浅谈粉煤灰作为道路基层的利弊
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摘要：粉煤灰作为市政道路的积层材料，本文分析了其形成过程，施工工艺，简单指出粉煤灰作为半刚性基层材料的优缺点，并通过实际工作总结出以后的注意事项。
关键词：粉煤灰的形成；施工工艺；SO3；实际工程；化学反应
Abstract: The fly ash as the laminated material of municipal roads, this paper analyzes its forming process, simple construction process, points out that the fly ash as the advantages and disadvantages of semi-rigid base materials, and the matters needing attention after the actual work summarized.
Key words: formation of fly ash; construction technology; SO3; chemical reaction engineering;
中图分类号：TU99 文献标识码： A文章编号：2095-2104（2012）01-0020-02
上海市，依然是以火力发电为主要能源，其副产物，经过除尘处理，能产生大量的粉煤灰，可作为市政道路的基层使用。我亲历的次干路陈翔路与宝翔路市政道路工程的实施，发生了路面起拱，经检测，粉煤灰中硫含量超标。分析粉煤灰的主要性状、技术特征、施工工艺，结合工程，粉煤灰中的SO3含量的控制对基层的影响。
本文讨论的是基层材料，粉煤灰作为基层材料属于半刚性基层，半刚性基层应具有足够的强度和稳定性、较小的温缩和干缩变形及较强的抗冲刷能力。
粉煤灰的形成过程：
第一阶段，低沸点物质从固体碳间隙挥发，形成多孔粉煤灰物质，其表面粗糙，呈现不规则碎屑状，其表面积更大。
第二阶段，有机物完全燃烧，无机矿物进一步反应。由于内、外燃烧及冷凝及表面张力的共同作用，此时粉煤灰为多孔玻璃体。
第三阶段，多孔玻璃体逐渐熔融收缩而形成颗粒，粒径不断变小转变为粒径较小的密实球体，颗粒比表面积下降为最小。
粉煤灰的施工工艺：
清除填方范围内的草皮，树根，淤泥，积水，并翻松，平整压实地基，经监理工程师检查认可，实测填前标高后，方能上粉煤灰填筑路基。选择符合质量要求的粉煤灰和土，提前做好标准击实试验，并报监理工程师批准。在平整压实的地基上，准确放出粉煤灰填筑线和包边土填筑线，以及排水沟的具置。在施工前做好排水系统的施工，保持粉煤灰路堤的排水畅通。按设计要求分层进行土质护坡和粉煤灰路堤填筑施工。粉媒灰路堤采用水平分层填筑施工法。粉煤灰的松铺系数应通过试验确定。无实测资料时，可按下列数值选用并在施工中调整。松铺系数大致为：1）人工摊铺：1.5—1.7；2）推土机摊铺：1.2—1.3；3）平地机摊铺：1.1—1.2粉煤灰的含水量宜在灰场调整后再运到工地直接摊铺辗压，以达到提高工效之目的。已摊铺的粉煤灰因故造成过湿或过干，应晾晒或喷洒水份调整含水量，以达到最佳含水量。摊铺后的粉煤灰须及时碾压，做到当天摊铺，当天压实，以防水份蒸发影响压实效果。碾压时应使粉煤灰处于最佳含水量范围内。粉煤灰路堤宜采用振动压路机碾压。压实厚度应根据压实机械种类和压实功能的大小而定，事前要进行试压试验，40—50t的重型振动压路机，每层压实厚度不得大于30cm。粉煤灰辗压，应遵循先轻后重原则，对人工摊铺的灰层宜先用履带式机具或8—12t轻型压路机静压1—2遍，稳定后，用振动压路机碾压3—4遍。