試驗分析粉煤灰與石灰、水泥改良黃土填料效果

薛會科

【摘 要】近年來，我國的鐵路建設取得了前所未有的發展成就，其對路基填料也提出了更高的要求。傳統的人工壓實素黃土已經不適應鐵路路基建設的需求，因此，對改良黃土填料的研究與應用顯得尤為重要。本文將著重對粉煤灰與石灰、水泥改良黃土填料進行研究分析，并探究其填料效果，為鐵路路基填料提供一個參考。

【關鍵詞】粉煤灰；石灰；水泥；黃土填料；鐵路路基

作為燃煤電廠一種極為常見的廢棄物，粉煤灰的排放對自然環境造成了嚴重的污染，且占用了大量耕地，因此，對其進行有效利用迫在眉睫。粉煤灰具有良好的滲透性與水穩性，且強度高，能夠與水泥、石灰實現改良黃土填料進行反應，在高質量鐵路路基填筑中有著良好的應用。對粉煤灰與石灰、水泥改良黃土填料的研究有著一定的實踐意義與應用價值。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

本次研究中所用到的黃土為蘭新鐵路蘭武復線DK96+100～DK97+000黃土坑，其液限為25.0%wp/%，塑限為11.8wp/%，最大干密度能夠達到1.9pdmax/g·cm-3，其最佳含水量為12.7wapt/%，該黃土從顆粒級配上可分為四個級別，其中>0.05mm占23.56%，0.05～0.01mm之間占71.35%，0.01～0.005mm之間占2.76%，<0.005mm占2.33%，該黃土為粉質黃土。研究所用的粉煤灰為蘭州市某熱電廠的副產品，粉煤灰中SiO2含量最多，約占48.02%，其次為AlO3，占24.53%，除此之外還包括FeO3、MgO、CaO、MnO等化學成分。研究所用的CaO以及MgO含量約為65.3%，在試驗前，首先對其進行消解，研究中所用水泥為某水泥廠提供的普通硅酸鹽水泥，為了確保試驗的準確性以及水泥黃土性能，試驗前均對水泥進行強度、性能檢測，保證水泥質量。

1.2 試驗方法

首先，采用三軸壓縮試法以及無側線抗壓強度試驗法對素黃土、粉煤灰進行試驗研究，而水泥粉煤灰、二灰黃土則選擇后者進行試驗。需要注意的是，素黃土制備試樣的含水量需保持在15%左右，其壓實系數為0.92，需準備兩組試樣，一組置于飽和器中試驗，粉煤灰黃土中粉煤灰的摻和比按照重量進行計算，分別為10%、20%、30%，并于三種比例下給予17%含水量制備試樣，且分為兩組，每組的壓實系數保持為0.92，并給予為其28d的養護，當達到養護時期后，對其中的一組進行飽和，保持二灰黃土中石灰摻和比在5%左右，粉煤灰的摻和比不變，對每一種摻和比制備4組試樣，壓實系數仍為0.92，并給予有效養護，對3組試樣進行飽和，然后進行試驗。

2 試驗結果

2.1 素黃土與粉煤灰黃土

本次研究中采用三軸壓縮試驗方法以及無側限抗壓強度法對素黃土、粉煤灰黃土進行試驗，可以發現在壓實系數為0.92的條件下，處于最佳含水量附近的試樣并未表現出較高的強度指標，而當無側線抗壓強度為176.3kpa時，其強度指標更弱，不能夠適應高標準鐵路路基填料的要求，因此，可采用粉煤灰對其進行改良。通過本次研究可以發現，當摻和比為10%、含水量在17%的條件下，與素黃土相比，粉煤灰黃土強度相對更高，且摻和比越大，粉煤灰黃土強度也越大，這能夠在一定程度上體現出粉煤灰對黃土水穩定性的改善作用。而當粉煤灰摻和比達到30%、無側線抗壓強度在615.2kpa，飽和狀態下能夠達到245.3kpa，反映出含水量具有較強的敏感性。若水穩定達不到一定的要求，則很難滿足高標準鐵路路基的填充要求。因此，為了提升粉煤灰黃土強度，可在其中加入適量的石灰、水泥。

2.2 二灰黃土

通過試驗研究可以發現，當摻和5 %石灰的條件下，粉煤灰黃土的強度能夠得到大幅度提升，在摻和比為10%的條件下，粉煤灰黃土無側限抗壓強度能夠達到247.3kpa，而二灰黃土則能夠達到1089.6kpa，幾乎達到了粉煤灰黃土的5倍左右。通過試驗可以發現，粉煤灰含量對二灰黃土強度有著極為重要的影響，粉煤灰含量越多，二灰黃土強度就越大，且二灰黃土的水穩定性也會隨著粉煤灰摻和比的增大而增強。

2.3 水泥粉煤灰黃土

當粉煤灰摻和比保持一致時，盡管在水泥摻量極少的條件下，也會在一定程度上增強水泥粉煤灰黃土的強度。本次研究中，當粉煤灰摻和比為10%時，其無側線抗壓強度能夠達到245.3kpa，而水泥粉煤灰則能夠達到1086.2kpa，明顯高于粉煤灰黃土。當水泥摻和比保持不變時，粉煤灰摻量越多，水泥粉煤灰黃土的抗壓強度就越大，這很大程度上是由于粉煤灰的活性作用，其能夠與水泥產生CaO反應，產生相對穩定的水化鋁酸鈣，進而增強材料的強度。除此之外，粉煤灰還能夠對水泥土的和易性起到一定的改善作用，使水泥土材料的強度得到增強。

3 結論

通過本次試驗研究，可以發現素黃土與粉煤灰黃土飽水后，其抗壓強度不能夠適應高質量鐵路路基填料的需求；當粉煤灰摻和比一致時，與粉煤灰黃土相比，二灰黃土強度更高，且粉煤灰含量越大，二灰黃土強度就越大。另外，二灰黃土也會受到含水量的影響，含水量越多，其抗側壓強度越低。水泥粉煤灰黃土與粉煤灰黃土相比有著更好的水穩定性。通常，在高標準的鐵路路基填料施工中，可將2%水泥與10%～30%粉煤灰進行摻和，以便達到鐵路路基基床填料需求。

4 結束語

當前，鐵路交通運輸事業的發展對鐵路路基基層填料提出了新的要求，而水泥粉煤灰以其較高的水穩性與強度特征在路基填料中的應用，能夠在一定程度上降低工程造價，且對環境保護有著重要的意義，值得參考借鑒。

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[責任編輯：王偉平]