石灰-粉煤灰协同改良路基土的力学性能与工业废渣利用

日期:2026-10-14 06:59 来源:润丰矿业 作者:赵明 浏览量:14

日期:2026-10-14 06:59 作者:赵明 浏览量:14

一、引言
粉煤灰是燃煤电厂排放的细颗粒工业副产品,含有大量活性二氧化硅和三氧化二铝,具有潜在的火山灰活性。然而,粉煤灰的活性在常温下反应缓慢,需要碱性环境的激发才能有效发挥。石灰作为碱性激发剂,为粉煤灰活性的释放提供了适宜条件。石灰与粉煤灰的复合使用,不仅显著提升了路基土的工程性能,还为工业废渣找到了资源化利用途径,契合绿色公路建设理念。

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二、石灰-粉煤灰协同反应机理
石灰-粉煤灰协同改良路基土的化学机理可归纳为三个层面。

碱性激发效应是协同作用的核心。石灰消解生成的Ca(OH)₂提供碱性环境,破坏粉煤灰玻璃体表面的Si-O和Al-O键,使活性硅铝组分溶出,与Ca²⁺反应生成水化硅酸钙和水化铝酸钙等胶凝产物。这些胶凝产物将土颗粒联结成整体,赋予改良土强度和水稳性。

离子交换与絮凝效应改善土的物理状态。石灰释放的Ca²⁺置换黏土颗粒表面的交换性阳离子,减薄双电层,促使颗粒凝聚。粉煤灰颗粒细小、形态圆润,可填充石灰土中的微孔隙,改善级配和密实度。

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填充与胶结协同效应增强长期性能。粉煤灰的“滚珠效应”改善混合料和易性,降低拌合用水量,减少干缩裂缝。火山灰反应生成的胶凝产物填充孔隙、联结颗粒,在中长期持续贡献强度增长。

三、力学性能与耐久性
强度增长规律方面,石灰粉煤灰改良土的强度随龄期持续增长。石灰、粉煤灰黄土180天强度可达3.5至7.5 MPa,展现出显著的长龄期强度增长潜力。掺加一定量石灰粉煤灰可以提高盐渍土填料的粘聚力和内摩擦角,填料后期无侧限抗压强度和抗压回弹模量也随石灰粉煤灰掺量的增加而增加。石灰+粉煤灰试验组在7天标准养护条件下的无侧限抗压强度为1.2至1.3 MPa,在6天标准养护加1天泡水养护条件下的强度仍保持较高水平。

冻融耐久性方面,28天龄期石灰粉煤灰黄土经过10次冻融循环后强度降低率在32%至47%之间,经过10次干湿循环后强度降低率在17%至35%之间,4至6次冻融循环或干湿循环后强度基本趋于稳定。干湿循环的强度衰减幅度小于冻融循环,表明石灰粉煤灰改良土在干湿交替环境中的适应性更强。

浸水稳定性方面,28天龄期石灰粉煤灰黄土经过4天饱水后强度降低率在15%至24%之间,水稳性良好。

四、最佳配比与工程应用
石灰与粉煤灰的最佳配比因土质条件而异。张北至尚义高速公路盐渍土路基改良中,通过对比分析确定了采用二灰改良路基的方案,并通过平行试验确定石灰和粉煤灰掺量比,当石灰含量为6%、粉煤灰含量为6%时,为盐渍土路基改良最佳掺量比。

在盐渍土路基改良效果检验中,通过压实度、CBR值及无侧限抗压强度进行了系统评价,结果发现改良效果均满足规范要求。冻融循环作用下固化硫酸盐渍土的改良效果研究也表明,通过进行不同石灰-粉煤灰配合比改良盐渍土的无侧限抗压实验,得到改良盐渍土的最优配合比为石灰掺量6%、粉煤灰掺量9%。

石灰-粉煤灰改良技术不仅适用于盐渍土,在黄土、软黏土等多种土质中也有应用。石灰+粉煤灰试验组在7天标准养护条件下的无侧限抗压强度为1.2至1.3 MPa,证明该复合改良体系在淤泥质土路基中同样具有良好的适用性。

五、结语
石灰-粉煤灰协同改良路基土技术通过碱性激发粉煤灰的火山灰活性,实现了“以废治废”的资源化利用。石灰粉煤灰黄土180天强度可达3.5至7.5 MPa,盐渍土路基改良的最佳石灰和粉煤灰掺量均为6%。该技术在强度、水稳性和冻融耐久性方面均表现优良,已在张北至尚义高速等多条公路中成功应用。随着粉煤灰品质控制技术的提升和复合改良机理研究的深入,石灰-粉煤灰协同改良技术有望在绿色公路建设中发挥更大作用。

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