海排灰在道路基层及底基层中的应用研究

论文摘要

近几年来修筑道路和制作水泥大量使用了粉煤灰，使得这种工业废渣日趋紧缺，价格一路攀升。辽宁省委、省政府实施的“五点一线”沿海经济带的道路建设需要大量的粉煤灰，仅辽宁（营口）沿海产业基地的道路建设就需要600万吨粉煤灰。当地满足规范的普通粉煤灰非常短缺，而附近的营口鲅鱼圈电厂用海水冲排的粉煤灰（亦称海排灰）就有1000万吨，至今无人使用，正污染着周围的环境。如果能把这种海排灰成功地应用于产业基地道路建设中，将变废为宝，既能节约资源，又能保护环境，真正做到可持续发展。由于至今国内外没有关于把海排灰材料应用于道路建设的任何报道，更没有相关技术规范可以参照，为了系统研究海排灰应用于道路路面基层的可行性，本研究以辽宁（营口）沿海产业基地的道路建设为依托，主要从室内试验、理论分析、试验路段验证等三个方面来进行研究。主要研究内容与成果如下：1．对海排灰的物理力学性质进行了研究。鲅鱼圈海排灰各样本中有效成分SiO2加Al2O3的含量均大于76％，烧失量最大为3．16％，满足《粉煤灰石灰类道路基层施工及验收规程》CJJ4-97规定。经过筛分试验发现海排灰粒度偏粗，不满足上述规范的规定，属于低活性粉煤灰。经化学分析，海排灰的氯盐含量一般为0．80％左右。2．对基于海排灰的水泥海排灰碎石基层及三灰碎石底基层材料配合比进行了研究。包括：确定了水泥海排灰稳定碎石基层材料的集料级配范围；从海排灰、水泥、石灰的品质入手，对水泥、石灰与海排灰最优比例的影响因素进行分析，并通过试验确定了水泥海排灰中水泥、海排灰的最佳比例和三灰中水泥、石灰、海排灰的最佳比例。根据配合比试验，采用鲅鱼圈海排灰做水泥海排灰基层，最佳配合比为水泥：海排灰：碎石=5：10：85；三灰底基层的最佳配合比为水泥：石灰：海排灰：碎石为2：10：43：45。最后通过水泥海排灰碎石和水泥石灰海排灰碎石混合料的路用性能试验，得到抗压强度、劈裂强度和回弹模量等路用性能随养生时间的变化规律。3．通过X-射线衍射分析和扫描镜法（SEM）微观分析法，研究了海排灰和普通粉煤灰按同样配比制成水泥海排灰、三灰结合料，在不同的龄期，材料的微观变化，包括孔隙变化，生成物的变化，从而在微观方面为海排灰应用于道路基层提供理论依据。本文还研究不同氯盐含量的海排灰组成的水泥海排灰、三灰结合料，在不同龄期的微观变化，得到了氯盐含量对水泥海排灰、三灰结合料微观影响规律。本文对海排灰中粉煤灰与水泥、石灰基结合料的化学反应进行分析；对粉煤灰-水泥体系对海排灰中氯离子的固化机理进行探讨。4．经研究分析，影响海排灰特性的主要因素是其中含有氯离子，其它成分对海排灰特性影响非常小。为了研究海排灰中含盐量对水泥海排灰碎石、三灰碎石路用性能的影响，本文从基层和底基层混合料的抗压强度、抗冻性能、干缩、温缩性能及冲刷性能等方面进行系统研究，得到如下重要结论：（1）氯离子对水泥海排灰混合料、三灰混合料有早强剂的作用。水泥海排灰碎石中海排灰的最佳氯离子含量在1．3％左右时，早期强度最高。三灰碎石中海排灰的最佳氯离子含量在1．8％左右时，早期强度最高。三灰碎石中水泥加石灰的含量比水泥海排灰碎石中水泥含量大，固化能力比较强。（2）根据冻融性能试验，氯盐含量变化对水泥海排灰基层材料抗冻性能影响不大；但对底基层材料的抗冻性能影响较大。通过抗冻性试验，当氯盐含量超过1．5％时，三灰碎石抗冻性能达不到规范要求。因此，要求用做底基层的海排灰氯盐含量不要大于1．5％。（3）随着粉煤灰中氯离子的增加，基层、底基层混合料试件干缩应变增长较快，干缩系数增加，因此海排灰基层。底基层施工时更要注意洒水养生。海排灰中氯盐含量对基层、底基层混合料温缩影响不大。（4）不同氯盐含量的基层和底基层材料在受到冲刷时，冲刷量不一样，氯盐含量越大，冲刷量越大。通过试验海排灰的水泥海排灰碎石抗冲刷性能比三灰碎石料差，因为水泥海排灰中结合料比较少，氯盐溶解后，水泥海排灰集料更容易被冲刷。5．通过海排灰碎石基层、底基层的多层弹性层状体系力学分析，验证基于海排灰基层、底基层的路面结构在标准荷载作用下，满足设计要求。6．通过试验路段施工和检测，对辽宁（营口）沿海产业基地海排灰基层、底基层施工的关键技术和技术指标进行研究。通过试验路段压实度、弯沉、无侧限抗压强度检测，以及对试验路段的长期使用情况（包括路面状况和弯沉）观测，路面的各项性能都满足规范要求，说明海排灰用于道路基层及底基层建设非常成功。在此基础上提出基于海排灰基层及底基层的典型路面结构。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 粉煤灰应用于道路基层的研究现状
