高含硫粉煤灰對(duì)二灰基層膨脹開裂的影響與分析

1、<p>　　高含硫粉煤灰對(duì)二灰基層膨脹開裂的影響與分析</p><p>　　摘要：粉煤灰是道路施工中使用范圍廣泛的材料，粉煤灰的成分包括CaO、Al2O3、SO3、Fe2O3、SiO2等等，其中還包括大量的微量化合物。粉煤灰在應(yīng)用道路路基的施工中時(shí)，會(huì)與路基中的其他堿性材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，繼而形成硬度很好的結(jié)構(gòu)體，這樣即可有效提升道路的硬度和質(zhì)量。然而，粉煤灰中硫的含量也會(huì)對(duì)道路施工質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，如

2、果粉煤灰中硫含量過高，那么就會(huì)導(dǎo)致路面發(fā)生膨脹甚至開裂的情況，本文主要以我地區(qū)南部某公路為例，對(duì)高含硫粉煤灰對(duì)二灰基層膨脹開裂的影響進(jìn)行分析。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：高含硫粉煤灰 二灰基層膨脹開裂 影響 分析 </p><p><b>　　1 概述 </b></p><p>　　粉煤灰是火力發(fā)電廠煤粉燃燒后在煙道中回收的一種粉末，粉煤灰

3、的成分包括CaO、Al2O3、SO3、Fe2O3、SiO2等等，其中還包括大量的微量化合物。粉煤灰在道路基層中的使用已經(jīng)有多年的歷史，截止到2012年年底，粉煤灰的利用率已經(jīng)超過了35%，在公路方面的利用率約為25%，在農(nóng)業(yè)與建筑方面的利用率約為43%。 </p><p>　　粉煤灰在應(yīng)用道路路基的施工中時(shí)，會(huì)與路基中的其他堿性材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，繼而形成硬度很好的結(jié)構(gòu)體，這樣即可有效提升道路的硬度和質(zhì)量。國(guó)內(nèi)外的

4、相關(guān)研究顯示，應(yīng)用石灰穩(wěn)定粉煤灰的道路，其整體的強(qiáng)度顯著的由于使用普通材料的道路，其抗凍性能與水穩(wěn)性能也更加的理想，材料費(fèi)用低廉，來源廣泛，由于以上的優(yōu)勢(shì)，粉煤灰在道路施工中的應(yīng)用范圍也越來越廣泛。 </p><p>　　從公路施工的角度而言，要有效提升公路的施工質(zhì)量，必須要把握好粉煤灰的質(zhì)量，而粉煤灰質(zhì)量要求主要表現(xiàn)在表面積、化學(xué)成分含量以及燒失量。我國(guó)相關(guān)的道路施工規(guī)范中對(duì)于粉煤灰的質(zhì)量有著明確的要求，粉煤灰

5、中Al2O3、Fe2O3、SiO2的含量必須要超過70%，粉煤灰燒失量也應(yīng)該控制在20%以下，同時(shí)，粉煤灰比表面積應(yīng)該超過2500cm2/g。 </p><p>　　在國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家之中，對(duì)于粉煤灰的質(zhì)量有著更加嚴(yán)格的規(guī)定，要求粉煤灰燒失量應(yīng)該控制在10%以內(nèi)，但是有關(guān)的實(shí)驗(yàn)顯示，在一般情況下，粉煤灰燒失量在20%時(shí)也可以滿足施工需求，但是，在一般情況下，燒失量的增加約會(huì)導(dǎo)致混合料強(qiáng)度降低。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于粉煤灰原

6、材料中硫的含量并無確切的規(guī)定，然而，粉煤灰中硫的含量也會(huì)對(duì)道路施工質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，如果粉煤灰中硫含量過高，那么就會(huì)導(dǎo)致路面發(fā)生膨脹甚至開裂的情況，下面就針對(duì)高含硫粉煤灰對(duì)于二灰基層膨脹開裂的影響進(jìn)行深入的分析。 </p><p>　　2 高含硫粉煤灰對(duì)于二灰基層膨脹開裂的影響 </p><p>　　以我地區(qū)南部某公路為例，該公路底基層與路面基層均是使用石灰粉煤灰穩(wěn)定級(jí)的配碎石結(jié)構(gòu)，粉煤

7、灰來自于市郊區(qū)兩個(gè)電廠（A電廠與B電廠），其中使用A電廠粉煤灰的路段在施工完成兩個(gè)月路面發(fā)生縱向裂紋的情況，一個(gè)月后又出現(xiàn)表面變形、縱向開裂以及凹凸不平的現(xiàn)象，路面結(jié)構(gòu)膨脹，對(duì)使用A電廠粉煤灰道路的底基層也出現(xiàn)了同樣的情況，破裂位置集料無強(qiáng)度、疏松，呈現(xiàn)出散粒狀態(tài)，既有塊狀的集料，也很容易破碎。而使用B電廠施工的路段底基層與基層性能一直保持良好狀態(tài)。 </p><p>　　3 高含硫粉煤灰導(dǎo)致二灰基層膨脹開裂的原

8、因分析 </p><p>　　在排除各種因素之后，證明導(dǎo)致二灰基層膨脹開裂的主要因素在于混合料粉煤灰的化學(xué)成分，實(shí)驗(yàn)顯示，A電廠在粉煤灰的加工中添加了環(huán)保脫硫工藝，這就導(dǎo)致脫硫完成的灰渣重新進(jìn)入粉煤灰之中，這就導(dǎo)致粉煤灰中SO3含量顯著高于B電廠。 </p><p>　　此外，實(shí)驗(yàn)結(jié)果還顯示，A電廠環(huán)保粉煤灰硫含量比B電高18倍，究其根本原因，是由于A電廠粉煤灰在經(jīng)過脫硫處理之后，脫硫灰渣

