脫硫粉煤灰在路面基層中應用的研究

張尊偉

(德宏公路局，云南 德宏678400)

粉煤灰是指從煙道排出煤粉燃后的廢渣，俗稱“飛灰”。為了滿足環保需求，控制SO2的排放量，硫化床循環工藝在火力發電廠中被逐步推廣應用。脫硫粉煤灰的硫化床工藝產生特點是含碳量大，含鈣高，活性較低，不利于直接用于工程施工。近些年，國內外對脫硫粉煤灰開展了大量的研究工作，借鑒傳統粉煤灰修筑道路基層的成功經驗，嘗試脫硫粉煤灰在路面基層施工中的推廣應用取得了一定的成果，對脫硫粉煤灰綜合利用工作具有重要意義。但由于不同電廠脫硫后產生的粉煤灰性質有很大差別，利用之前需要有針對性的進行試驗驗證。本實驗主要研究脫硫粉煤灰在公路工程無機結合料半剛性穩定材料石灰、粉煤灰、碎石中的應用，為工程實踐提供參數。

1 原材料

二灰碎石是由粉煤灰、石灰和碎石按比例摻配的混合料，屬于半剛性穩定基層；該穩定材料為半剛性基層材料，具有后期路面基層強度高和整體性好等特點。二灰碎石半剛性穩定材料，已推廣應用于各等級公路的路面基層施工。

粉煤灰材料的特點是結構疏松，干容重小，內聚力c值很小，本身無膠凝性，自身無法結構成型。但在水和石灰的相互作用下，能夠產生膠凝性，且對混合后的材料無側限抗壓強度產生較大的影響。本次檢測研究的粉煤灰分為兩種，分別為：脫硫粉煤灰和普通二級粉煤灰。通過對比分析確定脫硫粉煤灰在二灰碎石中的配比參數。粉煤灰的各項所檢物理化學指標如表1、表2所示。

表1 粉煤灰的物理性能

表2 粉煤灰的化學成分

試驗中二灰碎石的集料與膠凝材料的含量(質量)之比為82：18，石灰與脫硫粉煤灰之比初選為1：2、1：2.5、1：3三種進行對比分析。集料級配結果如表3所示。

表3 二灰碎石集料級配表

2 二灰碎石擊實試驗結果

根據《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》中的試驗方法進行擊實實驗，并繪制含水量與干密度曲線，得到了最佳含水量和最大干密度的結果，如圖1所示。

圖1 最佳含水量和最大干密度比較柱狀圖(g/cm3)

由圖1可以看出，隨普通二級灰比例的增加，其二灰碎石最佳含水量逐漸減小，最大干密度也逐漸減小。隨脫硫粉煤灰比例的增加，其二灰碎石的最佳含水量逐漸增大，最大干密度逐漸減小。當粉煤灰與石灰的摻配比例為1：1時，摻入脫硫粉煤灰的二灰碎石最佳含水量大于摻入普通二級粉煤灰的二灰碎石，而最大干密度小于普通二級灰。實驗結果表明：脫硫粉煤灰吸水量大，在干旱缺水地區不宜使用；其質量更輕，嘗試開發輕骨料是一種更好的應用途徑。

3 二灰碎石的強度實驗結果

根據試驗規程的相關方法，對不同摻配比例二灰碎石的無機結合料進行無側限抗壓強度制件、養生。得到各齡期的浸水無側限抗壓強度檢測結果，如圖2所示。

由圖2可以得出，摻入兩種不同粉煤灰的二灰碎石7天無側限抗壓強度均滿足《公路路面基層施工技術細則》要求。摻入普通二級粉煤灰的二灰碎石中，其7天無側限抗壓強度隨著粉煤灰摻量增加而降低，28天無側限抗壓強度卻增加，說明摻入普通二級粉煤灰對二灰碎石的后期強度有一定幫助。在摻入脫硫粉煤灰的二灰碎石中，其7天無側限抗壓強度隨著粉煤灰摻量的增加而提高，且強度值已經超過普通二級灰28d的強度水平，這表明摻入脫硫粉煤灰的二灰碎石早期強度非常高，在工程應用中，可適當縮短其養護時間，這對于提高工程進度有很多幫助；而28天無側限抗壓強度隨著粉煤灰摻量的增加先提高后降低，說明摻加脫硫粉煤灰有最佳摻量問題，且本實驗用的脫硫粉煤灰的最佳比例為1：2.5。

圖2 二灰碎石浸水無側限抗壓強度比對圖

4 二灰碎石穩定材料的水穩定性試驗結果

根據干濕循環試驗環境確定脫硫粉煤灰二灰碎石穩定材料的水穩定性能。無側限抗壓試件進行標準養生28天后，進行干濕循環：自然風干48小時，再飽水24小時。通過5次改變干濕環境循環后進行殘余無側限抗壓強度試驗，與普通養生43天的對比無側限抗壓強度試驗的強度相對比，其比值稱為水穩定系數。二灰碎石的水穩定系數詳見圖3。

由圖3可以得出，不同配比條件下脫硫粉煤灰二灰碎石穩定材料的水穩定系數均大于100%，由此可得，脫硫粉煤灰、石灰二灰碎石具有較好的水穩定性，好于普通粉煤灰二灰碎石。其良好的水穩定性為其在潮濕及多雨地區的應用提供了可能。

圖3 二灰碎石的水穩定系數

5 結論

通過對摻加脫硫粉煤灰及普通粉煤灰的二灰碎石的擊實試驗、強度試驗和水穩定性試驗研究，得到了有一定參考價值的結論：

(1)脫硫粉煤灰二灰碎石混合料的需水量大，不適合應用在干旱地區，質量較輕，嘗試開發輕骨料是一種很好的應用途徑。

(2)脫硫粉煤灰二灰碎石混合料早期強度很高，在路面基層應用中，可適當縮短早期養護時間，為提高工程進度提供了可能。

(3)摻入脫硫粉煤灰的二灰碎石穩定材料的水穩定性較好，有望改善潮濕及多雨地區路面基層的性能。