道路工程中粉煤灰材料的应用

文章编号：1009-6825 (2016) 20-0147-02

SHANXI ARCHITECTURE

山 西建筑

Vol.42No.20

Jul. 2016

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道路工程中粉煤灰材料的应用

李树军

(太原市城市规划设计研究院，山西太原030002)

摘要:介绍了粉煤灰的化学组成与结构性质，论述了粉煤灰在施工中的质量控制措施，并分析了粉煤灰在道路基层及路堤填筑 中的应用技术，指出粉煤灰的综合利用实现了变废为宝，解决了粉煤灰的污染和存放占地问题。关键词:粉煤灰，道路基层，路堤，质量控制中图分类号:U

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〇引言

早在20世纪70年代，粉煤灰因世界性能源危机，环境污染 以及矿物资源的枯竭等的爆发引起了科研界的开发和研究，对 此多次召开国际性会议，研究如何更好地利用废弃资源造福人 类，在实际应用方面取得了很大的进步。粉煤灰作为新兴的资 源，因便于开发利用而得到人们的广泛注意。粉煤灰的开发利 用开始走向实际应用中来，尤其是在资源整合利用方面,技术不 断的进步，粉煤灰在实际生活中的利用率越来越高，在各方面的 使用也发生了变化。粉煤灰的治理不仅仅着重于环境保护的角 度，更趋向于综合利用，而它的用途也从环境美化等方面的应用 发展到道路施工等有效途径。粉煤灰的开发利用不仅有利于中 国煤炭产业、电力工业及相关工业的可持续发展，而且可以保护 土地资源，减少不必要的污染，对于实现循环经济有着非常重要 的意义。

1

1.1

粉煤灰的构成

化学组成

粉煤灰主要由硅、铝、铁氧化物以及一定量的钙、镁、硫氧化 物构成。其中氧化硅和氧化铝、氧化铁在粉煤灰的总含量中占了 大部分;氧化钙、氧化镁、氧化硫含量较低;通过实际案例我们可 以看出，不同地方使用的原煤质量的不同，直接影响了对粉煤灰 种类的选择，那么粉煤灰相应的性能也会出现差异情况,氧化硅 和氧化铝、氧化铁的含量、烧失量等方面的因素都可以直接影响 粉煤灰在道路施工使用方面的性能。

1.2结构与性质

煤粉在燃烧和排出时便形成了粉煤灰,其结构比较而言有些 复杂。粉煤灰在显微镜下可以发现是由晶体、玻璃体及少量未燃 炭组成的一个复合结构的混合体。其中随着煤炭燃烧时采用的 不同方法和技术将会产生不同的结构。石英和磁铁矿等都属于 晶体的范围内，玻璃体由光滑的球体形玻璃体粒子、形状不规则 孔隙较少的小颗粒、孔隙分布密集且形状不规则的玻璃球体等组 成;未燃炭大多数分布疏松且孔隙较多。

粉煤灰有物理和化学两种性质，这两种性质是不可分割的。 比如粉煤灰的物理性质便是其化学成分在物理上的反映，包括密 度、体积、细度、面积、分子构成、需水量等方面。由于粉煤灰的组 成结构具有不定性，因此导致即使同样被称为粉煤灰但其物理性 质的差异性非常大。其化学性质是由于粉煤灰作为人工灰质混 合的材料，它的水硬胶凝性能并不是很明显，但当其变为粉状存 在时，能与很多金属氢氧化物在常温或者高温情况下发生化学反

收稿日期:2016-05-06

作者简介:李树军（1983-),男，工程师

A

应，这时它的水硬胶凝性能便成了它的主要特性，从而它构成的 材料的耐久性都会得到很大的提升。

2粉煤灰材料的质量控制

为了能让粉煤灰更好地应用于实际生活中，对粉煤灰材料的

检验不可或缺。国家在这方面的条例上有明文规定，道路施工中 粉煤灰使用的条件如下：

1)

