学文网摘要：石灰、粉煤灰类基层材料具有显著的施工可延迟性。本文就该特性分别从室内外进行研究，并从机理上进行分析，认为由于粉煤灰自身结构上的高聚合状态，及其与石灰之间的反应滞后性特点，使二灰稳定材料推迟碾压成型3d左右的时间并不会影响基层结构强度的形成。
关键词：粉煤灰;二灰材料；延迟施工；道路基层
Abstract: the basic materials of lime, fly ash has significant construction can be delayed. This paper respectively from inside and outside the characteristics, and from mechanism on analysis, thought the fly ash in the structure of their high aggregate condition, and the reaction between with lime hysteresis characteristics, make two ash stable material delay rolling forming around 3 d time will not affect the structure strength formation.
Keywords: fly ash; Two ash materials; Delay construction; Road base course
中***分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
石灰、粉煤灰材料（简称二灰）在公路建设领域中的应用已有几十年的历史。以粉煤灰为主要材料的道路基层具有板体性强、强度高、以及良好的水稳性和耐久性等特点，使得石灰粉煤灰细粒底基层和石灰粉煤灰集料基层已完成为我国目前现有路面结构的主要形式。
目前公路工程中应用二灰材料的研究国内外已做大量的工作，如材料的力学性能特点及发展规律、二灰集料类材料的收缩特征、以及劣质粉煤灰的改性等方面，都取得了不同程度的研究成果，为粉煤灰在公路工程中的广泛应用打下了良好的基础。然而作为具有良好性能的粉煤灰材料，其路用特性仍有众多需探寻和研究的地方。如实际施工中因天气原因，已摊铺的二灰基层材料无法及时碾压成型，若干天之后，在在远远超过规范限制性的压实时间后在碾压成型，但最终并不影响其结构和强度的形成。这种施工的可延迟性对二灰材料的应用及其工程实践都具有十分积极的意义。诸如此类的二灰材料施工特性并未见有详细报到，本文就这一问题进行初步探讨，为今后粉煤灰材料施工特性的详细研究奠定基础。
1 室内试验
1.1材料及配合比、公路工程中常用的二灰基层材料大多采用二灰土或二灰粒料的形式。由于二回路面基层结构和强度的形成主要依靠石灰、粉煤灰之间的一系列作用而获得，如果仅从形成强度的角度上讨论，土和粒料之起辅助作用。因此根据现行规范推荐的二灰比例及常用配比范围，只采用石灰和粉煤灰进行室内试验，以简化试验的方法和工作量。
材料选自西安安灞桥火电厂排放的粉煤灰，石灰为市售生石灰块，室内消解后装袋密封待用。二材料的主要指标检测结果见表1和表2.由检测结果可以看出石灰已达到II级灰的标准，而粉煤灰系III级灰。
二灰比例为石灰：粉煤灰=20:80和10:90两种形式，以标准方法击得到的击实结果见表3.
1.2 室内试验结果
根据《公路工程无机结合料稳定基层试验规程》规定的试验方法，将不同配比的二灰材料在最佳含水量条件下拌合，分别经不同的放置时间，即拌合后延迟不同龄期，采用静压法成型为Φ50×50mm的圆试件，在标准条件下养生，分别测定延迟不同时间后二灰材料7d无侧限饱水抗压强度。
表4中的试验结果清楚地表明二灰材料具有显著的成型可延迟性，其规律表现为：
1.2.1 无论以何种材料配比，石灰和粉煤灰混合材料都具有一定的延迟性。二灰材料7d龄期的抗压强度达到最大值的并非是拌合当天成型的试件，而是延迟成型一到三天的结果，且超过三天其强度随延迟时间的进一步延长并未有太大的降低，仍能达到较高值。
1.2.2 采用较高石灰用量配合比其可延迟性更为显著。如二灰比例为20:80组，当延期成型达7d时，抗压强度下降不到10％，二灰比例为10:90组延迟3d时间，强度下降接近或超过10％。
1.2.3 压实度对二灰稳定材料的可延迟程度有一定的影响，压实度越大，可延迟性越明显，且可延迟性的时间越长。
进一步实验证实，二灰材料的成型可延迟性经28d养生的抗压强度仍保持了这一规律，***1清楚地显示了这一实验结果。
***中的结果显示，延迟3天后在成型，其养生28d龄期抗压强度与当天成型的结果相同，与延迟不同时间养生7d龄期的试验结果保持一致，从而在室内较全面地证实了二灰稳定材料的施工可延迟性。
2 延迟机理分析
