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固化劑粉煤灰穩(wěn)定粉砂土應(yīng)用研究

文檔作者：劉國(guó)柱邢潔王飛王迪文檔來(lái)源：河南省交通科學(xué)技術(shù)研究院有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年04月20日
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2013 NO ．3 　 　 　 　 　 　 　 　 　 粉 煤 灰 綜 合 利 用FLY ASH COMPREHENSIVE UTILIZATION 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　試 驗(yàn) 與 應(yīng) 用固化劑粉煤灰穩(wěn)定粉砂土應(yīng)用研究Application Research on Curing Agent Fly Ash Stabilized Silty Soil劉國(guó)柱 ，邢 潔 ，王 飛 ，王 迪（河南省交通科學(xué)技術(shù)研究院有限公司 ，河南 鄭州 ４５０００６）　 　 摘 要 ：在粉砂土地區(qū) ，通過(guò)固化劑及粉煤灰對(duì)粉砂土固化 ，將粉砂土應(yīng)用于高等級(jí)公路底基層 ，滿足路用性能要求 。 試驗(yàn)結(jié)果表明 ：固化劑粉煤灰穩(wěn)定粉砂土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨齡期的增長(zhǎng)存在 e 函數(shù)關(guān)系 。 固化劑粉煤灰穩(wěn)定粉砂土的干縮系數(shù)在前期均低于二灰穩(wěn)定粉砂土及二灰穩(wěn)定粘土 ；而在后期 ，固化劑粉煤灰穩(wěn)定粉砂土的干縮系數(shù)與二灰穩(wěn)定粉砂土及二灰穩(wěn)定粘土的干縮系數(shù)很接近 ?！?　 關(guān)鍵詞 ：固化劑 ；粉煤灰 ；穩(wěn)定粉砂土 ；齡期　 　 中圖分類(lèi)號(hào) ：U４１６ ．１ 　 　 　 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 ：A 　 　 　 文章編號(hào) ：１００５‐８２４９（２０１３）０３‐００４４‐０３第一作者 ：劉國(guó)柱（１９８４ ～ ） ，男 ，助理工程師E‐mial ：lgz＠ hnt ri ．com　 　 收稿日期 ：２０１３‐０１‐０６　 　 我國(guó)黃河沖擊流域多為粉砂土 ，粉砂土是一種穩(wěn)定性較差的筑路材料 ，因此很少用于高等級(jí)公路路面底基層 。 目前為保證工程質(zhì)量 ，公路在對(duì)路基及基層處理中多采用水泥和石灰作為主要的膠結(jié)材料 ，這些材料在粉砂土固化過(guò)程中存在質(zhì)量不穩(wěn)定 ，污染嚴(yán)重 ，施工不便等缺陷 ，且易出現(xiàn)強(qiáng)度不足和裂縫等問(wèn)題 。本研究采用土壤固化劑及粉煤灰來(lái)固化粉砂土 ，其路用性能均滿足高等級(jí)公路底基層要求 ，大范圍應(yīng)用將大量節(jié)省砂石料的用量 ，減少粉煤灰堆放 ，抑制了自然資源的破壞性開(kāi)采［１ ］ ，對(duì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)保方面都具有重要的意義 。1 材料與配合比1 ．1 原材料鄭州新力電力有限公司粉煤灰 ，密度 ２ ．１ g ／cm３ ，燒失量 １ ．１５ ％ ，比表面積 ５４９ m２ ／kg 。 粉砂土最佳含水量 １０ ．５％ ，最大干密度 １ ．８５ g ／cm３ ，液限 ２１ ．２％ ，塑限 １７ ．８％ ，塑性指數(shù) ３ ．４％ ；粘土最大干密度 １ ．９１g ／cm３ ，液限 ４０ ．５％ ，塑限 ２５ ．５％ ，塑性指數(shù) １５ ．０ ％ 。1 ．