基于擊實成型與振動成型的固化粉煤灰強度試驗研究①

摘 要:我國公路部門或鐵路部門室內常用的確定路基填料及路面基層材料的最佳含水量及最大干密度的方法是重型擊實法，相應測定其技術指標的試件成型方式是靜壓法。重型擊實方法是在室內通過施加沖擊荷載對被壓材料進行壓實，靜壓法成型試件的方法與靜力壓路機滾壓機理相同[1～4]。但對于臺背與溝槽管線處路基回填場合，受施工條件限制，大型壓實機械無法進入回填區域以及壓實死角部位，填土壓實質量很難保證，只能采用小型夯實機具進行夯擊壓實[5～7]。因此對應以上兩種現場施工工藝，室內試驗也應采用擊實和振動兩種試件成型方法。

關鍵詞:重型擊實方法固化粉煤灰試驗研究

中圖分類號:X705文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)06(c)-0052-02

本文在粉煤灰中摻入鎮江市三新建設科技生產的粉煤灰固化劑，分別按擊實法和振動法制備試件，進行強度試驗，并對其試驗結果作了對比分析，研究結果可為粉煤灰在路基回填工程中的廣泛應用提供理論依據和參考建議，研究過程簡述如下。

1 試驗材料

粉煤灰采用鎮江諫壁電廠濕排低鈣灰，固化劑采用鎮江市三新建設科技生產的粉煤灰固化劑，它是一種粉煤灰增強膠結材料，由增強劑、I級粉煤灰、MFA激發劑等材料組成，經過球磨工藝深加工充分激發其活性的材料。

2 試件成型方法

(1)試件振動成型

試驗方法:參照混凝土有關試驗規范，試件采用100mm×100mm×100mm立方體試件，當塌落度小于70mm時，采用標準振動臺振動成形;當塌落度大于70mm時，采用人工成型。拌和物厚度大致相等的兩層裝入試模，每層插搗次數為12次。放在標準養護室養護，養護溫度為25±2℃，養護兩天后脫模，試件脫模后繼續養護到試驗齡期。

試驗取3%、4.5%、6%、7.5%、9％五種固化劑含量，為方便，這五種劑量分別編號為A、B、C、D、E五組。

(2)試件擊實成型

按公路無機結合料穩定材料試驗規程 (JTG E51-2009)進行擊實試驗[8]，試驗共分A、B、C、D、E、F、G七組，分別采用3%、4.5%、6%、7.5%、9％、10.5％、12％七種固化劑含量，每一組6份分別按干重的23%～34%加入水，試驗結果如下:A、B、C、D、E、F、G組的最佳含水量分別為27.8%、27.7%、27.5%、28.0%、29.2%、30.2%、27.4%，最大干密度分別為1.180、1.216、1.192、1.210、1.204、1.201、1.212g/cm3。

從上述結果可以看出，固化劑用量從3.0％變化到12.0％，最佳含水量在27.4％～30.2％之間變化，而最大干密度在1.180g/cm3～1.216g/cm3之間變化，兩者的變化幅度都很小。這表明擊實試驗時，固化劑、粉煤灰材料確定后，最佳含水量與最大干密度也大致確定，固化劑用量對其影響很小。

3 無側限抗壓強度試驗

無側限抗壓強度是路面材料常用控制指標，具有試件成型方便、設備簡單而廣泛、速度快、試驗結果較穩定等優點，便于在施工現場實施。從固化粉煤灰的性能與使用場合出發，可考慮將其選為最基本的性能指標。本研究進行了普通擊實成型試件和振搗(振動)成型試件的無側限抗壓強度試驗。

3.1 擊實成型試件

配比設計考慮固化劑含量、水泥含量對無側限抗壓強度的影響，固化劑含量分別為3.0％、4.5％、6.0％、7.5%、9%，水泥劑量采用2.0％、4.0％，水的用量參照擊實試驗確定的最佳含水量。

(1)固化劑含量、齡期對無側限抗壓強度的影響

無側限抗壓強度試驗結果如下:固化劑含量3.0％、4.5％、6.0％、7.5%、9%的7天無側限抗壓強度分別為0.31、0.48、0.53、0.55、0.62MPa;28天無側限抗壓強度分別為0.52、0.76、1.07、1.21、1.42MPa;90天無側限抗壓強度分別為0.59、0.93、1.45、1.57、1.80MPa。從試驗結果看，不同固化劑含量固化粉煤灰的強度隨齡期增長而不斷增長，但早期強度增長較快，28天以后強度仍然有一定程度增長，但增長幅度逐步減小。固化劑含量對強度有直接影響，6％固化劑時比3％有較大程度的強度提升，而9％與6％相比，強度提升幅度較小。因此，在路堤大范圍應用時，采用6％以下的用量是相對經濟的。