已知粉煤灰的主要化学成分是硅、铝、铁的氧化物，通常该氧化物含量达70％~80％以上，其主要结构成分是由这些氧化物形成的玻璃体，因此粉煤灰具有潜在的活性。即这种材料在水的参与下能与石灰等碱土金属氧化物发生一系列发应，生成具有水硬性的胶凝物质，之一过程的形成和发展就是路用二灰材料产生强度和整体结构的原因所在。根据研究所知，在基层加固稳定过程中，粉煤灰与石灰之间存在多种反应，有石灰自身的重结晶、石灰的碳酸化过程，粉煤灰与石灰之间的离子交换和以及二灰之间的火山灰反应等，其中火山灰反应是二灰材料强度形成的最主要原因。所谓的火山灰反应是石灰与粉煤灰中的活性氧化硅和氧化铝作用，生成具有水硬性的水化硅酸钙（C-S-H）和水化铝酸钙（C-A-H）凝胶物。因此石灰、粉煤灰之间火山灰作用的经历，即反应的快慢和反应的程度将最终决定二灰材料强度的形成和强度的发展。
尽管粉煤灰具有可发生火山灰反应的潜在能力，但由于粉煤灰在形成过程受众多原因的共同影响，使得粉煤灰颗粒的玻璃体结构相对较为致密，可溶解并能直接发生反应的活性Si02,、A1203成分很少。粉煤灰除表面有少量断键之外，具有潜在活性的成分大多是以聚合度较高的高聚态形式存在。而石灰与粉煤灰之间的火山灰反应要经历两个过程，一是高聚态玻璃体在碱性条件下解聚成低聚体（如单聚体Si044-，二聚体Si2O76-等），二是形成的低聚体与石灰Ca（OH）2发生所谓火山灰反应，生成水化硅酸钙（C-S-H）和水化铝酸钙（C-A-H）凝胶物。由于粉煤灰在高聚态时的Si-O键和Ai-O键的键能较大，普通条件下解聚能力有限，而且解聚速度也较慢。因此初期粉煤灰与石灰之间的作用大多集中于二灰反应的第一步上，即粉煤灰玻璃体的解聚过程上。因此二灰之间早期的反应程度必定很低，仅以物理过程为主，如石灰的重结晶或石灰与粉煤灰之间的离子交换等，而这些变化对强队形成的贡献是非常有限的。认为二灰材料早期强度较低的普遍共识即于此有关。只有经历一定的时间，逐步解聚的粉煤灰火山灰活性才能渐渐变现出来，使二灰材料的强度得以形成和不断的发展。
3 实验段验证
针对二灰材料的施工可延迟性特点，结合天津东疆保税港区一期物流加工区工程（二批）三标段进行了验证。此工程有25万平方米的堆场，堆场结构层为：山皮土（25cm）+二灰碎石（25cm）+水泥稳定碎石（35cm）+10cm厚Cc50联锁块。考虑到捡来钻芯取样的方便，针对基层二灰碎石进行延迟性试验。方法是按照生产配合比，将二灰碎石材料机械拌合后堆放在一起。为防止水分蒸发，用塑料彩条布加以覆盖。经过不同的对方时间后，按照生产路完全相同的施工过程进行摊铺、碾压。经过一段时间后，通过钻芯的方式取样，并进行饱水抗压强度试验。
表5实验段延迟性实验结果
因工地现场试验条件的限制，很难对不同延迟试验路段的试验过程完全控制一致，为使结果具有可比性，需要将钻芯取样所得的强度结果进行数学处理，即将不同试验段所得的饱水抗压强度换算成每天单位时间的结果，并乘以100所得到所谓的实验路表现强度。
由表5中的结果可看出，经过不同时间的延迟之后，其强度结果发展与正常施工路段基本保持一致，并未显示出二灰材料经过延迟其强度的形成和发展会受到影响的现象，说明二灰材料的却具有所谓的施工可延迟性。而延迟性时间最短的三天结果相对较低，则可能是因拌合用水量明显偏少所致，因此实现二灰材料的施工的可延迟性，要注意延迟期间含水量的蒸发损失，碾压是通过现场实测材料的含水量的大小，在需要时补充水分，确保施工时材料的水分处于一个合理的范围。
由于不同延迟试验路段在试验过程中所经受的变化因素在自然条件下无法加以人为控制（如材料摊铺后环境温度的高低和变化的幅度）以及试验过程的一致性程度等原因的影响（如基层与面层摊铺的间隔时间、成型后到钻芯取样所经历时间的长短），使得试验结果的规律性还有待进一步验证。
4 结语
通过初步的室内外试验的研究，证实石灰、粉煤灰材料具有较显著的施工可延迟性，从而为二灰材料合理的延迟施工以及施工周期的合理安排提供了科学依据，使这类目前最常见的录用材料在使用过程中具有了更为宽松的条件。二灰材料施工可延迟性有以下特点：
施工的可延迟性是石灰、粉煤灰类材料的普遍特性，通常拌合后有一到三天最佳可延迟时间，且高比例的石灰用量比低比例的二灰材料有更显著的延迟特征。
二灰材料施工可延迟性原因在于粉煤灰材料的化学成分、组成结构以及石灰之间的反应特点等。正是由于粉煤灰有效成分含量高、玻璃体结构较为稳定和石灰粉煤灰之间的火山灰反应相对滞后且持久的特性，使得推迟二灰材料的碾压成型并不会影响最终强度的形成。
影响二灰材料可延迟性的不利因素一是压实度，二是延迟过程中的水分损失。
注：文章内所有公式及***表请以PDF形式查看。
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