凝性，屬于低鈣灰范疇。但當其粒度較細并在有水條件時可與堿金屬或堿土金屬反應生成膠凝性產物;另一類粉煤灰硅鋁含量少，石灰和硫的含量較高，屬高鈣灰范疇，稱作硫鈣型粉煤灰。具有自硬性。對工程有影響的主要成分是游離的石灰和未燃盡的碳，游離的石灰可影響粉煤灰的火山灰反應，未燃盡的碳則影響其壓實性能。

2.3 路用要求。

按照《公路瀝青路面設計規范》的要求，公路工程對粉煤灰在化學成分上的路用要求是:

(1)SiO2， AL2O3和 Fe2O3的總含量應大于70%。

(2)燒失量不(3)大于20%。

3. 粉煤灰的物理性能

3.1 物理成分。

粉煤灰外觀光滑而松軟，呈粒狀，粒徑較小，部分顆粒尺寸小于10μm，具有較大的比表面積。粉煤灰是由少部分結晶物質，一部分非結晶行物質和石英成分組成，完全的粉煤灰不含粘土礦物，因而不具備塑性。對粉煤灰的X光衍射分析得出:粉煤灰中主要為玻璃質，其次為莫來石、石英，還有少量的方解石、水云母、高嶺石、綠泥石等。粉煤灰是由各種形狀的顆粒組成的混合物，其中實心和空心圓形小球占很大比例;顆粒以非晶質的玻璃質體為主，是一種粒狀球形玻璃質組成。

3.2 路用特性。

(1)粉煤灰通常是一種均勻級配材料，其粒徑處于粉質砂土和粉質粘土范圍內，粒徑介于0.005mm~0.10mm之間。粉煤灰的粒度成分與它的路用性能應用協調一致。粉煤灰用作路基填筑材料時，影響其壓實性能的主要方面是粉煤灰的粒徑組成，粗顆粒含量較多的粉煤灰，內摩阻角會增大，表現出一定的有利作用。在作為路面基層無機結合料時，粉煤灰的比表面積應滿足2500cm²/g的規定標準，以利于早期強度的發展和火山灰反應。

(2)粉煤灰的擊實特性

有資料顯示，在室內對粉煤灰和細粒土進行擊實試驗得出的結果非常相似，二者的擊實曲線的在形狀總體上類似。均符合隨著擊實功能的增大，含水量逐漸下降，最大干密度逐漸增大，以及在一定壓實功能下，存在一個可達到的干密度的最佳含水量的一般規律。因此粉煤灰的最佳含水量是路基施工時，應該著重掌握和控制的指標。同時，粉煤灰的最佳含水量與最大干密度，又是影響其他物理力學性質的重要因素。

4. 粉煤灰的滲透性和毛細水上升高度

4.1 滲透性。

粉煤灰的滲透性取決于它的粒度成分、壓實度和火山灰反應程度。粉煤灰的滲透性與其壓實度有直接關系，壓實度越大，其滲透系數越小。與粉性土相比，在同時達到90%的壓實度的情況下，粉煤灰的滲透系數為1.9~7.5×10-5cm/s，而亞粘土的透系數約為1.49×10-7cm/s，可見粉煤灰的滲透性比土優越得多。

4.2 毛細水上升高度。

粉煤灰的毛細水上升高度與粉煤灰的原始含水量、密實程度等因素有關。密實度越小，毛細水上升高度越大，反之也然。

5. 粉煤灰的力學特點

5.1 粘聚力C。

粉煤灰是球形粉粒狀材料，內聚力由自凝強度和灰內毛細水表面張力的作用構成。自凝強度來自粉煤灰的火山反應，與其含游離石灰量的多少有關，CaO、MgO含量高，則對自凝強度形成有利。試驗表明，粉煤灰的自凝強度僅與密實度有關，密實度越大則其無側限抗壓強度也高;密實度小，則顯示不出增長趨勢。這是由于越密實，灰顆粒越靠近，火山灰質作用就易得到發揮的緣故。粉煤灰由毛細水張力所形成的粘聚力是一種“表觀內聚力”。

5.2 內摩阻角Φ。

由于粉煤灰不具有塑性，屬于無粘性材料，故其抗剪強度由三部分組成，即剪切時土粒接觸面上的滑動摩擦力、體積膨脹產生的阻力以及顆粒重新排列所受到的阻力。三部分總的效應是隨密實度的增大而提高。多項試驗資料顯示，不同密實度的Φ值相差不大，這說明粉煤灰由于體積膨脹與顆粒重新排列受到的阻力較小，其摩阻強度主要由顆粒接觸面上的摩阻力構成。粉煤灰和沙土一樣存在剪脹和剪縮性。隨著密實度的增加，剪脹所占的比例越大，它對抗剪強度的影響就越明顯，達到一定密實度后便會出現只有剪脹的現象。但比起砂來，粉煤灰的剪脹性小得多。

5.3 飽水后C、Φ值的變化。

飽水后粉煤灰的C、Φ值均有所降低，據快剪試驗結果，其一般變化規律是C值較飽水前下降70~90%，C值下降10~30%。粉煤灰C值比亞粘土C值在飽水前后均小50%左右，而Φ值在飽水前粉煤灰比亞粘土大30%左右，飽水后兩者接近。由于粉煤灰的內聚力C值主要由毛細水張力構成且飽和后急驟下降，內摩阻角也相應有所降低，故在路堤設計中用粉煤灰飽和狀態下的C、Φ值為宜。

5.4 CBR值。

粉煤灰和土一樣，CBR值都隨壓實度的增加而提高。由表2可以看出，粉煤灰的強度高于亞粘土強度1~2倍;按輕型擊實標準壓實度95%時，粉煤灰CBR為9.2，重型擊實標準壓實度95%時，CBR值為20.2，均達到水泥或石灰穩定土的CBR值，說明粉煤灰的強度已達到中等強度的水平。

5.5 回彈模量E0。

粉煤灰的回彈模量E0值是路基強度的常用指標，是一個重要的設計參數，它表征材料抵抗垂直變形的能力。從表3試驗資料知，E0值是隨壓實度的增加而提高。飽水狀態下的E0小于不飽水的E0值且強度約降低一半。與粘性土相比，粉煤灰的回彈模量值高于粘性土回彈模量值20~30%，說明粉煤灰具有較高的強度和均勻性。

[文章編號]1619-2737(2010)04-20-83