粉煤灰用作路堤填料的特點研究

摘 要：現階段，粉煤灰是排放量巨大的工業原料廢渣。據可靠資料記載，我國的各級火力電廠現階段年排放粉煤灰量最少在1.8億噸，并且隨著我國電力發展的需要，這些廢渣還以每年700萬噸的速度增加。這些粉煤灰廢渣長期大量堆放，導致大量土地、農田資源被侵占，又造成嚴重的污染環境。但國內粉煤灰目前利用率仍很低，利用粉煤灰的一系列技術問題成為一個十分重要的課題。

關鍵詞：粉煤灰；路基填料；輕質填料；路堤穩定

這些年來，隨著我國高等級公路的快速發展，高等級公路的普遍特點是路堤較高，所以需要大量優質路堤填料。但在現實下，一般廣闊的地區就存在嚴重的大量取土從而侵占良田的矛盾；并且，有的道路基地軟弱，因而如何采用一種質輕、價廉的填料，無疑對高填方路堤的穩定有這重要的意義。一般情況下，粉煤灰的壓實密度是粘性土壓實密度的四分之三，它不但是一種廉價材料而且是一種質輕填料，況且粉煤灰在我國的數量巨大，既占用農田，又嚴重污染了周邊環境，如何讓這些廢料變廢為寶呢？作者認為，大量修筑粉煤灰路堤，從而“已灰代土”，既能提高工程質量，降低工程造價，還可以為電廠、社會、環境帶來可觀的經濟效益、社會效益和環保效益。

粉煤灰的道路特性：粉煤灰是利用煤經過粉碎加工后在高溫爐里充分燃燒后的煙氣中收捕下來的細灰，是燃煤電廠排出的主要固體廢物。呈大量細小的玻璃質球體顆粒結構。外觀類似水泥，顏色呈灰黑色。在電子顯微鏡下觀察，可見粉煤灰是晶體、玻璃體及少量未燃炭組成的一個混合體。顆粒多為顆粒結構，玻璃體包括光滑的球體形玻璃體粒子、形狀不規則孔隙少的小顆粒，顆粒表面疏松，且有漏斗狀的玻璃體球，未燃炭多呈疏松多孔形式。其特性決定粉煤灰比表面積較大，因而具有較高的吸附活性，并且具有的多孔結構，使其孔隙率高達50%-80%，具有很強的吸水性。

質量輕是粉煤灰的一大特點（見表1）。粉煤灰質量輕的原因有兩個，第一個是因為粉煤灰屬于CaO、Al2O3-SiO2系統，其化學成分以Al2O3和SiO2為主，次要成分為CaO和Fe2O3以及少量的MgO和SO3等。而這些礦物成分的質量本身很輕；第二個原因，粉煤灰本身顆粒是由空心球形玻璃體和一些微粒組成的一個混合體，并且，粉煤灰的顆粒比較均勻，其良好的顆粒級配決定了其比表面積較大，具有很大的孔隙比。這就是其在公路中利用的基礎和優勢。

表1 不同填料的壓實容重及其它有關指標的比較

無粘性或粘性極小，不具有可塑性是粉煤灰的第二個特點，表2比較了不同類型的粉煤灰的顆粒組成，一般粉煤灰經高爐燃燒后主要是粉粒狀，粉煤灰的顆粒正好填使得細顆粒的級配更加合理，需水量減少。并且粉煤灰一般不具有可塑性，很難揉搓成條狀，所以沒有塑指。但粉煤灰的液限比較大，據有關資料記載，粉煤灰的顆粒越大，其液限值也越大，其原因可能是粉煤灰的空心球顆粒含量決定了它的液限值，當粉煤灰的顆粒越大，其中的空心球顆粒含量就越多。該規律性還須進一步證實。

透水性較大是粉煤灰的第三個特點，并且在飽水的情況下強度會很快降低，所以在在施工中要控制好含水量，因為粉煤灰比土的含水量變化范圍要大得多，雖然粉煤灰吸水量大，但泄水也快，所以控制碾壓時的含水量應略大于最佳含水量是至關重要的一環。現場壓實作業的實踐證明，含水量偏小，表層容易松散，在壓路機作用下有推移現象產生，影響壓實效果當含水量略大于最佳含水量3%～5%時，碾壓過程中表層有濺水，碾壓結束時比較密實，且能達到要求的壓實度。表3列出粉煤灰部分物理性質及擊實試驗資料。

從總體上來說，粉煤灰具有自重輕、內摩擦角大、透水性好、壓縮性好、施工壓實含水量范圍寬等優點，可以在公路中充分利用粉煤灰路堤，尤其是在軟土地基路段，能充分利用粉煤灰質量輕的特點，減輕路堤自重、減輕軟土地基的附加應力，從而減少總沉降并提高路堤的穩定性。粉煤灰的物理性質包括天然容重、細度、比表面積、毛細管上升高度等，這些性質是化學成分及礦物組成的宏觀反映。由于粉煤灰的組成波動范圍很大，這就決定了其物理性質的差異也比較大。在一定程度上粉煤灰顏色反映了粉煤灰的細度，顏色越深粉煤灰顆粒越細。所以使用時要對粉煤灰進行分類，以便施工中更能合理有效的安排施工。并且粉煤灰沒有粘性，較難成型，所以利用粉煤灰填筑路堤必須要做好防排水。當采用粉煤灰高路堤時，還必須對高路堤進行穩定性驗算，從而在設計和施工中采取相關有效措施，以保證高路堤的整體穩定。

參考文獻

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作者簡介：陳浩（1987-），男，陜西韓城人，大學本科學歷，韓城市交通運輸局，助理工程師，研究方向：公路工程。