許彬

（中交隧道工程局有限公司，北京 100000）

煤灰是一種工業(yè)廢渣，近幾年來(lái)，我國(guó)粉煤灰的排放量已經(jīng)達(dá)到了每年1.2億噸。有效地利用粉煤灰，不但可以減少環(huán)境的污染，同時(shí)，也能夠?yàn)楣坊蜩F路填筑帶來(lái)更有利的影響，一方面能夠減少工程的造價(jià)，另一方面還能使公路鐵路的建設(shè)達(dá)到可持續(xù)發(fā)展的目的，有比較長(zhǎng)遠(yuǎn)的利益。我國(guó)對(duì)粉煤灰進(jìn)行公路填筑研究越來(lái)越重視，本文對(duì)粉煤灰的工程特性進(jìn)行研究和分析，分析影響粉煤灰工程特性的各種因素，提供有效的改善措施和方法，為粉煤灰在進(jìn)行建筑工程填筑時(shí)提供了有力參考。

1 對(duì)粉煤灰工程特性試驗(yàn)研究的意義

作為一種工業(yè)廢渣，粉煤灰得到有效的利用，在很大的程度上給我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)一定的幫助，同時(shí)對(duì)環(huán)境的保護(hù)也起到了重要作用。關(guān)鍵是對(duì)于建筑工程而言，粉煤灰自身的特性能夠使得填筑物有更高的穩(wěn)定性。另外，粉煤灰加入到公路或鐵路的填筑中，不但可以進(jìn)行廢物的再利用，還能有效地減少能源浪費(fèi)，更是未來(lái)建筑工程發(fā)展的必然趨勢(shì)。

2 粉煤灰的自身特性

2.1 粉煤灰的化學(xué)性質(zhì)

粉煤灰的主要成分是硅、鐵、鋁、鈣、鈉、鎂、鉀等這些氧化物，另外還有一些未燃燒的碳，是一種人工火山灰質(zhì)材料，屬于高分散的固溶體。其中，三氧化鋁是提高中體材料強(qiáng)度的主要物質(zhì)。同時(shí)將粉煤灰浸泡在溶液中24小時(shí)后對(duì)過(guò)濾浸液進(jìn)行研究分析，可以發(fā)現(xiàn)溶液中含有大量的鈣離子。

2.2 粉煤灰的物理性質(zhì)

由于粉煤灰是粉狀的顆粒，而且顆粒較細(xì)，同時(shí)，粉煤灰的顆粒是比本身表面積大的多孔結(jié)構(gòu)，因此有很強(qiáng)的吸附能力，尤其是對(duì)水的吸附能力強(qiáng)。從對(duì)粉煤灰的物理實(shí)驗(yàn)也可以看出，粉煤灰的特質(zhì)屬于沙質(zhì)土。

一般情況下，全粉煤灰的顆粒較細(xì)，因此，其本身的粘聚力很小，如果利用全粉媒灰進(jìn)行公路或鐵路的路堤填筑的話，會(huì)影響其抗剪強(qiáng)度以及地基的穩(wěn)定性和承載力。因此，有效地提高粉煤灰的抗剪強(qiáng)度，是目前主要的研究任務(wù)。

3 影響粉煤灰工程特性的因素

3.1 含水率的大小

由粉煤灰本身的特性可以發(fā)現(xiàn)，粉煤灰在軟土地基的填筑上有更好的應(yīng)用。同時(shí)從力學(xué)特性上面看，粉煤灰有很好的抗剪性能和較高的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。但粉媒灰本身的含水量對(duì)其工程特性有比較大的影響，如果粉煤灰的含水量較高，那么，會(huì)給施工帶來(lái)更多的方便，整體性能更加穩(wěn)定，而如果含水量低，那么就會(huì)使粉煤灰處于松散結(jié)構(gòu)的狀態(tài)中，整體性能差[1]。

3.2 粉煤灰氧化物含量高低

粉煤灰當(dāng)中氧化物的含量高低決定了粉煤灰的粘聚力強(qiáng)度。含量過(guò)低，那么粉煤灰的粘聚力就小，自凝性差。如果含量高，那么粉煤灰的粘聚力和自凝性就會(huì)有所提升。在對(duì)粉煤灰進(jìn)行化學(xué)成分分析時(shí)可知，粉煤灰經(jīng)過(guò)培燒之后，會(huì)有大量的鐵、硅、鋁等酸性氧化物，氧化鈣的含量只有極少數(shù)一部分，這也是直接導(dǎo)致粉煤灰的粘聚力低的原因。因此要增加粉煤灰的粘聚力和自凝性，那么就必須要保證粉煤灰中氧化物的含量。

3.3 粉煤灰的顆粒粗細(xì)

由于工業(yè)所產(chǎn)生的全粉煤灰顆粒較細(xì)，在干燥的狀態(tài)下粉煤灰的結(jié)構(gòu)性能差，而且性質(zhì)不穩(wěn)定，抗剪強(qiáng)度相對(duì)較低。如果在不添加任何添加物的情況下，粉煤灰一旦應(yīng)用在公路或者鐵路填筑物上，就不能使填筑物的承載力和穩(wěn)定性得到有效的保障。

4 提高粉煤灰工程特性的方法和措施

4.1 在粉煤灰中加入生石灰

生石灰的主要化學(xué)成分是氧化鈣，當(dāng)生石灰和全粉煤灰進(jìn)行攪拌壓實(shí)之后，在一定的含水率條件下，就能夠產(chǎn)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)生成之后，所產(chǎn)生的各種氧化物就會(huì)大大的提高，比如氧化鈣、三氧化鋁、三氧化鐵等。這些氧化物都是一些不溶于水、穩(wěn)定性較高的結(jié)晶生成物，不管是在空氣中還是在水中都能夠逐漸硬化，使粉煤灰的強(qiáng)度有大大的提升。

