二灰類材料性能試驗研究

0“二灰類”材料在機場中的應(yīng)用近年來，“二灰”材料被廣泛應(yīng)用于中國的道路和機場道路項目。為了充分發(fā)揮“二灰類”材料品質(zhì)特性，科學(xué)地利用其后期強度增長快的特性，我們借鑒了北方地區(qū)已建機場場道工程，結(jié)合中川機場的實際，進行了大量的室內(nèi)試驗和工程施工試驗，掌握了“二灰類”材料性能和應(yīng)用條件，以供同行探討。1原材料1.1粉煤灰的物理化學(xué)性質(zhì)粉煤灰之所以成為優(yōu)質(zhì)的場道基層、底基層材料，主要是由粉煤灰優(yōu)越的物理化學(xué)的性質(zhì)的決定。物理化學(xué)性能見表1，表2。從表l及表2可以看出西固電廠的濕粉煤灰SiO2、Al2O3、Fe2O3總含量為83.46%～90.2l%，燒失量為5.95%～6.90%，比表面積為2500cm2/g以上，完全滿足《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》JTJ034-85要求。由粉煤灰的物理化學(xué)性質(zhì)試驗結(jié)果可知，西固電廠濕排灰屬硅鋁型粉煤灰，它不具有獨立的水硬能力，只有在加入一定量的水、石灰時，才能激發(fā)活性，發(fā)生火山灰反應(yīng)，形成強度。細度是粉煤灰的一項重要的物理性質(zhì)，故國內(nèi)外都對粉煤灰的細度提出了要求。我國機場場道及公路規(guī)范要求粉煤灰比表面積宜>2500cm2/g，密度是粉煤灰的另一重要物理性質(zhì)，單從密度來看，密度大的粉煤灰活性好，密度越大，粉煤灰越致密，因而具有更高的強度。從西固電廠粉煤灰的物理性質(zhì)試驗來看，符合《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》JTJ034-85的要求。1.2消石灰和消化渣的測定石灰的主要指標(biāo)為有效CaO和MgO以及未消化殘渣的含量。中川機場場道采用的石灰為消石灰，有效CaO和MgO的含量為66.5l%左右，未消化殘渣含量在1.24%左右，達到GB1544中I級灰的要求。1.3na2s06含量經(jīng)多次取樣檢驗，土的液限為27.5%左右，塑限為19.5%左右，塑性指數(shù)一般為8左右。Na2S04含量0.3%。中川機場附近，乃至蘭州地區(qū)的黃土塑性指數(shù)均偏低，這當(dāng)然是不利因素，但二灰混合料試驗結(jié)果強度均能滿足JTJ034-2000設(shè)計要求，所以說該地區(qū)土是可用的，這也是此次課題研究的一大突破。1.4鋪設(shè)有害物質(zhì)壓碎值為：20%～22%，扁平、長條顆粒含量<20%，碎石中無易溶鹽、無土及植物等有害物質(zhì)，符合《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》JTJ034-85要求。碎石篩分度見表3。2抗壓強度試驗及二灰混合材料的結(jié)果分析2.1二灰混合材料的無側(cè)限抗壓強度試驗2.1.1抗壓試驗，2灰燼土壤無側(cè)限制二灰土無側(cè)限抗壓強度按不同配比，不同齡期，不同壓實度制備試件，進行元側(cè)限抗壓強度試驗，試驗結(jié)果見表4。2.1.2無側(cè)限抗壓強度試驗水泥二灰按不同配合比、不同摻量、不同齡期制備試件，進行無側(cè)限抗壓強度試驗，試驗結(jié)果列于表5。2.1.3抗壓試驗中二灰碎石的側(cè)限部分二灰碎石按不同配比、不同壓實度、不同齡期不同水泥摻量期制備試件，進行無側(cè)限抗壓強度試驗，試驗結(jié)果列表6。2.1.4無側(cè)限抗壓試驗二灰土無側(cè)限抗壓強度按不同配合比、不同齡期，同一壓實度制備試件，進行無側(cè)限抗壓強度試驗，試驗結(jié)果見表7。2.2試驗結(jié)果的分析2.2.1二灰土試驗的結(jié)果(1）抗壓強度及反應(yīng)特征從表4可知：二灰土初期強度（7d）較低，但隨著齡期的增長，后期強度增長很快。壓實度低的后期強度增長的倍數(shù)大，但抗壓強的二灰土增長的絕對值低。以石灰劑量8%，壓實度95%為例：7d抗壓強度0.837MPa，而28d的抗壓強度為2.018MPa,是7d抗壓強度的2.411倍，60d抗壓強度是7d抗壓強度的4.257倍，90d抗壓強度是7d抗壓強度的5.269倍，180d抗壓強度是7d抗壓強度的8.683倍，分析其原因是由于一般粉煤灰CaO含量較低。雖然通過外加石灰激發(fā)其活性，但反應(yīng)較慢。隨著齡期的增長，火山灰反應(yīng)逐步增強，二灰土的強度也逐步增大。從表8不同齡期回歸計算可以看出，相關(guān)系數(shù)很好，一般在0.99，個別在0.97～0.98之間，反應(yīng)良好數(shù)線性關(guān)系。二灰土早期強度較低是其缺點，后期強度增長快是其優(yōu)勢，這是二灰土的一大特征。使用二灰土如何揚長避短，是工程師們應(yīng)重視的一大課題，它不但關(guān)乎工程質(zhì)量問題，更關(guān)乎節(jié)約巨大投資的問題。