9、重新進(jìn)入儲(chǔ)灰場(chǎng)，雖然達(dá)到了環(huán)保要求，但是卻導(dǎo)致粉煤灰中SO3含量顯著增加。而粉煤灰中SO3是存在于CaSO4中的，將該種材料應(yīng)用在道路中，在水的作用下會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，出現(xiàn)水化產(chǎn)物，在施工完成后，經(jīng)過了一段時(shí)間的使用，路面就會(huì)出現(xiàn)體積膨脹和開裂的情況，具體的化學(xué)反應(yīng)過程如下： </p><p>　　CaO+H■O？圯CaOH■ </p><p>　　CaSO■+H■O？圯CaSO■?2H■O

10、 </p><p>　　H■O+3CaO?Al■O■?6H■O+3CaSO■?2H■O？圯3CaO?Al■O■?3CaSO■?32H■O </p><p>　　發(fā)生這些化學(xué)反應(yīng)后，混合料的體積便會(huì)膨脹，其中H2O與CaO會(huì)生成Ca（OH）2，固體體積會(huì)增加，在CaSO4溶解之后，也會(huì)與水發(fā)生反應(yīng)，生成化合物。此時(shí)，混合物的固體體積就會(huì)增加至正常體積的2.22倍。從以上的反應(yīng)過程可以看出，S

11、O3（CaSO4）對(duì)于混合料的體積會(huì)產(chǎn)生極大的影響，這也是導(dǎo)致路面發(fā)生膨脹與開裂的重要因素。 </p><p>　　如果粉煤灰中SO3的含量較高，也會(huì)有CaSO4，CaSO4水化速度較慢，在CaSO4溶解度逐漸飽和之后，會(huì)逐漸的結(jié)晶并析出二水石膏，在這時(shí)，路面強(qiáng)度已經(jīng)基本固定，但是，析出的二水石膏會(huì)導(dǎo)致混合料體積進(jìn)一步增加，情況嚴(yán)重時(shí)就會(huì)致使二灰混合料穩(wěn)定層出現(xiàn)開裂的情況，此外，CaSO4也會(huì)發(fā)生反應(yīng)，生成酸性金

12、屬氧化物。而SO3會(huì)存在于CaSO4之中，水解速度較慢，經(jīng)過了一段時(shí)間后，會(huì)生成鈣礬石，而這時(shí)路面初期強(qiáng)度已經(jīng)成型，因此，鈣礬石也會(huì)導(dǎo)致二灰基層發(fā)生膨脹與開裂，這兩個(gè)因素是導(dǎo)致路面強(qiáng)度喪失的主要因素。 </p><p><b>　　4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 </b></p><p>　　4.1 混合料體積穩(wěn)定性以及表觀特性實(shí)驗(yàn)分析 </p><p>　　為

13、了對(duì)混合料體積的穩(wěn)定性進(jìn)行深入的分析，先將混合料放置于40℃的烘箱中進(jìn)行干燥，干燥時(shí)間為1h，使用高壓鍋蒸1.5h，該種實(shí)驗(yàn)方法也是現(xiàn)階段下工程實(shí)踐中應(yīng)用較多的方法，在實(shí)驗(yàn)時(shí)選擇不同的地點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比。本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，A電廠粉煤灰體積膨脹比例為3%-14%，根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況來看，開裂情況也較為嚴(yán)重，而使用A電廠粉煤拌制的混合料體積在實(shí)驗(yàn)后雖然表面性能良好，但是有輕微的裂紋。使用B電廠拌制的混合料體積穩(wěn)定性能良好，與施工現(xiàn)場(chǎng)吻合，使用性能良好。

14、因此，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來分析，高含硫粉煤灰對(duì)于二灰基層有著一定的影響，會(huì)導(dǎo)致混合料發(fā)生開裂的情況。 </p><p>　　4.2 混合料強(qiáng)度實(shí)驗(yàn) </p><p>　　為了分析混合料的強(qiáng)度情況，根據(jù)施工配合比使用不同含量的粉煤灰將其制作成為試件，實(shí)驗(yàn)結(jié)果詳見表1。 </p><p><b>　　■ </b></p><p>　

15、　根據(jù)上表可以得出，隨著時(shí)間的增加，來自不同電廠的試件強(qiáng)度會(huì)呈現(xiàn)出不同的發(fā)展規(guī)律，A電廠7-28d強(qiáng)度逐年的增加，28d以后強(qiáng)度不斷降低，來自B電廠的強(qiáng)度則穩(wěn)定的增加。在試件養(yǎng)生45d前后，兩種試件之間外觀差別并無顯著差別，但是在45d之后，其外觀之間的不同也逐漸的表現(xiàn)出來，A電廠粉煤灰發(fā)生掉塊與膨脹的情況，且出現(xiàn)裂紋，在時(shí)間的增加之間，裂紋也發(fā)展成為裂縫。 </p><p>　　可以看出，高含硫會(huì)在一定程度上影

16、響粉煤化學(xué)特性，導(dǎo)致二灰基層體積膨脹，繼而發(fā)生開裂與破壞的情況。 </p><p><b>　　5 結(jié)語 </b></p><p>　　總而言之，粉煤灰的含硫量會(huì)給路面的施工帶來極大的影響，因此，在施工之前，必須要對(duì)材料的含硫量進(jìn)行檢驗(yàn)，進(jìn)行體積膨脹度、強(qiáng)度等試驗(yàn)，根據(jù)其性能決定是否采用。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： &

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