4.2 在粉煤灰中加入水泥

水泥是一種主要包括硅酸三鈣、硅酸二鈣和鋁酸三鈣等化學(xué)成分的穩(wěn)定物質(zhì)。同時(shí)，水泥中的主要化學(xué)成分在遇水之后，也會(huì)產(chǎn)生一系列的化學(xué)反應(yīng)生成一些水化產(chǎn)物，包括水化硅酸鈣、氫氧化鈣、水化鐵等。而這些物質(zhì)有很好的膠結(jié)作用，因此將水泥加入到粉煤灰中，能夠使粉煤灰的其他顆粒膠結(jié)在一起發(fā)生凝結(jié)作用，使之達(dá)到硬化的效果和目的，如此，在進(jìn)行粉煤灰填筑過(guò)程中，其強(qiáng)度就會(huì)得到大幅度的提升。

5 結(jié)果分析

5.1 生石灰對(duì)粉煤灰抗剪強(qiáng)度特性的影響

在粉煤灰中加入一定量的生石灰，并且經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的充分反應(yīng)之后可以得出生石灰和粉煤灰的混合物，其抗剪強(qiáng)度要比全粉煤灰的抗剪強(qiáng)度高很多，主要表現(xiàn)在粘聚力之上。但是根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果也能得出，生石灰和粉煤灰的混合物，內(nèi)摩擦角度沒(méi)有多大變化。產(chǎn)生上述情況的具體原因是因?yàn)樯以谒髸?huì)形成氫氧化鈣，并且與粉煤灰中的氧化物產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，形成水膠凝性物質(zhì)。另外，生石灰的添加量有所增加，那么粉煤灰在進(jìn)行公路填筑時(shí)，其粘聚力也在不斷提高。因此可以得出的結(jié)論是，在粉煤灰中加入生石灰，能夠有效地提高粉煤灰的穩(wěn)定性和抗剪強(qiáng)度[2]。

5.2 齡期對(duì)抗剪強(qiáng)度的影響

在粉煤灰里加入一定量的生石灰，使兩種物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，需要一定的時(shí)間才能夠達(dá)到凝結(jié)和硬化的目的。而在不同的齡期條件下，粉煤灰的抗剪強(qiáng)度是不一樣的。比如在0.5d時(shí)，在粉煤灰中加入生石灰之后，其抗剪強(qiáng)度與全粉煤灰的抗剪強(qiáng)度差別不大。由于在這個(gè)齡期內(nèi)，生石灰和粉煤灰發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的時(shí)間較短，不能使兩種物質(zhì)充分發(fā)生反應(yīng)，因此，無(wú)法形成膠凝物質(zhì)使之硬化。

但如果是在粉煤灰中加入生石灰并且經(jīng)過(guò)7d的齡期后，可以明顯看出，混合之后的粉煤灰，其抗剪強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于全粉煤灰的抗剪強(qiáng)度。這是因?yàn)樵诖藯l件下，粉煤灰和生石灰能夠在有效時(shí)間內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生各種膠凝物質(zhì)，從而使得混合后的粉煤灰抗剪強(qiáng)度大大提高。

5.3 不同配比對(duì)抗剪強(qiáng)度的影響

在粉煤灰中加入生石灰時(shí)，如果兩者之間的比例不同，對(duì)粉煤灰的抗剪強(qiáng)度也有影響。生石灰比例越重，抗剪強(qiáng)度越高。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可以得出，無(wú)論生石灰和粉煤灰的配比情況如何，抗剪強(qiáng)度的大小，主要跟齡期有關(guān)。這也就是說(shuō)，只要在粉煤灰中加入生石灰就能提高粉煤灰的抗剪強(qiáng)度，而且添加的生石灰量越大，在有效的齡期內(nèi)，粉煤灰的抗剪強(qiáng)度就會(huì)更大。

5.4 生石灰和水泥添加物分別對(duì)粉煤灰抗剪強(qiáng)度的影響

不同的添加物對(duì)粉煤灰的抗剪強(qiáng)度就會(huì)有不同的影響。比如在粉煤灰中添加生石灰和水泥，這兩種不同物質(zhì)就會(huì)使粉煤灰的抗剪強(qiáng)度產(chǎn)生較大的差異。在配比相同的情況下（配比為1：9，其中粉煤灰為9），添加生石灰的粉煤灰其抗剪強(qiáng)度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于添加水泥的粉煤灰。這是因?yàn)樗嘀斜旧砗械墓杷崛}和其他的酸性物質(zhì)都有很好的水硬性特質(zhì)，因此在粉煤灰中添加水泥，同時(shí)在含水率高的條件下，就會(huì)使得粉煤灰具有很高的抗剪強(qiáng)度[3]。

6 結(jié)語(yǔ)

跟純粉煤灰相比，加入生石灰或者水泥之后的粉煤灰，其抗剪強(qiáng)度明顯有很大的提升。由于添加水泥或生石灰之后改善了粉煤灰的力學(xué)性能，而且能夠有效提高填充物的承受力，因此也能在某個(gè)程度上提高建筑物的整體結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性。

另外，通過(guò)最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析也能得出，顆粒較粗的粉煤灰抗剪強(qiáng)度較高，而且水穩(wěn)性也較強(qiáng)。由于工業(yè)產(chǎn)生的粉煤灰顆粒粗細(xì)有一定的差別，因此在選擇粉煤灰時(shí)，也要根據(jù)建筑的實(shí)際情況，選擇顆粒較粗的粉煤灰滿(mǎn)足工程需求。