(2）保證創(chuàng)造+施工壓實度從表4可以看出：不同壓實度對二灰土的強度有重大的影響。二灰土強度的大小隨壓實度的增大而明顯增長。因此，施工中必須要有足夠重量的壓實機具，要保證足夠的壓實工作量，確保達到規(guī)定的壓實度要求。從表9不同壓實度回歸計算可知，回歸相關(guān)系數(shù)較好，符合線性關(guān)系。(3）石灰用量對二灰土后期強度的影響表4列出了石灰劑量分別為6%、8%、10%、12%四種配合比，石灰與粉煤灰的比例為l:3，從表4中明顯看出，隨著石灰粉煤灰劑量的增加，其強度也在增大，并且隨著齡期的增加，強度增加越來越大。石灰劑量為8%強度增長幅度較大，而石灰劑量為10%到12%時強度增長幅度基本均等，只有石灰劑量為6%時強度增長相對較緩。可見石灰的用量對二灰土的強度有較大的影響，石灰用量對二灰土強度的影響隨齡期的增長而增長。雖然在成型初期不突出，但對后期強度的發(fā)展有明顯影響。以壓實度93%為例，石灰劑量6%、8%、10%、12%，180d的抗壓強度分別為5.32MPa、6.38MPa、6.987MPat和7.137MPa，與石灰劑量為6%的相比，分別增長了0.078MPa、0.159MPa和0.253NPa。由此可見石灰用量對二灰土的后期強度影響是很大的。表10列出不同的配合比抗壓強度回歸計算、相關(guān)系數(shù)較好。2.2.2粉煤灰早期強度由于二灰土初期強度較低，施工時對氣溫有一定的要求，基層鋪筑后不能及時開放交通，且受施工季節(jié)的限制，因此，提高二灰類材料早期強度具有重要的意義。提高二灰類材料早期強度，國內(nèi)外已有不少研究成果，如摻加化學(xué)早強劑，摻加水泥等。中川機場場道采用二灰土中摻加水泥，從室內(nèi)試驗結(jié)果來看，效果較好，二灰土早期強度均有所提高。如摻入l%的水泥，7d抗壓強度提高0.104～0.11MPa，摻人3%的水泥；7d的抗壓強度可提高0.289～0.355MPa。28d的強度也提高了0.1～0.5MPa。分析原因是由于一般粉煤灰CaO含量較低，雖通過外加石灰激發(fā)其活性，但反應(yīng)較慢，加入部分水泥后，泥與水接觸生成膠凝性化合物，產(chǎn)生一定強度，并釋放出一定量的Ca(OH)2與粉煤灰以火山灰方式進行反應(yīng)。所以利用水泥的水化作用產(chǎn)生早期強度，可彌補石灰、粉煤灰混合料早期強度低的缺點，也可以增加一定的后期強度。計算分析見表11。水泥的摻量不同，強度也有所不同，隨著水泥摻量的增加，抗壓強度也隨之增加，從表4與表5對比可以看出，石灰劑量低的強度提高幅度較大，石灰劑量高的強度提高的幅度較小，從水泥不同摻量回歸計算也可以看出，石灰劑量為8%的相關(guān)系數(shù)很好，相關(guān)系數(shù)在0.99以上，而石灰劑量為10%的相關(guān)系數(shù)較差，相關(guān)系數(shù)在0.901～0.938之間。2.2.3灰礫石的壓實度試驗結(jié)果表明：不同壓實度對二灰碎石的抗壓強度有較大的影響。變化趨勢與二灰土相同，其抗壓強度隨壓實度的增加而增加，抗壓強度增長的幅度還是比較大的。二灰碎石的不同壓實度回歸計算結(jié)果表明：相關(guān)系數(shù)較好，大多都在0.99以上。試驗結(jié)果表明：二灰碎石抗壓強度隨齡期的增長而增高。28d的強度是7d的2倍以上。強度增長較快。但隨著二灰劑量的增加，強度略有提高，如二灰劑量為28%比二灰劑量20%的強度提高了5%左右。有關(guān)研究表明：當(dāng)二灰劑量超過30%以后，其強度呈負增長趨勢，故碎石的含量宜在80%左右。計算分析見表12。3灰機制的作用(1）二灰土的強度隨齡期的增長而增長，并且后期強度增長很快。因此，合理科學(xué)地利用后期強度增快的特性，成為工程師們應(yīng)考慮的重大課題。利用得好將為國家節(jié)約巨額財富；不同壓實度對二灰土的強度有重大的影響，其強度隨壓實度的增長而增長；二灰土強度隨著石灰、粉煤灰的劑量的增加而增長，并隨齡期的增加，強度增長的幅度越來越大。(2）在二灰土中摻人部分水泥是提高二灰土早期強度是一種有效措施；石灰劑量低的比石灰劑量高的摻入水泥的效果好，水泥摻量為2%時最為理想；試驗及工程實踐表明：在滿足設(shè)計強度要求的情況下，盡量不要摻加水泥，因此將節(jié)約巨額工程費用。(3）從試驗結(jié)果表6得知：二灰碎石7d的抗壓強度都遠遠超過了《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》JTJ034-85規(guī)定的強度要求。因此，選用二灰碎石作公路或場道基層，一方面能保證強度達到要求，另一方面可以減少二灰結(jié)構(gòu)的反射裂縫，提高道面工程使用壽命。(4）二灰混合料強度形成是物理作用、化學(xué)反應(yīng)相互交叉，又相互影響的。由于溫度對化學(xué)反應(yīng)的快慢有著顯著影響。因此，施工安排在夏季為好?！豆仿访婊鶎邮?/p>