粉煤灰在公路工程施工中的应用.docx

1、粉煤灰在公路工程施工中的应用粉煤灰作为一种电厂的燃料废渣，过去是很多企业头疼和难办的一件事，大量的粉煤灰需要占用大面积的土地进行堆放，粉煤灰的粉尘造成周边环境被严重污染，随着各行各业对粉煤灰的开发和利用，特别是近几年全国高速公路的迅猛发展，粉煤灰的利用率越来越高，使粉煤灰“变废为宝”，粉煤灰在各项工程中的利用，不但使工程造价大大降低，而在节约土地、环境保护方面的意义将是非常深远的。1、粉煤灰材料1.1 粉煤灰的化学成分粉煤灰属于 CaO、Al2O3-SiO2 系统。由于煤粉高温燃烧，其中主要成分铝、硅形成了活性成分，同时由于粉煤灰的比表面积很大，具有很大的表面能，且粉煤灰的密度小，这就是我们将

2、其在公路中利用的基础。为了较全面地掌握粉煤灰的化学性质，我们将近几年利用粉煤灰的调查情况作如下统计：由 1 可见，以上粉煤灰的化学成分的变化范围基本上与我国发电厂的粉煤灰化学成分一般变化范围一致。其化学成分以 Al2O3 和SiO2 为主，次要成分为 CaO 和 Fe2O3 以及少量的 MgO 和 SO3 等。1.2 粉煤灰的物理性质粉煤灰其比重在 1.952.36 之间，松干密度在 450700kg/m3 范围内，比表面积在 220588m2/kg 之间。由于粉煤灰的多孔结构、球形粒径的特性，在松散状态下具有良好的渗透性，其渗透系数比粘性土的渗透系数大数百倍。粉煤灰在外荷载作用下具有一定的压

3、缩性，同比粘性土其压缩变形要小的多，例如某组试件，相同密实度（重型K=100%）的土与粉煤灰，土的压缩系数10N20N=0.24Mpa-1,而粉煤灰的压缩系数10N20N=0.15Mpa-1,土的压缩系数比粉煤灰的压缩系数大 40%50%。粉煤灰的毛细现象十分强烈，其毛细水的上升高度与压实度有着密切关系。表 2 为粉煤灰的渗透系数、压缩系数、毛细水上升高度参考值。2、粉煤灰研究成果2.1 粉煤灰的结构决定其活性特征我们知道粉煤灰是含有少量碳、晶体（石英、莫来石）和大量铝硅酸盐玻璃体的细粉状工业废渣。由于碳和晶体（石英、莫来石）在常温下没有活性，粉煤灰中也不含纳米粒子（粒径小于 100nm），因

4、此，粉煤灰的火山灰活性主要取决于玻璃体的化学活性，包括玻璃中可溶性 SiO2、Al2O3 的含量和玻璃网络聚集体的解聚能力。由于粉煤灰是在高温流态化条件下快速形成，玻璃液相出现使之在表面张力的作用下收缩成球形液滴并相互粘结，则在快速冷却过程中形成多孔玻璃体。快速冷却阻止了析晶，使大量粉煤灰粒子仍保持高温液态玻璃相结构。这种结构表面外断键很少，可溶性 SiO2、Al2O3 也少，因而粉煤灰的火山灰活性比成分相近的火山灰低。在粉煤灰玻璃体中，Na2O、CaO 等碱金属、碱土金属氧化物少，SiO2、Al2O3含量高，由于脱碱作用，在玻璃体表面形成富 SiO2 和富 SiO2-Al2O3的双层玻璃保护

5、层。保护层的阻碍作用，使颗粒内部本来含量较少的，可溶性 SiO2、Al2O3 很难溶出，活性难以发挥。所以，粉煤灰早期活性是以物理活性（颗粒效应、微集料效应等）为主。经过 3 个月或更长时间，粉煤灰的火山灰化学活性才能逐渐表现出来，并赋予其良好的性能（后期强度高、抗渗性能好、耐磨等）。为了有效地激活粉煤灰早期化学活性，必须：A、破坏Si-O-Si和Si-O-Al网络构成双层保护层，使内部可溶性 SiO2、Al2O3 的活性释放。B、将网络聚集体解聚、瓦解，使SiO4、AlO4四面体形成的三维连续的高聚合度网络解聚成四面体短链，进一步解聚成SiO4、AlO4等单体或双聚体等活性物，为下一步反应生

6、成C-S-H、C-A-H 等胶凝物提供活化分子。2.2 激活粉煤灰活性的主要方法2.2.1 细磨法常见的细磨方法主要是机械细磨。通过细磨可将粗的粉煤灰颗粒磨成细小的碎粒。一方面粉碎粗大多孔的玻璃体，解除玻璃颗粒粘结，改善了表面特性，提高了粉煤灰的物理活性（颗粒效应、微集料效应等）；另一方面，破坏了玻璃体表面坚固的保护膜，使内部可溶性 SiO2、Al2O3 溶出，断链增多，比表面积增大，使反应接触面、活化分子增加，粉煤灰早期化学活性得到提高。根据生产和使用经验，粉煤灰的最佳细磨比表面积为 60007000cm2/g。2.2.2 水热合成法人们从许多有关玻璃侵蚀动力学的研究中发现，在 50150间，碱液对玻璃侵蚀速度的对数与温度成直线关系。如：粉煤灰加气混凝土在蒸压条件下（120145，4 小时左右）的强度远远高于普通条件下的混凝土强度，这是因为在蒸压条件下，粉煤灰在常温下需要几年才能激发的活性可在几个小时内全部激发出来。由此可知：水热合成法激发粉煤灰化学活性的效果非常显著，具有重要的实用价值。2.2.3 碱性激发法在常温下，水、酸、碱和盐等物质，只有碱对硅酸盐玻璃网络具有直接的破坏作用，