机械摊铺灰层可用20t以上的中型或重型振动压路机碾压3—4遍，振动压路机压后，再以静作用压路机碾压1—2遍。碾压完毕应及时检验压实度，符合规定要求后方可继续填筑上层。辗压顺序应遵循先低后高的原则，直线段由土质边坡向路中心辗压，曲线段由弯道内侧向外侧辗压。辗压速度，稳压时采用1档（1.5—1.7Km/h）为宜，振动时宜用2档（2.0—2.5Km/h）速度辗压。压路机辗压轮迹应相互搭接。后轮必须超过两段的接缝。铺筑上层时，应控制卸料汽车的行驶方向和速度。不得在下层灰面上调头、高速行驶、急刹车等，以免造成压实层松散。对做好的粉煤灰堤要养护好，限制车辆行驶。晴天洒水润湿，防止表层干燥松散；雨天及时排水，以免影响上层铺筑。当长时间不能继续施工时，应进行表层复土封闭处理并碾压密实，做好路拱横坡，以利表面排水。
粉煤灰作为半刚性基层材料，具有较高的强度、水稳性与抗冻性，较好的防收缩开裂，后期强度增加显著，火力发电，作为上海电力供应的主力，粉煤灰作为基层材料，可以变废为宝，减少环境污染，以及节约耕地，是一种性能好，造价低，来源广的建筑材料。但09年的工程，因作为道路基层的粉煤灰的材料问题而致使道路路面崎岖不平，后经过路面开挖，翻除粉煤灰基层后，经过弯沉计算，换填了水泥稳定碎石基层后，才得以验收。
下面叙述下我在09年的工程中遇到的问题。宝翔路在施工至路面沥青都摊铺完毕后，由于在冬季，雨水充沛，快过年了，工人们都回家过年去了，约1月后，三渣基层在雨水的浸泡后，经过了一系列的化学反应，导致反应后的产物体积变大，使路面起拱；由于陈翔路开工较晚，过年前，才做了垫层和粉煤灰三渣的基层，作为上面层的三渣在雨水的浸泡后，也发生了起拱，道路基层年前通过了弯沉检测，而当我们去现场的时候，三渣层非常的松散，无整体性，仅凭人力，就可以掰断松散的上面层，最后只能翻除所有的三渣层后，找平了路基，经过了弯沉计算，后换成水泥稳定碎石的基层。
随着上海对环保越来越重视，火电厂的排放要求也越来越高，经过了环保处理后的粉煤灰，其SO3的含量远远高于未经环保处理的粉煤灰,随后我去查阅了一些材料，对粉煤灰中硫含量对基层产生的化学反应找到了较为书面的解释。
粉煤灰中的含硫物是以CaSO4的形态存在的，含有CaSO4的粉煤灰应用于路面基层时，遇水发生反应产生水化产物，在三渣基层强度形成的后期发生体积膨胀，致使三渣基层出现开裂。具体的化学反应过程如下:CaO+H2O=Ca(0H)2;CaSO4+2H2O=Ca(SO4)⋅2H2O以上的这些化学反应使得三渣基层发生体积膨胀，实验表明其中CaO与H2O反应生成Ca(0H)2时，三渣基层体积增大到原来的1.9倍左右；CaSO4溶解于H2O后一部分与活性酸性金属氧化物Al2O3等、CaO和H2O反应生成CaO⋅Al2O3⋅32H2O，三渣基层体积增大到原来的2.2倍左右；另一部分CaSO4溶解于H2O结晶生成二水石膏CaSO4⋅2H2O，三渣基层体积增大到原来的2.3倍左右。可见，含硫物对三渣基层的体积变化具有很大的影响，是三渣基层开裂破坏的主要原因之一。三渣基层已经具有一定的强度，此时结晶析出二水石膏发生体积膨胀就会导致三渣基层的开裂。同时粉煤灰中CaSO4与活性酸性金属氧化物和CaO反应生成钙矾石的过程发展速度很慢，是在三渣基层水化反应到一定程度时进行的，而此时三渣基层同样具有了一定的初期强度，所以钙矾石生成导致的体积膨胀也会引起三渣基层的开裂。以上两点为三渣基层由体积膨胀而导致基层开裂，进而丧失强度的主因。
所以，当我们再利用粉煤灰作为基层时，应重视粉煤灰含硫量的控制。
参考文献：
[1]沈旦申编《粉煤灰混凝土》，中国铁道出版社，1989.
[2]邓学钧.路基路面工程(第三版)[M].人民交通出版社，2008.
[3]高艳龙，黄莘，刘峰.高含硫粉煤灰对二灰基层膨胀开裂的影响与分析[J].重庆交通学院学报，2005.