摘要
我国粉煤灰产出基数体量较大，且地域发展情况不平衡，在西北地区，粉煤灰占领大量耕地资源，给生态环境带来巨大压力，发电企业需自行承担运输贮存等处置费用。粉煤灰在路基材料中的应用主要以水泥-粉煤灰稳定材料或石灰-粉煤灰稳定材料作为半刚性基层稳定材料。由于石灰-粉煤灰稳定材料早期强度低，水稳定性差等原因，很少用在高等级公路当中。而水泥-粉煤灰稳定材料中，水泥的生产会产生大量二氧化碳，导致温室效应。为了减少水泥用量，并且提高粉煤灰利用率，利用碱激发粉煤灰代替水泥作为路基稳定材料对节能减排目标起到重要作用。 因此本文系统研究了碱激发粉煤灰稳定碎石基层混合料的制备技术，探究了碱激发剂种类、配比、养护条件等因素对碱激发粉煤灰胶凝性能的影响，并结合微观测试对胶凝材料反应产物以及微观形貌进行分析，以此确定了碱激发剂配比并将其应用于稳定碎石结合料中，着重研究了粉煤灰掺量、含水量等因素对结合料的力学性能、稳定性能以及收缩性能的影响。针对碱激发材料干燥收缩变形大可能引起的路基开裂风险，利用ANSYS对碱激发粉煤灰稳定粒料干缩性能进行数值模拟，提出预防稳定层干缩开裂措施。根据以上研究，主要得出以下结果： ①制备出7天抗压强度大于5MPa的碱激发粉煤灰材料，其最优配比为液固比为0.3，碱含量为6%，水玻璃模数为1.75，此时其强度最高为8.71MPa。当配比为碱含量为10%，水玻璃模数为1.25时，28d抗压强度达到最高值，可达59.1MPa。 ②碱激发粉煤灰稳定碎石结合料中粉煤灰掺量应介于10%~14%之间，其7d无侧限抗压强度均超过5MPa，符合半刚性路基材料性能要求。结合料水稳定性优良，各龄期抗冻系数均大于0.9，抗冻性能较为优异；测试了在-20℃到70℃的总温缩系数，当粉煤灰掺量分别为10%、12%、14%时温缩系数分别为4.97×10-6℃-1、5.34×10-6℃-1和5.88×10-6℃-1，结合抗拉强度可知抗温缩性能优劣为粉煤灰掺量14%＞12%＞10%。各掺量粉煤灰累计干缩应变值随着龄期的增长而升高，前7d干缩应变占28d应变的70%。 ③通过数值模拟方法对其干缩开裂进行计算，利用ANSYS温度场模块对其湿度场进行求解，并进行湿-结构耦合分析，模拟结合料干燥收缩，根据实际收缩值进行反向分析，获得湿扩散系数、表面因子以及干缩系数值后，代入路基模型中，对干缩开裂间距进行计算。提出通过切割收缩缝控制其干燥收缩开裂的方法，当粉煤灰掺量分别为10%、12%、14%时，基层预据缝间距分别为22m，46m和100m。 根据研究结果，认为碱激发粉煤灰可以用作基层稳定材料，需要根据粉煤灰掺量切割收缩缝对其干缩裂缝进行控制。
NETL