氧化硅和氧化铝、氧化铁在粉煤灰中占有的总含量应不少

于 70%。

2) 粉煤灰的总烧失量应该不超过总含量的20%。

3) 粉煤灰的比表面积应该不小于2 500 cm2/g。

以上条件分别从粉煤灰的成分构成、总烧失量以及比表面积 提出了要求，满足这三个条件才能称为合格的粉煤灰。本文参考 上海市附近的华能燃机电厂、进业无线电厂、闸北电厂，对粉煤灰 排放的检测结果如表1所示。

表1

粉煤灰排放的检测结果

粉煤灰产地氧化硅和氧化铝、烧失

比表氧化钙、

氧化铁的总含量

量/%面积/%

氧化镁含量备注华能燃机电厂83.410.82 800微量湿排放进业无线电厂73.425.42 420微量湿排放闸北电厂

56.3

42.0

2 120

微量

干排放

我们通过表1可以看出，进业无线电厂和闸北电厂的粉煤灰 烧矢量严重超标，与规定不符，因此近几年我国上海道路施工大

部分采用了华能燃机电厂的粉煤灰，以保证道路工程中粉煤灰质 量的达标。

3粉煤灰在道路工程中的应用

3.1

粉煤灰在道路基层中的应用

道路中的二灰土是通过粉煤灰、土以及石灰按一定比例调

和，加水拌和后，摊铺在路面上形成一种以养护为目的的路基结 构。目前，我国公路特别是高速公路路面基层的主要类型都是石 灰路基保护层面，由于粉煤灰的特性属于火山灰材料的一种，它

含有大量不定性的A10和丰富的SiO,自身的粘度很弱甚至没有。 上文已经提到过，但当其变为粉状存在时,能与很多金属氢氧化 物在常温或者高温情况下发生化学反应，这时它的水硬胶凝性能 便成了它的主要特性，因此粉煤灰的强度、水稳定性以及刚度都会 大幅度提高，抗冻性和温缩性也会显著改善，将会改变他自身的耐 久性能。一般情况下煤灰、土以及石灰的调配比例是12: 35: 53，其 中粉煤灰的含量应该控制在总含量的35%以内。配料的精准程 度在道路施工中非常重要，那么就要在专业管理中心采用集中拌 和的方法，在最大程度上保证拌和均匀，使得粉煤灰材料的标配 符合国家明确规定的要求。其中要把握好原料中水的含量，以及

文献标识码:

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第42卷第20期

2 0 1 6 牟 7 月

山西建筑

使用二级以上的石灰，并且要消解充分，否则未消解充分的粉煤 灰在路面铺好后会一点点膨胀，造成严重的路面损坏。在进行路 面平铺时，要保证粉煤灰材料含水量处于最合适的状态，以保证 路面成型后检测合格，并且每天要按时有规律的洒水，保护路面， 防止其在未成形的情况下干裂，促使其强度的增加。由于二灰土 混合材料在早期强度比较低的特性，在施工完成后初期要封闭交 通以保证养护工作的顺利进行。

1) 粉煤灰的运输。

汽运时，应在粉煤灰上采用大面积的密封布质材料进行遮盖。对 于直接从灰场拉出含水量超过40%的粉煤灰，施工现场应该统一 处理，密封储藏。在进行路堤建筑时，首先应检查粉煤灰的含水 量，检测结果含水量最佳，以及各方面皆达标时方可用于路堤建 筑。粉煤灰用于路堤填筑的方式是纵向分层,20 cm为每层标准 厚度,其松铺系数为15左右。

2) 粉煤灰路堤压实。

粉煤灰路堤碾压的方式为双机联合碾压然后分段碾压成型。 粉煤灰摊铺后，应在最短时间内进行碾压，防止其因曝晒而含水 量降低的情况发生，以保证用于道路施工的粉煤灰始终处于最佳 含水量范围内。道路施工中粉煤灰的碾压方式是先用推土机碾