(2)水泥含量對無側限抗壓強度的影響

摻入水泥主要目標是改善固化粉煤灰的早期強度，但過大的摻量是不經濟的，因此本次試驗在固化劑含量為6％的固化粉煤灰中分別摻入2.0％和4.0％兩者摻量進行試驗并與不摻水泥的情況進行對比，試驗結果下:摻入2.0％水泥的固化粉煤灰的7、14、28d的無側限抗壓強度分別為0.72、1.03、1.21MPa;摻入4.0％水泥的固化粉煤灰的7、14、28d的無側限抗壓強度分別為0.83、1.16、1.45MPa;不摻水泥的固化粉煤灰的7、14、28d的無側限抗壓強度分別為0.57、0.77、1.03MPa。由試驗結果可以看出在固化粉煤灰中加入水泥提高了固化粉煤灰的無側限抗壓強度，隨著水泥含量增大，強度增加。同時可以看出，加入水泥主要提高了固化粉煤灰早期強度，后期強度增加減緩。在實際工程中，在工期緊張情況下，可采用加入少量水泥的臨時性措施，以提高早期強度。

3.2 振動成型試件

振動成型試件和擊實成型試件一樣，配比設計考慮固化劑含量、含水量、水泥含量對無側限抗壓強度的影響。

(1)固化劑含量、齡期對無側限抗壓強度的影響

無側限抗壓強度試驗結果如下:固化劑含量3.0％、4.5％、6.0％、7.5%、9%的7天無側限抗壓強度分別為0.30、0.38、0.44、0.48、0.56MPa;28天無側限抗壓強度分別為0.50、0.55、0.67、0.75、0.96MPa;90天無側限抗壓強度分別為0.65、0.81、1.05、1.33、1.76MPa。

從試驗結果可以看出，試件無側限抗壓強度隨固化劑含量增加而增長，隨齡期的增長而增大，且固化劑含量越大，增長幅度越大。固化劑含量增加時，對早期強度的增加效果不顯著，從3％變化到9％時，強度僅從0.30MPa增加到0.56MPa;對后期強度(90d)的增長效果顯著，其強度從0.65MPa增加到1.76MPa。通過分析可知，用增加固化劑的方式來提升其成型后早期強度雖有效果，但經濟性并不高。

(2)含水量對無側限抗壓強度的影響

試驗以6.0％的固化劑含量為基礎，按照不同含水量成型，養生后測試其無側限抗壓強度，驗證是否存在最佳含水量，并確定其值。測試結果如下:含水量為38％、40％、42％、45％、48％的7天無側限抗壓強度分別為0.36、0.42、0.38、0.35、0.32MPa;28天無側限抗壓強度分別為0.54、0.67、0.61、0.55、0.51MPa。

由上述結果可以看出，以無側限抗壓強度為標準的固化粉煤灰拌和存在最佳含水量，本次試驗為40％。大于40％時，強度隨著含水量的增加而降低，而小于40％，含水量低導致水化反應慢，膠結性能差，試件甚至不能成形，強度也會降低。

(3)水泥含量對無側限抗壓強度的影響

摻入水泥主要目標是改善輕質固化粉煤灰的早期強度，但過大的摻量是不經濟的，因此本次試驗只選擇了2.0％和4.0％兩者摻量進行試驗，試驗結果如下:不摻水泥的固化粉煤灰的7、14、28d的無側限抗壓強度分別為0.30、0.67、0.77MPa;摻入2.0％水泥的固化粉煤灰的7、14、28d的無側限抗壓強度分別為0.44、0.83、0.97MPa;摻入4.0％水泥的固化粉煤灰的7、14、28d的無側限抗壓強度分別為0.49、0.96、1.07MPa。

由上述結果可以看出在固化粉煤灰中加入水泥提高了固化粉煤灰的無側限抗壓強度，隨著水泥含量增大，強度增加。同時可以看出，加入水泥主要提高了固化粉煤灰早期強度，后期強度增加減緩。在實際工程中，在工期緊張情況下，可采用加入少量水泥的臨時性措施，以提高早期強度。

4 結論

擊實和振動是構成固化粉煤灰的不同受力類型，由其構成的混合料的組成結構、壓實特性及物理力學性質有著顯著的不同。通過以上一系列試驗研究，可以得出以下結論:

(1)擊實成型試件與振搗成型試件相比，其無側限抗壓強度更大，這種差異在固化劑用量增加時，表現得更明顯。

(2)兩種成型方法的最佳含水量相差約10％左右，擊實試件最佳含水量約為30％，振搗試件最佳含水量約為40％;

(3)無論何種成型方式，在固化粉煤灰中加入水泥對它的7天抗壓強度影響很大，后期強度增加減緩，水泥劑量以2％比較合適，更高劑量效果雖更好，但不夠經濟;

(4)無論何種成型方式，固化粉煤灰的無側限抗壓強度隨齡期增長和固化劑的劑量增加而增長，且增加劑量對固化粉煤灰的后期強度影響更顯著。

參考文獻

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