2 最佳配合比確定根據(jù)枟公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程?hào)槪↗TG E５１‐２００９）中 T０８０５‐１９９４ 的規(guī)定的無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法 ，在壓實(shí)度為９６％ ，試件在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù) ７ d 后 ，對(duì) ３ 種穩(wěn)定土（固化劑粉煤灰穩(wěn)定粉砂土 、二灰穩(wěn)定粉砂土 、二灰穩(wěn)定粘土）進(jìn)行最佳配合比確定 ，確定的固化劑粉煤灰穩(wěn)定粉砂土的最佳配合比為固化劑 ：粉煤灰 ：土 ＝ ８ ：１０ ：８２ ；確定二灰穩(wěn)定粉砂土最佳配比為石灰 ：粉煤灰 ：土＝ １０ ：２２ ：６８ ，二灰穩(wěn)定土粘土最佳配比為石灰 ：粉煤灰 ：土 ＝ ８ ：２４ ：６８［２‐３ ］ 。2 試驗(yàn)結(jié)果與分析2 ．1 穩(wěn)定土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度研究本研究采用最佳配合比 ，測(cè)定壓實(shí)度為 ９６ ％ 的固化劑粉煤灰穩(wěn)定粉砂土 、二灰穩(wěn)定粉砂土及二灰穩(wěn)定粘土 ３ 、７ 、１４ 、２８ 、９０ 、１８０ d 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度［４ ］ ，見(jiàn)表 １ 。表 １ 　 穩(wěn)定土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度／M Pa配合比 ３ d ７ d １４ d ２８ d ９０ d １８０ d固化劑粉煤灰穩(wěn)定粉砂土 ０ ．９５ １ ．３４ ２ ．０１ ２ ．６１ ４ ．７７ ５ ．８６ 二灰穩(wěn)定粉砂土 － ０ ．５１ ０ ．７３ ０ ．９４ １ ．３３ １ ．８８ 二灰穩(wěn)定粘土 － ０ ．７１ ０ ．８６ １ ．２４ １ ．７９ ２ ．６８ 　 　 由表 １ 可知 ，固化劑粉煤灰穩(wěn)定粉砂土的加固效果明顯 ，早期強(qiáng)度增長(zhǎng)快 ，３ d 強(qiáng)度為 ０暢 ９５ ，７ d 達(dá)到１暢 ３４ M Pa ，滿足高等級(jí)路面底基層無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度 ≥·４４·　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 粉 煤 灰 綜 合 利 用FLY ASH COMPREHENSIVE UTILIZATION 2013 NO ．3試 驗(yàn) 與 應(yīng) 用０暢 ６ M Pa 的要求 ，２８ d 達(dá)到 ２暢 ６１ M Pa ，后期增長(zhǎng)強(qiáng)度較慢 ，９０ d 強(qiáng)度為 ４暢 ７７ M Pa ，１８０ d 為 ５暢 ８６ M Pa 。 二灰穩(wěn)定粉砂土試件 ３ d（飽水）難以成型 ，７ d 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為 ０暢 ５１ M Pa ，不滿足高等級(jí)路面底基層無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度 ≥ ０暢 ６ M Pa 的要求 。 二灰穩(wěn)定粘土試件 ３ d（飽水）難以成型 ，７ d 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為 ０暢 ８１ M Pa ，２８d 強(qiáng)度為 １暢 １４ M Pa ，９０ d 和 １８０ d 強(qiáng)度分別為 １暢 ７９M Pa ，２暢 ６８ M Pa 。 在任何相同養(yǎng)護(hù)齡期下 ，固化劑粉煤灰穩(wěn)定土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度比二灰穩(wěn)定土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度要大 。