摘要：粉煤灰是道路施工中使用范围广泛的材料，粉煤灰的成分包括CaO、Al2O3、SO3、Fe2O3、SiO2等等，其中还包括大量的微量化合物。粉煤灰在应用道路路基的施工中时，会与路基中的其他碱性材料发生化学反应，继而形成硬度很好的结构体，这样即可有效提升道路的硬度和质量。然而，粉煤灰中硫的含量也会对道路施工质量产生严重的影响，如果粉煤灰中硫含量过高，那么就会导致路面发生膨胀甚至开裂的情况，本文主要以我地区南部某公路为例，对高含硫粉煤灰对二灰基层膨胀开裂的影响进行分析。

　　关键词：高含硫粉煤灰 二灰基层膨胀开裂 影响 分析

　　1 概述

　　粉煤灰是火力发电厂煤粉燃烧后在烟道中回收的一种粉末，粉煤灰的成分包括CaO、Al2O3、SO3、Fe2O3、SiO2等等，其中还包括大量的微量化合物。粉煤灰在道路基层中的使用已经有多年的历史，截止到2012年年底，粉煤灰的利用率已经超过了35%，在公路方面的利用率约为25%，在农业与建筑方面的利用率约为43%。

　　粉煤灰在应用道路路基的施工中时，会与路基中的其他碱性材料发生化学反应，继而形成硬度很好的结构体，这样即可有效提升道路的硬度和质量。国内外的相关研究显示，应用石灰稳定粉煤灰的道路，其整体的强度显著的由于使用普通材料的道路，其抗冻性能与水稳性能也更加的理想，材料费用低廉，来源广泛，由于以上的优势，粉煤灰在道路施工中的应用范围也越来越广泛。

　　从公路施工的角度而言，要有效提升公路的施工质量，必须要把握好粉煤灰的质量，而粉煤灰质量要求主要表现在表面积、化学成分含量以及烧失量。我国相关的道路施工规范中对于粉煤灰的质量有着明确的要求，粉煤灰中Al2O3、Fe2O3、SiO2的含量必须要超过70%，粉煤灰烧失量也应该控制在20%以下，同时，粉煤灰比表面积应该超过2500cm2/g。

　　在国外发达国家之中，对于粉煤灰的质量有着更加严格的规定，要求粉煤灰烧失量应该控制在10%以内，但是有关的实验显示，在一般情况下，粉煤灰烧失量在20%时也可以满足施工需求，但是，在一般情况下，烧失量的增加约会导致混合料强度降低。目前，国内外对于粉煤灰原材料中硫的含量并无确切的规定，然而，粉煤灰中硫的含量也会对道路施工质量产生严重的影响，如果粉煤灰中硫含量过高，那么就会导致路面发生膨胀甚至开裂的情况，下面就针对高含硫粉煤灰对于二灰基层膨胀开裂的影响进行深入的分析。

　　2 高含硫粉煤灰对于二灰基层膨胀开裂的影响

　　以我地区南部某公路为例，该公路底基层与路面基层均是使用石灰粉煤灰稳定级的配碎石结构，粉煤灰来自于市郊区两个电厂（A电厂与B电厂），其中使用A电厂粉煤灰的路段在施工完成两个月路面发生纵向裂纹的情况，一个月后又出现表面变形、纵向开裂以及凹凸不平的现象，路面结构膨胀，对使用A电厂粉煤灰道路的底基层也出现了同样的情况，破裂位置集料无强度、疏松，呈现出散粒状态，既有块状的集料，也很容易破碎。而使用B电厂施工的路段底基层与基层性能一直保持良好状态。

　　3 高含硫粉煤灰导致二灰基层膨胀开裂的原因分析

　　在排除各种因素之后，证明导致二灰基层膨胀开裂的主要因素在于混合料粉煤灰的化学成分，实验显示，A电厂在粉煤灰的加工中添加了环保脱硫工艺，这就导致脱硫完成的灰渣重新进入粉煤灰之中，这就导致粉煤灰中SO3含量显著高于B电厂。

