浅谈粉煤灰路用性能

浅谈粉煤灰路用性能 张嵩凯 （浙江良和交通建设有限公司浙江宁波315000） 【摘要】粉煤灰的物理、化学性能受电厂的多种生产因素影响，不同的火力发电厂排出的粉煤灰的性能和质量也存在较大差别，但它们又都有许多共同的特性。本文主要就粉煤灰的物理、化学性能和它们路用性能进行了论述。 【关键词】 粉煤灰；性能；综述 Shallow talk powder ash from stove road to use function Zhang Song-kai (Zhejiang lianghe transportation construction limited companyNingboZhejiang315000) 【Abstract】The physics, chemistry function of powder ash from stove are subjected to the variety of power station production factor influence, dissimilarity of the thermal power plant eject of function and quality of powder ash from stove also existence bigger difference, but they again all have many common of characteristic.This text is main the physics of the powder ash from stove, chemistry function and their road carried on discuss with the function. 【Key words】Powder ash from stove;Function;Overview

1. 概述

随着公路事业的飞速发展，对工程建筑材料的需求量的日趋加大，作为良好路基填料和无机结合料的粉煤灰，在近十年内得到了很好的开发和利用，广泛应用于各种等级公路的路基、路面中，基本解决了火力发电厂粉煤灰排放难，费用逐年增加的问题。 粉煤灰是燃媒发电厂在媒燃烧后，用机械或静电回收装置回收后的一种工业废渣。虽然用粉煤灰作为主、辅材料形成的产品，具有强度高，板体性好，水稳性和冻稳性优良等特点，但由于粉煤灰的化学和物理性能受媒种、媒粉吸毒、锅炉装置、负荷及人少条件、收尘输送及储存方法等多种因素的影响。所以，不同厂家，在不同条件下产生的粉煤灰的物理、化学性能也都各异，各项参数指标均有较大幅度的波动和变化，极大地影响了粉煤灰地路用性能。 表1几种典型粉煤灰矿物组成（重量％） 成分粉煤灰编号12345 SiO252.667.140.443.013.5 AL2O324.220.720.019.96.46 Fe2O39.996.439.394.173.05 CaO4.381.394.1725.755.9 MgO1.250.731.971.561.54 其它4.253.196.414.0818.6 烧失量3.050.440.921.500.86 密度（g/cm3）2.242.102.512.572.98 比表面积（cm2/g）33903010296044703160 2. 粉煤灰的化学性质 2.1主要成分。 粉煤灰主要由SiO2, AL2O3, Fe2O3 ，CaO, MgO等矿物成分组成，各组分的含量随粉煤灰的来源不同而存在不同的差异。表1列出的是几种典型粉煤灰的化学组分。 2.2化学分类及其特性。 从化学成分含量和性能上分，粉煤灰一般分为两大类。一类是含有大量的硅（SiO2）和铝（AL2O3），较少量的铁（Fe2O3），以及少量石灰（CaO）和硫（SiO3），称为硅铝型粉煤灰。其CaO和MgO含量低，自身不具有胶凝性，属于低钙灰范畴。但当其粒度较细并在有水条件时可与碱金属或碱土金属反应生成胶凝性产物；另一类粉煤灰硅铝含量少，石灰和硫的含量较高，属高钙灰范畴，称作硫钙型粉煤灰。具有自硬性。对工程有影响的主要成分是游离的石灰和未燃尽的碳，游离的石灰可影响粉煤灰的火山灰反应，未燃尽的碳则影响其压实性能。 2.3路用要求。 按照《公路沥青路面设计规范》的要求，公路工程对粉煤灰在化学成分上的路用要求是： （1） SiO2, AL2O3和 Fe2O3的总含量应大于70％。 （2） 烧失量不（3） 大于20％。 3. 粉煤灰的物理性能 3.1物理成分。 粉煤灰外观光滑而松软，呈粒状，粒径较小，部分颗粒尺寸小于10μm，具有较大的比表面积。