• 1.2.2 低活性粉煤灰应用于道路基层的研究现状
• 1.2.3 氯盐对水泥、石灰基层材料的影响研究现状
• 1.3 本文研究内容及技术路线
• 1.3.1 主要内容
• 1.3.2 技术路线
• 第二章 海排灰稳定碎石基层及底基层材料配合比研究
• 2.1 原材料的物理力学性质试验
• 2.1.1 海排灰试验
• 2.1.2 石灰试验
• 2.1.3 水泥试验
• 2.1.4 碎石试验
• 2.2 水泥海排灰稳定碎石的集料级配范围
• 2.2.1 级配理论
• 2.2.2 水泥海排灰稳定碎石集料级配方案研究
• 2.3 基于海排灰的水泥海排灰碎石基层及三灰碎石底基层混合料配合比研究
• 2.3.1 结合料之间最优比例的研究
• 2.3.2 基层材料的结合料与集料的之间最优比例研究
• 2.3.3 基层及底基层混合料配合比试验
• 2.4 基于海排灰的水泥海排灰碎石及三灰碎石混合料路用性能研究
• 2.4.1 无侧限抗压强度试验
• 2.4.2 劈裂强度试验
• 2.4.3 回弹模量试验
• 2.5 本章小结
• 第三章 海排灰与结合料化学反应机理研究
• 3.1 海排灰碎石混合料强度形成机理分析
• 3.2 海排灰中粉煤灰与水泥、石灰基结合料的化学反应分析
• 3.2.1 水泥海排灰碎石基层中水泥粉煤灰化学反应
• 3.2.2 三灰碎石底基层中水泥石灰粉煤灰化学反应
• 3.3 粉煤灰—水泥体系对海排灰中氯离子的固化机理研究
• 3.3.1 水泥水化产物对氯离子的固化
• -离子固化研究'>3.3.2 粉煤灰—水泥体系对Cl^-离子固化研究
• 3.4 海排灰中含盐量对结合料影响的微观试验研究
• 3.4.1 微观分析试验内容
• 3.4.2 试验结果与分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 海排灰氯盐含量对基层及底基层材料路用性能影响研究
• 4.1 试验方案与方法
• 4.1.1 试验方案
• 4.1.2 试验方法
• 4.2 氯盐含量对水泥海排灰碎石基层材料路用性能的影响
• 4.2.1 海排灰氯盐含量对基层强度的影响
• 4.2.2 海排灰氯盐含量对基层抗冻性能的影响
• 4.2.3 海排灰氯盐含量对基层干缩性能的影响
• 4.2.4 海排灰氯盐含量对基层温缩性能的影响
• 4.2.5 海排灰氯盐含量对基层冲刷性能的影响
• 4.3 氯盐含量对水泥石灰海排灰碎石底基层材料路用性能的影响
• 4.3.1 海排灰氯盐含量对底基层强度的影响
• 4.3.2 海排灰氯盐含量对底基层抗冻性能的影响
• 4.3.3 海排灰氯盐含量对底基层干缩性能的影响
• 4.3.4 海排灰氯盐含量对底基层温缩性能的影响
• 4.3.5 海排灰氯盐含量对底基层冲刷性能的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 海排灰碎石基层路面力学分析
• 5.1 标准荷载作用下路面结构力学分析
• 5.1.1 弹性理论空间问题的基本方程
• 5.1.2 层状弹性体系力学
• 5.1.3 路面设计参数的确定
• 5.1.4 路面体结构模型
• 5.1.5 标准荷载作用下路面结构力学响应分析
• 5.2 重载交通下海排灰碎石基层路面结构的力学响应分析
• 5.2.1 重载交通下路面结构模型和计算参数
• 5.2.2 重载交通下路面受力特性分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 实体工程试验与关键技术指标研究
• 6.1 实体工程简介
• 6.2 海排灰碎石基层及底基层技术指标及施工关键技术的研究
• 6.2.1 海排灰碎石基层、底基层技术指标的确定
• 6.2.2 海排灰碎石基层、底基层施工关键技术
• 6.3 海排灰碎石基层、底基层现场检测
• 6.3.1 路面基层、底基层检测内容及现场质量检验标准
• 6.3.2 检测结果和分析
• 6.4 海排灰碎石基层、底基路面长期性能观测
• 6.5 经济和社会效益分析
• 6.6 本章小结
• 主要结论与进一步研究设想
• 1. 主要结论
• 2. 主要创新点
• 3. 进一步研究设想
• 参考文献
• 攻读博士研究生期间发表论文和科研成果
• 致谢