　　此外，实验结果还显示，A电厂环保粉煤灰硫含量比B电高18倍，究其根本原因，是由于A电厂粉煤灰在经过脱硫处理之后，脱硫灰渣重新进入储灰场，虽然达到了环保要求，但是却导致粉煤灰中SO3含量显著增加。而粉煤灰中SO3是存在于CaSO4中的，将该种材料应用在道路中，在水的作用下会发生化学反应，出现水化产物，在施工完成后，经过了一段时间的使用，路面就会出现体积膨胀和开裂的情况，具体的化学反应过程如下：

　　CaO+H■O？圯CaOH■

　　CaSO■+H■O？圯CaSO■？2H■O

　　H■O+3CaO?Al■O■？6H■O+3CaSO■？2H■O？圯3CaO?Al■O■？3CaSO■？32H■O

　　发生这些化学反应后，混合料的体积便会膨胀，其中H2O与CaO会生成Ca（OH）2，固体体积会增加，在CaSO4溶解之后，也会与水发生反应，生成化合物。此时，混合物的固体体积就会增加至正常体积的2.22倍。从以上的反应过程可以看出，SO3（CaSO4）对于混合料的体积会产生极大的影响，这也是导致路面发生膨胀与开裂的重要因素。

　　如果粉煤灰中SO3的含量较高，也会有CaSO4，CaSO4水化速度较慢，在CaSO4溶解度逐渐饱和之后，会逐渐的结晶并析出二水石膏，在这时，路面强度已经基本固定，但是，析出的二水石膏会导致混合料体积进一步增加，情况严重时就会致使二灰混合料稳定层出现开裂的情况，此外，CaSO4也会发生反应，生成酸性金属氧化物。而SO3会存在于CaSO4之中，水解速度较慢，经过了一段时间后，会生成钙矾石，而这时路面初期强度已经成型，因此，钙矾石也会导致二灰基层发生膨胀与开裂，这两个因素是导致路面强度丧失的主要因素。

　　4 实验验证

　　4.1 混合料体积稳定性以及表观特性实验分析

　　为了对混合料体积的稳定性进行深入的分析，先将混合料放置于40℃的烘箱中进行干燥，干燥时间为1h，使用高压锅蒸1.5h，该种实验方法也是现阶段下工程实践中应用较多的方法，在实验时选择不同的地点进行对比。本次实验结果显示，A电厂粉煤灰体积膨胀比例为3%-14%，根据实验情况来看，开裂情况也较为严重，而使用A电厂粉煤拌制的混合料体积在实验后虽然表面性能良好，但是有轻微的裂纹。使用B电厂拌制的混合料体积稳定性能良好，与施工现场吻合，使用性能良好。因此，从实验结果来分析，高含硫粉煤灰对于二灰基层有着一定的影响，会导致混合料发生开裂的情况。

　　4.2 混合料强度实验

　　为了分析混合料的强度情况，根据施工配合比使用不同含量的粉煤灰将其制作成为试件，实验结果详见表1。

　　■

　　根据上表可以得出，随着时间的增加，来自不同电厂的试件强度会呈现出不同的发展规律，A电厂7-28d强度逐年的增加，28d以后强度不断降低，来自B电厂的强度则稳定的增加。在试件养生45d前后，两种试件之间外观差别并无显著差别，但是在45d之后，其外观之间的不同也逐渐的表现出来，A电厂粉煤灰发生掉块与膨胀的情况，且出现裂纹，在时间的增加之间，裂纹也发展成为裂缝。

　　可以看出，高含硫会在一定程度上影响粉煤化学特性，导致二灰基层体积膨胀，继而发生开裂与破坏的情况。

　　5 结语

　　总而言之，粉煤灰的含硫量会给路面的施工带来极大的影响，因此，在施工之前，必须要对材料的含硫量进行检验，进行体积膨胀度、强度等试验，根据其性能决定是否采用。

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