圖 １ 　 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨齡的期變化規(guī)律如圖 １ 所示 ，固化劑粉煤灰穩(wěn)定粉砂土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨齡期增長(zhǎng)存在 exp 函數(shù)關(guān)系 。 二灰穩(wěn)定土在養(yǎng)護(hù)齡期 ２８ d 內(nèi)及 ２８ 至 １８０ d 兩段時(shí)間內(nèi) ，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的增長(zhǎng)速率分別接近線性 ，且 ２８ d 內(nèi)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度較后期增長(zhǎng)快 。 養(yǎng)護(hù)齡期在 ９０ d 內(nèi)時(shí) ，固化劑粉煤灰穩(wěn)定粉砂土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)率較二灰穩(wěn)定土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)速率要快 ，養(yǎng)護(hù)齡期在 ９０d 至 １８０ d 時(shí) ，土壤固化劑粉煤灰穩(wěn)定粉砂土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)速率與二灰穩(wěn)定土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)速率接近 。2 ．2 穩(wěn)定土間接抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)研究根據(jù)枟公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程?hào)槪↗TG E５１‐２００９）中 T０８０６‐１９９４ 的規(guī)定的劈裂強(qiáng)度試驗(yàn) ，壓實(shí)度為 ９６％ ，試件在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù) ７ d 、１４d 、２８ d 、９０ d 和 １８０ d 后 ，對(duì)固化劑粉煤灰穩(wěn)定粉砂土及二灰穩(wěn)定土進(jìn)行了劈裂強(qiáng)度試驗(yàn) 。 見(jiàn)圖 ２ 。由圖 ２ 可知 ，對(duì)于固化劑粉煤灰穩(wěn)定粉砂土 、二灰穩(wěn)定土 ，養(yǎng)護(hù)齡期為 ２８ d 的劈裂強(qiáng)度較 ７ d 齡期強(qiáng)度增長(zhǎng)量分別為 ０ ．１５ M Pa 、０ ．０８ M Pa 和 ０ ．０９ M Pa ，這說(shuō)明初期固化劑粉煤灰穩(wěn)定粉砂土較二灰穩(wěn)定土劈裂強(qiáng)度增長(zhǎng)快 ；而 當(dāng)齡期達(dá)到 ９０ d 時(shí) ，劈裂強(qiáng)度增長(zhǎng)量分別為 ０ ．１８ M Pa 、０ ．０８ M Pa 和 ０ ．１１ M Pa ，這說(shuō)明當(dāng)圖 ２ 　 劈裂強(qiáng)度隨齡期的變化規(guī)律養(yǎng)護(hù)齡期較長(zhǎng)（２８ ～ ９０ d）時(shí) ，固化劑粉煤灰穩(wěn)定粉砂土及二灰穩(wěn)定土的劈裂強(qiáng)度增長(zhǎng)速度降低 ；當(dāng)養(yǎng)護(hù)齡期超過(guò) ９０ d 后 ，固化劑粉煤灰穩(wěn)定土及二灰穩(wěn)定土的劈裂強(qiáng)度增長(zhǎng)率進(jìn)一步降低 。2 ．3 穩(wěn)定土抗壓回彈模量試驗(yàn)研究按照枟公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程?hào)槪↗TG E５１‐２００９ ）中 T０８０８‐１９９４ 的規(guī)定的頂面法 ，對(duì)固化劑粉煤灰穩(wěn)定粉砂土及二灰穩(wěn)定土試樣在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù) ７ d 、１４ d 、２８ d 、９０ d 和 １８０ d 后 ，分別進(jìn)行抗壓回彈模量試驗(yàn) 。 