高含硫粉煤灰對二灰基層膨脹開裂的影響與分析

1、<p>　　高含硫粉煤灰對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。粉煤灰在應用道路路基的施工中時，會與路基中的其他堿性材料發(fā)生化學反應，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對道路施工質(zhì)量產(chǎn)生嚴重的影響，如

2、果粉煤灰中硫含量過高，那么就會導致路面發(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，對高含硫粉煤灰對二灰基層膨脹開裂的影響進行分析。 </p><p>　　關鍵詞：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>　　粉煤灰在應用道路路基的施工中時，會與路基中的其他堿性材料發(fā)生化學反應，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。國內(nèi)外的

4、相關研究顯示，應用石灰穩(wěn)定粉煤灰的道路，其整體的強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，材料費用低廉，來源廣泛，由于以上的優(yōu)勢，粉煤灰在道路施工中的應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、化學成分含量以及燒失量。我國相關的道路施工規(guī)范中對于粉煤灰的質(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%，粉煤灰燒失量也應該控制在20%以下，同時，粉煤灰比表面積應該超過2500cm2/g。 </p><p>　　在國外發(fā)達國家之中，對于粉煤灰的質(zhì)量有著更加嚴格的規(guī)定，要求粉煤灰燒失量應該控制在10%以內(nèi)，但是有關的實驗顯示，在一般情況下，粉煤灰燒失量在20%時也可以滿足施工需求，但是，在一般情況下，燒失量的增加約會導致混合料強度降低。目前，國內(nèi)外對于粉煤灰原

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對道路施工質(zhì)量產(chǎn)生嚴重的影響，如果粉煤灰中硫含量過高，那么就會導致路面發(fā)生膨脹甚至開裂的情況，下面就針對高含硫粉煤灰對于二灰基層膨脹開裂的影響進行深入的分析。 </p><p>　　2 高含硫粉煤灰對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)定級的配碎石結(jié)構(gòu)，粉煤

7、灰來自于市郊區(qū)兩個電廠（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月路面發(fā)生縱向裂紋的情況，一個月后又出現(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成分，實驗顯示，A電廠在粉煤灰的加工中添加了環(huán)保脫硫工藝，這就導致脫硫完成的灰渣重新進入粉煤灰之中，這就導致粉煤灰中SO3含量顯著高于B電廠。 </p><p>　　此外，實驗結(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、重新進入儲灰場，雖然達到了環(huán)保要求，但是卻導致粉煤灰中SO3含量顯著增加。而粉煤灰中SO3是存在于CaSO4中的，將該種材料應用在道路中，在水的作用下會發(fā)生化學反應，出現(xiàn)水化產(chǎn)物，在施工完成后，經(jīng)過了一段時間的使用，路面就會出現(xiàn)體積膨脹和開裂的情況，具體的化學反應過程如下： </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)生這些化學反應后，混合料的體積便會膨脹，其中H2O與CaO會生成Ca（OH）2，固體體積會增加，在CaSO4溶解之后，也會與水發(fā)生反應，生成化合物。此時，混合物的固體體積就會增加至正常體積的2.22倍。從以上的反應過程可以看出，S

11、O3（CaSO4）對于混合料的體積會產(chǎn)生極大的影響，這也是導致路面發(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，也會有CaSO4，CaSO4水化速度較慢，在CaSO4溶解度逐漸飽和之后，會逐漸的結(jié)晶并析出二水石膏，在這時，路面強度已經(jīng)基本固定，但是，析出的二水石膏會導致混合料體積進一步增加，情況嚴重時就會致使二灰混合料穩(wěn)定層出現(xiàn)開裂的情況，此外，CaSO4也會發(fā)生反應，生成酸性金

12、屬氧化物。而SO3會存在于CaSO4之中，水解速度較慢，經(jīng)過了一段時間后，會生成鈣礬石，而這時路面初期強度已經(jīng)成型，因此，鈣礬石也會導致二灰基層發(fā)生膨脹與開裂，這兩個因素是導致路面強度喪失的主要因素。 </p><p><b>　　4 實驗驗證 </b></p><p>　　4.1 混合料體積穩(wěn)定性以及表觀特性實驗分析 </p><p>　　為

13、了對混合料體積的穩(wěn)定性進行深入的分析，先將混合料放置于40℃的烘箱中進行干燥，干燥時間為1h，使用高壓鍋蒸1.5h，該種實驗方法也是現(xiàn)階段下工程實踐中應用較多的方法，在實驗時選擇不同的地點進行對比。本次實驗結(jié)果顯示，A電廠粉煤灰體積膨脹比例為3%-14%，根據(jù)實驗情況來看，開裂情況也較為嚴重，而使用A電廠粉煤拌制的混合料體積在實驗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)場吻合，使用性能良好。

14、因此，從實驗結(jié)果來分析，高含硫粉煤灰對于二灰基層有著一定的影響，會導致混合料發(fā)生開裂的情況。 </p><p>　　4.2 混合料強度實驗 </p><p>　　為了分析混合料的強度情況，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，實驗結(jié)果詳見表1。 </p><p><b>　　■ </b></p><p>　

15、　根據(jù)上表可以得出，隨著時間的增加，來自不同電廠的試件強度會呈現(xiàn)出不同的發(fā)展規(guī)律，A電廠7-28d強度逐年的增加，28d以后強度不斷降低，來自B電廠的強度則穩(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，高含硫會在一定程度上影

16、響粉煤化學特性，導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，粉煤灰的含硫量會給路面的施工帶來極大的影響，因此，在施工之前，必須要對材料的含硫量進行檢驗，進行體積膨脹度、強度等試驗，根據(jù)其性能決定是否采用。 </p><p><b>　　參考文獻： &

17、lt;/b></p><p>　　[1]高艷龍，黃莘，劉峰.高含硫粉煤灰對二灰基層膨脹開裂的影響與分析[J].重慶交通學院學報，2005（10）. </p><p>　　[2]賀福洋，張東長，柴賀軍.高硫高燒失量粉煤灰修筑二灰基層的試驗研究[J].公路工程，2007（10）. </p><p>　　[3]GUO QI XIN Sinopec Qilu Petr

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