粉煤灰是由少部分结晶物质，一部分非结晶行物质和石英成分组成，完全的粉煤灰不含粘土矿物，因而不具备塑性。对粉煤灰的X光衍射分析得出：粉煤灰中主要为玻璃质，其次为莫来石、石英，还有少量的方解石、水云母、高岭石、绿泥石等。粉煤灰是由各种形状的颗粒组成的混合物，其中实心和空心圆形小球占很大比例；颗粒以非晶质的玻璃质体为主，是一种粒状球形玻璃质组成。 3.2路用特性。 （1）粉煤灰通常是一种均匀级配材料，其粒径处于粉质砂土和粉质粘土范围内，粒径介于0.005mm~0.10mm之间。粉煤灰的粒度成分与它的路用性能应用协调一致。粉煤灰用作路基填筑材料时，影响其压实性能的主要方面是粉煤灰的粒径组成，粗颗粒含量较多的粉煤灰，内摩阻角会增大，表现出一定的有利作用。在作为路面基层无机结合料时，粉煤灰的比表面积应满足2500cm2/g的规定标准，以利于早期强度的发展和火山灰反应。 （2）粉煤灰的击实特性 有资料显示，在室内对粉煤灰和细粒土进行击实试验得出的结果非常相似，二者的击实曲线的在形状总体上类似。均符合随着击实功能的增大，含水量逐渐下降，最大干密度逐渐增大，以及在一定压实功能下，存在一个可达到的干密度的最佳含水量的一般规律。因此粉煤灰的最佳含水量是路基施工时，应该着重掌握和控制的指标。同时，粉煤灰的最佳含水量与最大干密度，又是影响其他物理力学性质的重要因素。 4. 粉煤灰的渗透性和毛细水上升高度 4.1渗透性。 粉煤灰的渗透性取决于它的粒度成分、压实度和火山灰反应程度。粉煤灰的渗透性与其压实度有直接关系，压实度越大，其渗透系数越小。与粉性土相比，在同时达到90％的压实度的情况下，粉煤灰的渗透系数为1.9~7.5×10-5cm/s，而亚粘土的透系数约为1.49×10-7cm/s，可见粉煤灰的渗透性比土优越得多。 4.2毛细水上升高度。 粉煤灰的毛细水上升高度与粉煤灰的原始含水量、密实程度等因素有关。密实度越小，毛细水上升高度越大，反之也然。 5. 粉煤灰的力学特点 5.1粘聚力C。 粉煤灰是球形粉粒状材料，内聚力由自凝强度和灰内毛细水表面张力的作用构成。自凝强度来自粉煤灰的火山反应，与其含游离石灰量的多少有关，CaO、MgO含量高，则对自凝强度形成有利。试验表明，粉煤灰的自凝强度仅与密实度有关，密实度越大则其无侧限抗压强度也高；密实度小，则显示不出增长趋势。这是由于越密实，灰颗粒越靠近，火山灰质作用就易得到发挥的缘故。粉煤灰由毛细水张力所形成的粘聚力是一种“表观内聚力”。 5.2内摩阻角Φ。 由于粉煤灰不具有塑性，属于无粘性材料，故其抗剪强度由三部分组成，即剪切时土粒接触面上的滑动摩擦力、体积膨胀产生的阻力以及颗粒重新排列所受到的阻力。三部分总的效应是随密实度的增大而提高。多项试验资料显示，不同密实度的Φ值相差不大，这说明粉煤灰由于体积膨胀与颗粒重新排列受到的阻力较小，其摩阻强度主要由颗粒接触面上的摩阻力构成。粉煤灰和沙土一样存在剪胀和剪缩性。随着密实度的增加，剪胀所占的比例越大，它对抗剪强度的影响就越明显，达到一定密实度后便会出现只有剪胀的现象。但比起砂来，粉煤灰的剪胀性小得多。 5.3饱水后C、Φ值的变化。 饱水后粉煤灰的C、Φ值均有所降低，据快剪试验结果，其一般变化规律是C值较饱水前下降70~90%，C值下降10~30%。粉煤灰C值比亚粘土C值在饱水前后均小50%左右，而Φ值在饱水前粉煤灰比亚粘土大30%左右，饱水后两者接近。由于粉煤灰的内聚力C值主要由毛细水张力构成且饱和后急骤下降，内摩阻角也相应有所降低，故在路堤设计中用粉煤灰饱和状态下的C、Φ值为宜。 表2粉煤灰和亚粘土在不同压实度状态下的强度比较 1009895908580备注 CBR%CBR%CBR%CBR%CBR%CBR%饱水后 粉煤灰19.015.09.22.6--轻型击实标准 粉煤灰--20.28.73.61.4重型击实标准 亚粘土3.53.22.72.2--轻型击实标准 灰土比5.434.693.411.18-- 5.4CBR值。 粉煤灰和土一样，CBR值都随压实度的增加而提高。由表2可以看出，粉煤灰的强度高于亚粘土强度1~2倍；按轻型击实标准压实度95%时，粉煤灰CBR为9.2，重型击实标准压实度95%时，CBR值为20.2，均达到水泥或石灰稳定土的CBR值，说明粉煤灰的强度已达到中等强度的水平。 5.5回弹模量E0。 粉煤灰的回弹模量E0值是路基强度的常用指标，是一个重要的设计参数，它表征材料抵抗垂直变形的能力。从表3试验资料知，E0值是随压实度的增加而提高。饱水状态下的E0小于不饱水的E0值且强度约降低一半。与粘性土相比，粉煤灰的回弹模量值高于粘性土回弹模量值20~30%，说明粉煤灰具有较高的强度和均匀性。