試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖 ３ 。圖 ３ 　 抗壓回彈模量隨齡期的變化規(guī)律由圖 ３ 可知 ，固化劑粉煤灰穩(wěn)定粉砂土及二灰穩(wěn)定土抗壓回彈模量隨齡期的增長(zhǎng)而增大 ，固化劑粉煤灰穩(wěn)定粉砂土的抗壓回彈模量增長(zhǎng)分為兩個(gè)階段 ，２８d 前增長(zhǎng)較快 ，后期增長(zhǎng)緩慢 ，且 ２８ d 后 ，抗壓回彈模量增長(zhǎng)成線性關(guān)系 ；７ ～ ２８ d ，抗壓回彈模量增長(zhǎng)了 １１７M Pa ，增長(zhǎng)了 ２６％ ，２８ ～ １８０ d ，抗壓回彈模量增長(zhǎng)了１１１ M Pa ，增長(zhǎng)了 ２０ ％ ；二灰穩(wěn)定土抗壓回彈模量增長(zhǎng)分為 ３ 個(gè)階段 ，齡期 ２８ d 前 ，增長(zhǎng)較緩慢 ，２８ ～ ９０ d ，抗壓回彈模量增長(zhǎng)較快 ，９０ d 后增長(zhǎng)又放緩 。 固化劑粉煤灰穩(wěn)定粉砂土 ，二灰穩(wěn)定粉砂土 ，７ ～ ２８ d ，抗壓回彈模量增長(zhǎng)了 ３４ M Pa ，增長(zhǎng)了 １９ ．８％ ，２８ ～ ９０ d ，抗壓回彈模量增長(zhǎng)了 １１７ M Pa ，增長(zhǎng)了 ５６ ．８ ％ ，９０ ～ １８０ d ，抗壓回彈模量增長(zhǎng)了 ２６ M Pa ，增長(zhǎng)了 ８ ．０％ ；二灰穩(wěn)定粘土 ，７ ～ ２８ d ，抗壓回彈模量增長(zhǎng)了 １９ M Pa ，增長(zhǎng)了７ ．６％ ，２８ ～ ９０ d ，抗壓回彈模量增長(zhǎng)了 ９８ M Pa ，增長(zhǎng)·５４·2013 NO ．3 　 　 　 　 　 　 　 　 　 粉 煤 灰 綜 合 利 用FLY ASH COMPREHENSIVE UTILIZATION 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　試 驗(yàn) 與 應(yīng) 用了 ３６ ％ ，９０ ～ １８０ d ，抗壓回彈模量增長(zhǎng)了 ４７ M Pa ，增長(zhǎng)了 １３ ％ 。2 ．4 穩(wěn)定土干縮試驗(yàn)研究按照枟公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程?hào)槪↗TG E５１‐２００９）中 T０８５４‐２００９ 的規(guī)定的無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料干縮試驗(yàn)方法 ，對(duì)固化劑粉煤灰穩(wěn)定粉砂土及二灰穩(wěn)定土試樣進(jìn)行干縮試驗(yàn)［５‐６ ］ 。 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)論 ，試件水分經(jīng)過(guò) ３０d 的散失后 ，含水率基本保持不變 ，干縮系數(shù)也基本不再減小 ，干縮試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖 ４ 、圖 ５ 。圖 ４ 　 失水率隨齡期變化圖圖 ５ 　 干縮系數(shù)隨齡期變化圖由圖 ４ 、５ 可以看出 ：（１）在相同的收縮環(huán)境條件下 ，隨著暴露時(shí)間的增長(zhǎng) ，固化劑粉煤灰穩(wěn)定粉砂土 、二灰穩(wěn)定粉砂土及二灰穩(wěn)定粘土的失水率隨時(shí)間的增長(zhǎng)急劇下降 ，且均在３０ d后趨于平穩(wěn) ，齡期 ３０ d 內(nèi) ，固化劑粉煤灰穩(wěn)定粉砂土的失水率低于二灰穩(wěn)定粉砂土的失水率 ，略高于二灰穩(wěn)定粘土的失水率 。（２）在相同的干縮環(huán)境條件下 ，隨著時(shí)間的增長(zhǎng) ，３種穩(wěn)定土的干縮系數(shù)在前期（２０ d 內(nèi)）隨齡期增長(zhǎng)急劇下降 ，后期（２０ d 后）增長(zhǎng)緩慢 。 