粉煤灰對級配碎石施工和易性的影響

2011-09-06 06:16:46王松濤

黑龍江交通科技 2011年6期

王松濤

(哈同公路管理處金家管理所)

粉煤灰對級配碎石施工和易性的影響

王松濤

(哈同公路管理處金家管理所)

摘要:為提高級配碎石的強度，骨架—密實型級配被廣泛地采用，但施工的和易性則越來越差，如何提高級配碎石的路用性能，倍受關注;在級配碎石集料中摻加適當的粉煤灰，通過性能試驗可知，粉煤灰的加入可改善級配碎石的保水性、壓實系數提高5%，抗離析性能增強;試驗路的修建證明了粉煤灰級配碎石的可行性。

關鍵詞:道路工程;粉煤灰級配碎石;路用性能;施工和易性

1 粉煤灰級配組成與性質

試驗與實體工程采用的粉煤灰為哈爾濱第三火力發電廠生產的粉煤灰，其級配結構如表1。

表1 粉煤灰級配組成

粉煤灰視密度經試驗測定為2.038 g/cm3。最佳含水量為31%，當含水量超過最佳含水量時，在振動作用下粉煤灰開始發生液化，粉煤灰在級配碎石材料中被液化時，可以使級配碎石之間的摩阻力大大減小，容易移動到能量最低點、最穩定的地方，而使混合料整體更容易密實。因此在壓實粉煤灰穩定級配碎石時，可以讓粉煤灰的含水量達到液化點。

2 粉煤灰對級配碎石施工和易性的影響

2.1 粉煤灰對最佳含水量的影響

圖1兩種粉煤灰含量的試驗結果，當粉煤灰含量由0增加到3%時，級配1最佳含水量平均增加2.6%，級配2平均增加1.6%，即級配的類型對含水量的提高幅度有較大的影響，而且不論級配怎樣，振動工藝下的最佳含水量均大于擊實工藝下的含水量，從壓實原理來分析，擊實壓實是通過施加沖擊荷載對被壓實材料進行壓實，對材料產生剪應力使之壓實;而振動壓實是通過高頻振動作用使材料“液化”，使被壓實材料易于移動，出現顆粒間相互填充現象，使材料更密實，且形成骨架—密實結構。

由于粉煤灰是很好的保水性材料，同時其他指標完全滿足要求，所以能大幅延長最佳含水量狀態所能維持的時間。

圖1 粉煤灰含量為0%和3%時壓實系數的對比

2.2 粉煤灰對可壓實性能的影響

級配碎石基層材料的施工過程的一大難點是壓實，既密實又不過多的壓碎而改變級配過多，規范規定基層壓實度為98%～100%，采用較硬的巖石則很難達到要求。圖2為壓實系數對比圖，由于添加了粉煤灰，使級配碎石的級配發生了改變，壓實度不能反映其可壓實性能，故采用最大干密度與理論密度的比值來評價。當粉煤灰含量為3%時，其壓實系數比不含粉煤灰提高了5%，采用振動成型時，壓實系數的提高幅度要大于擊實成型的情況。

圖2 粉煤灰含量為0和3%時壓實系數的對比

2.3 粉煤灰對級配碎石離析性能的影響

級配碎石自由下落堆積試驗表明，堆積直徑和堆積高度均與其施工和易性具有相關性，堆積半徑越大，堆積高度越小，施工和易性越差，反之，級配碎石的工作性則越好，但采用雙指標評價應用便利性較差;從試驗過程中可知，級配碎石的堆積形狀與材料的級配、含水量大小和粉煤灰含量有關，圖3為級配碎石自由下落的三種典型堆積形態，圖3a的堆積形態表示和易性最差，此時粗集料都集中在外側，石料之間缺乏粘結力，容易離析而且不利于施工壓實。圖3b表示施工和易性一般，石料之間粘結力較好，但是流動性不好，顆粒間不容易移動，可壓實性能一般。圖3c的堆積形狀表征石料之間具有較好的粘聚性和流動性，顆粒的堆積最豐滿，施工和易性與可壓實性最好;堆積形態由圖3a過渡到圖3b，反應了級配碎石含水量的影響，堆積形態由圖3b過渡到圖3c表征的是粉煤灰對堆積形態的影響。

圖3 級配碎石自由下落的三種堆積狀態

圖4a為粉煤灰含量為0時從漏斗落下的狀況，可見離析十分明顯，細集料分布在中間，粗集料呈環狀分布在邊緣，而且顆粒間十分松散，圖4b為加入了3%的粉煤灰級配碎石從漏斗落下的狀況，可見離析大大減小，粗料分布比較均勻，而且粘聚力較好。圖5為試驗路級配碎石粉煤灰含量為5%時取樣篩分結果，可以看出，級配變異較小。

圖4 粉煤灰加入前后級配碎石的離析狀態

級配碎石的施工較佳的狀態應該是顆粒間的粘結作用與潤滑作用均適當，一定的粘結作用可防止攤鋪時離析，一定的潤滑作用可以促進壓實，因此規范明確指出級配碎石宜采用石灰巖，致使一些優質高強的石料被拒絕使用，因此可以考慮在級配碎石中添加粉煤灰對和易性進行改善，但粉煤灰的最佳含量必需通過試驗確定，同時還必須保證粉煤灰的加入不能降低級配碎石的力學性能。