薛會科
【摘 要】近年來,我國的鐵路建設取得了前所未有的發展成就,其對路基填料也提出了更高的要求。傳統的人工壓實素黃土已經不適應鐵路路基建設的需求,因此,對改良黃土填料的研究與應用顯得尤為重要。本文將著重對粉煤灰與石灰、水泥改良黃土填料進行研究分析,并探究其填料效果,為鐵路路基填料提供一個參考。
【關鍵詞】粉煤灰;石灰;水泥;黃土填料;鐵路路基
作為燃煤電廠一種極為常見的廢棄物,粉煤灰的排放對自然環境造成了嚴重的污染,且占用了大量耕地,因此,對其進行有效利用迫在眉睫。粉煤灰具有良好的滲透性與水穩性,且強度高,能夠與水泥、石灰實現改良黃土填料進行反應,在高質量鐵路路基填筑中有著良好的應用。對粉煤灰與石灰、水泥改良黃土填料的研究有著一定的實踐意義與應用價值。
1 試驗材料與方法
1.1 試驗材料
本次研究中所用到的黃土為蘭新鐵路蘭武復線DK96+100~DK97+000黃土坑,其液限為25.0%wp/%,塑限為11.8wp/%,最大干密度能夠達到1.9pdmax/g·cm-3,其最佳含水量為12.7wapt/%,該黃土從顆粒級配上可分為四個級別,其中>0.05mm占23.56%,0.05~0.01mm之間占71.35%,0.01~0.005mm之間占2.76%,<0.005mm占2.33%,該黃土為粉質黃土。研究所用的粉煤灰為蘭州市某熱電廠的副產品,粉煤灰中SiO2含量最多,約占48.02%,其次為AlO3,占24.53%,除此之外還包括FeO3、MgO、CaO、MnO等化學成分。研究所用的CaO以及MgO含量約為65.3%,在試驗前,首先對其進行消解,研究中所用水泥為某水泥廠提供的普通硅酸鹽水泥,為了確保試驗的準確性以及水泥黃土性能,試驗前均對水泥進行強度、性能檢測,保證水泥質量。
1.2 試驗方法
首先,采用三軸壓縮試法以及無側線抗壓強度試驗法對素黃土、粉煤灰進行試驗研究,而水泥粉煤灰、二灰黃土則選擇后者進行試驗。需要注意的是,素黃土制備試樣的含水量需保持在15%左右,其壓實系數為0.92,需準備兩組試樣,一組置于飽和器中試驗,粉煤灰黃土中粉煤灰的摻和比按照重量進行計算,分別為10%、20%、30%,并于三種比例下給予17%含水量制備試樣,且分為兩組,每組的壓實系數保持為0.92,并給予為其28d的養護,當達到養護時期后,對其中的一組進行飽和,保持二灰黃土中石灰摻和比在5%左右,粉煤灰的摻和比不變,對每一種摻和比制備4組試樣,壓實系數仍為0.92,并給予有效養護,對3組試樣進行飽和,然后進行試驗。
2 試驗結果
2.1 素黃土與粉煤灰黃土
本次研究中采用三軸壓縮試驗方法以及無側限抗壓強度法對素黃土、粉煤灰黃土進行試驗,可以發現在壓實系數為0.92的條件下,處于最佳含水量附近的試樣并未表現出較高的強度指標,而當無側線抗壓強度為176.3kpa時,其強度指標更弱,不能夠適應高標準鐵路路基填料的要求,因此,可采用粉煤灰對其進行改良。通過本次研究可以發現,當摻和比為10%、含水量在17%的條件下,與素黃土相比,粉煤灰黃土強度相對更高,且摻和比越大,粉煤灰黃土強度也越大,這能夠在一定程度上體現出粉煤灰對黃土水穩定性的改善作用。而當粉煤灰摻和比達到30%、無側線抗壓強度在615.2kpa,飽和狀態下能夠達到245.3kpa,反映出含水量具有較強的敏感性。若水穩定達不到一定的要求,則很難滿足高標準鐵路路基的填充要求。因此,為了提升粉煤灰黃土強度,可在其中加入適量的石灰、水泥。
2.2 二灰黃土
通過試驗研究可以發現,當摻和5 %石灰的條件下,粉煤灰黃土的強度能夠得到大幅度提升,在摻和比為10%的條件下,粉煤灰黃土無側限抗壓強度能夠達到247.3kpa,而二灰黃土則能夠達到1089.6kpa,幾乎達到了粉煤灰黃土的5倍左右。通過試驗可以發現,粉煤灰含量對二灰黃土強度有著極為重要的影響,粉煤灰含量越多,二灰黃土強度就越大,且二灰黃土的水穩定性也會隨著粉煤灰摻和比的增大而增強。
2.3 水泥粉煤灰黃土
當粉煤灰摻和比保持一致時,盡管在水泥摻量極少的條件下,也會在一定程度上增強水泥粉煤灰黃土的強度。本次研究中,當粉煤灰摻和比為10%時,其無側線抗壓強度能夠達到245.3kpa,而水泥粉煤灰則能夠達到1086.2kpa,明顯高于粉煤灰黃土。當水泥摻和比保持不變時,粉煤灰摻量越多,水泥粉煤灰黃土的抗壓強度就越大,這很大程度上是由于粉煤灰的活性作用,其能夠與水泥產生CaO反應,產生相對穩定的水化鋁酸鈣,進而增強材料的強度。除此之外,粉煤灰還能夠對水泥土的和易性起到一定的改善作用,使水泥土材料的強度得到增強。
3 結論
通過本次試驗研究,可以發現素黃土與粉煤灰黃土飽水后,其抗壓強度不能夠適應高質量鐵路路基填料的需求;當粉煤灰摻和比一致時,與粉煤灰黃土相比,二灰黃土強度更高,且粉煤灰含量越大,二灰黃土強度就越大。另外,二灰黃土也會受到含水量的影響,含水量越多,其抗側壓強度越低。水泥粉煤灰黃土與粉煤灰黃土相比有著更好的水穩定性。通常,在高標準的鐵路路基填料施工中,可將2%水泥與10%~30%粉煤灰進行摻和,以便達到鐵路路基基床填料需求。
4 結束語
當前,鐵路交通運輸事業的發展對鐵路路基基層填料提出了新的要求,而水泥粉煤灰以其較高的水穩性與強度特征在路基填料中的應用,能夠在一定程度上降低工程造價,且對環境保護有著重要的意義,值得參考借鑒。
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[責任編輯:王偉平]