固化劑粉煤灰穩(wěn)定粉砂土的干縮系數(shù)在前期均低于二灰穩(wěn)定粉砂土及二灰穩(wěn)定粘土 ，而在后期 ，固化劑粉煤灰穩(wěn)定粉砂土的干縮系數(shù)與二灰穩(wěn)定粉砂土及二灰穩(wěn)定粘土的干縮系數(shù)很接近 ，說(shuō)明固化劑粉煤灰穩(wěn)定粉砂土的干縮性能優(yōu)于二灰穩(wěn)定粉砂土及二灰穩(wěn)定粘土 。 但固化劑粉煤灰穩(wěn)定粉砂土和二灰穩(wěn)定粉砂土及二灰穩(wěn)定粘土在初期 ，干縮系數(shù)均較大 ，因此 ，３ 種穩(wěn)定土在干縮情況下都容易開(kāi)裂 。 為避免其產(chǎn)生收縮裂縫 ，在基層成型后必須加強(qiáng)初期灑水養(yǎng)護(hù) ，避免在高溫下曝曬干縮 ，以減小由于粘結(jié)料失水和水化引起的干縮 。3 結(jié)論（１）土壤固化劑粉煤灰穩(wěn)定粉砂土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度比二灰穩(wěn)定土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度要大 ；７ d 達(dá)到１ ．３４ M Pa ，滿足高等級(jí)路面底基層無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度 ≥０ ．６ M Pa 的要求 。 在整個(gè)養(yǎng)護(hù)齡期中 ，固化劑粉煤灰穩(wěn)定粉砂土及二灰穩(wěn)定土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)率隨齡期的增長(zhǎng)而減小 。 同時(shí) ，土壤固化劑粉煤灰穩(wěn)定粉砂土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與齡期存在 e 函數(shù)關(guān)系 。（２）固化劑粉煤灰穩(wěn)定粉砂土及二灰穩(wěn)定土抗壓回彈模量隨齡期的增長(zhǎng)而增大 ，固化劑粉煤灰穩(wěn)定土的抗壓回彈模量增長(zhǎng)分為 ２ 個(gè)階段 ，２８ d 前增長(zhǎng)較快 ，后期增長(zhǎng)緩慢 ，且 ２８ d 后 ，抗壓回彈模量增長(zhǎng)成線性關(guān)系 ；二灰穩(wěn)定土抗壓回彈模量增長(zhǎng)分為 ３ 個(gè)階段 ，２８d 前 ，增長(zhǎng)較緩慢 ，２８ ～ ９０ d ，抗壓回彈模量增長(zhǎng)較快 ，９０ d 后增長(zhǎng)又放緩 。（３）在相同的干縮環(huán)境條件下 ，隨著暴露時(shí)間的增長(zhǎng) ，固化劑粉煤灰穩(wěn)定粉砂土的干縮系數(shù)在前期均低于二灰穩(wěn)定粉砂土及二灰穩(wěn)定粘土 ，而在后期 ，固化劑粉煤灰穩(wěn)定粉砂土的干縮系數(shù)與二灰穩(wěn)定粉砂土及二灰穩(wěn)定粘土的干縮系數(shù)很接近 ，說(shuō)明固化劑粉煤灰穩(wěn)定粉砂土的干縮性能優(yōu)于二灰穩(wěn)定粉砂土及二灰穩(wěn)定粘土 。參 考 文 獻(xiàn)［１ ］ 　 王大寶 ．土壤固化劑穩(wěn)定細(xì)粒土路用性能試驗(yàn)研究 ［D］ ．鄭州 ：鄭州大學(xué) ，２０１０［２ ］ 　 商慶森 ，劉樹(shù)堂 ．影響石灰與二灰穩(wěn)定細(xì)粒土強(qiáng)度因素的分析［J］ ．公路交通科技 ．２００２ ．１７ （６ ） ：２６‐２９ ．［３ ］ 　 王云夫 ．二灰穩(wěn)定土底基層配合比設(shè)計(jì)及使用特性分析［J］ ．公路交通科技應(yīng)用技術(shù)版 ．２０１１ （４ ） ：１２９‐１３１ ．［４ ］ 　 李振峰 ．土壤固化劑無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)研究［D］ ．長(zhǎng)春 ：吉林大學(xué) ，２００７ ．［５ ］ 　 姜華 ．固化劑穩(wěn)定土路用性能試驗(yàn)研究［D］ ．黑龍江 ：東北林業(yè)大學(xué) 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