压2遍，之后再用压路机碾压4遍。直线段是由路基两侧向路基 中心错1/2轮碾压，曲线段由路基弯道向内侧错1/2轮，再向路基 外侧碾压。

结语

由于我国电力事业正处于不断向前发展的上升期，同时电场 规模不断的扩大以及燃煤机器数量的增加都大大地增加了粉煤 灰的排放量。这对城市或农村的环境都造成了不可避免的污染。 当前解决粉煤灰污染和存放占地问题已成为一个社会问题，因 此，电厂应该加大资金投放力度和征用大量的土地去建设粉煤灰 目进行深人研究，使粉灰这一工业废料能变废为宝，为社会发挥 出其更大的效益。参考文献：

[1] 张新旺.粉煤灰水泥混凝土在路面工程中的应用[J]•河南

科学,2004(1) :121-124.

[2] 战高峰，董伟智，阮炯正.路面用粉煤灰水泥混凝土的室内

试验研究[J].公路交通科技,2000,17(SI) :22-24.

[3] 刘关宇.粉煤灰综合利用现状及前景[J].科技情报开发与

经济,2〇10,2〇(19) =167-169.

[4] 吴韩.粉煤灰在建筑材料中的应用[J].中国建材科技,

2010(4) ：63-67.

4

3.2粉煤灰在道路路堤填筑中的应用

我们今后要对粉煤灰土、粉煤灰混凝土等项 为了减少粉煤灰在运输过程中出现不必要的资源流失状况， 存放场。与此同时，

Application of fly ash material in road engineering

Li Shujun

(Taiyuan Urban Planning & Design Institute f Taiyuan 030002, China)Abstract ： This paper introduced the chemical composition and structure nature of fly ash, discussed the quality control measures of fly ash in construction, and analyzed the application technology of fly ash in road base and embankment filling, pointed out that the comprehensive utiliza­tion of fly ash realization of turning waste into treasure, solved the pollution and storage area of fly ash. Key words： fly ash, road base, embankment, quality control

(上接第25页）的是系数部分，这反映了塑性变形过程的不可 压缩性和塑性变形的非线性及其对加载路径的依赖性等。P-R理 论一般应用于须考虑加载历程或分析弹性回弹及残余应力时，同 时当考虑弹性应变时，增量的表达式为：

dsij =deeij +d^〇

4) 对于复杂加载条件的理论分析，可以通过由各瞬时变形的

累积求出整个变形过程，因此，增量理论可以反映不同加载路径 对变形的影响。

5)

上述方程只给出了不同方向间塑性应变增量之比的表达

方程，而并未确定其实际大小同时，以上公式讨论均未涉及应变 强化效应，应进一步讨论。参考文献：

这一表达式只适于小变形情况。大应变（有限应变）是几何 非线性的，不能随便将两个应变相加。

2)

[1] 徐秉业，刘信声.应用弹塑性力学[M].北京：清华大学出版 由方程的表达式及德鲁克公设可以看出屈服条件与塑性

社，1995.本构方程有一■定的关系。

3) 由L-M理论及P-R理论的本构方程可以看出塑性应变的 [2] 杨桂通.弹塑性力学引论[M] •北京：清华大学出版社，大小与该时刻的应力偏量有关，与达到该状态所需的应力增量无 关，这近一步证明了在塑性变形中，应力主轴与塑性应变主轴重合。

2004.

[3] 徐秉业.塑性力学教学研究和学习指导[M].北京：清华大

学出版社,1993.

Several understanding for the increment theory in classical mechanics of plasticity

Wu Baohua

(Engineering Institute of Engineering Corps, PLA University of Science and Technology, Nanjing 210007, China)Abstract ： This paper derived L-M theory and P-R theory, and its advantages and disadvantages are analyzed, point out classic incremental theory is the theory describes the relationship between stress-strain relationship is non-linear and non-important feature unique. Incremental theory ap­plies to any complex loading history.Key words： incremental theory, deviatoric strain, plastic mechanics