粉煤灰的壓實(shí)

第4卷第3期中國水利水電科學(xué)研究院學(xué)報Vol 4 No. 32006F9 A Joumal of China Institute of Water Resources and Hydropower Research September, 2006文章編號:1672-3031(2006)030236-04粉煤灰的壓實(shí)蔡紅,溫彥鋒,邊京紅,魏迎奇中國水利水電科學(xué)研究院巖土工程研究所,北京10004)摘要:粉煤灰的主要粒徑組成是粉土粒,其壓實(shí)設計方法需擊實(shí)法和相對密度法并用,并取其中要求高的密度作為設計填筑密度。本文通過(guò)大量的粉煤灰擊實(shí)試驗和相對密度試驗,分析了試驗方法對設計密度的影響。同時(shí),與粉煤灰現場(chǎng)碾壓試驗進(jìn)行了對比,其結果顯示,碾壓灰很難達到095倍的最大擊實(shí)干密度,或者0.65-0.75的相對密度。碾壓灰的高設計干密度給施工帶來(lái)一定的難度,從室內試驗結果看087倍最大干密度的壓實(shí)灰體同樣具有良好的力學(xué)性質(zhì),因此,認為實(shí)際應用中粉煤灰的壓實(shí)系數可以低于土壤的壓實(shí)系數。關(guān)鍵詞:粉煤灰;擊實(shí)試驗;相對密度試驗;填筑密度中圖分類(lèi)號:TV42文獻標識碼:A將土作為建筑材料,建造土壩、路堤和房屋等的地基以及碼頭的回填已有很久歷史,人們從實(shí)踐中已經(jīng)累積了許多經(jīng)驗來(lái)指導土的壓實(shí)設計和施工。當前國際上流行的壓實(shí)設計方法有兩種,一種為擊實(shí)法,是根據擊實(shí)試驗的成果確定填筑密度,它適用于黏性土;另一種為相對密度法,是根據要求的相對密度確定填筑密度,它適用于無(wú)凝聚性土。至于粒徑和性質(zhì)介于兩者之間的粉土,則要求兩種方法并用,取其中要求高的密度作為設計填筑密度。但是,由于國內外的巖土工程師利用粉土進(jìn)行填筑的經(jīng)驗還很少,因此,迄今為止人們還不確定對于粉土來(lái)說(shuō)究竟是擊實(shí)法還是相對密度法給出的設計密度高,兩者約相差多少,如果取兩種方法中的大者作為設計填筑密度,則流行的施工方法是否能壓實(shí)到所要求的密度。隨著(zhù)電力工業(yè)的迅速發(fā)展,火電廠(chǎng)排出的粉煤灰愈來(lái)愈多。如此大量的粉煤灰如果不加利用,則需花費巨額資金把它儲放起來(lái)。在過(guò)去的20多年中,中國水利水電科學(xué)研究院受50多個(gè)電廠(chǎng)的委托對粉煤灰的妥善利用和貯放進(jìn)行了研究。其中有10多個(gè)電廠(chǎng)要求在試驗室和現場(chǎng)研究粉煤灰的壓實(shí)特性,為電廠(chǎng)利用粉煤灰建造擋灰壩,或采用干儲法把粉煤灰儲放起來(lái)提供科學(xué)依據?？紤]到粉煤灰的主要粒徑組成是粉土粒,因此在研究它的壓實(shí)特性時(shí),借用了土力學(xué)的經(jīng)驗,同時(shí)采用了擊實(shí)和相對密度試驗。通過(guò)這些試驗以及相關(guān)的其它室內和現場(chǎng)碾壓試驗研究工作,累積了不少資料。本文介紹這些資料及其分析,以期提高使用粉煤灰的填筑質(zhì)量和功效。1樣品及其物理性質(zhì)11樣品灰樣21個(gè),取自分布在我國的東北、西北、華北和中南地區的13個(gè)電廠(chǎng)。大部分灰樣取自水力儲灰場(chǎng),少數取自灰倉。雖然這些灰樣運到試驗室的時(shí)間,先后相隔很久,但灰樣制備方法均相同。對于相對密度試驗,采用烘干灰;對于擊實(shí)試驗將灰樣調濕到要求含水率后,在保濕箱中存放2d,取出進(jìn)行試驗。12物理性質(zhì)從這13個(gè)電廠(chǎng)所得的21個(gè)灰樣都屬于細灰,圖1中的顆粒級配曲線(xiàn)(e)和(z)分別為這些灰樣的顆粒級配上下限。從圖1中可見(jiàn),這些灰的主要組成為粉土粒。它們的不均勻系數一般約為3~6,少數高達10,如圖1中的曲線(xiàn)(c)和(d)。它們的比重大都介于2.06~2.47之間,個(gè)別高達收稿日期:2005-1229作者簡(jiǎn)介:蔡紅(1968-),北京人,女,高級工程師,主要從事土石壩工程、貯灰場(chǎng)工程等方面的研究。E-mail:caihongiwhr.com36粉煤灰的壓實(shí)蔡紅溫彥鋒邊京紅魏迎奇圖1顆粒級配曲線(xiàn)2擊實(shí)和相對密度試驗21試驗方法擊實(shí)試驗采用標準普氏擊實(shí)儀,擊實(shí)功能為604kJ/m3,相當于現在國家標準所規定的方法。相對密度試驗的最小干密度測定采用漏斗法,最大干密度采用振擊法,是水利部土工試驗操作規程2所規定的方法。22成果試驗試驗成果列于表1表1壓實(shí)試驗成果匯總代號樣品名稱(chēng)最大擊實(shí)干密度/最優(yōu)含水率最大相對干密度/最小相對干密度/不均勻系數(g/em)sold雞西1雞西2哈2渭河1.011,040.62神頭1.33蒲城1.110.735.5局1191.310.88局2局31.1832.00.832.2964達拉特牡丹江準格爾10.802.35(c)準格爾2準格爾30.920.663成果分析31兩種最大干密度的比較從表1可見(jiàn),相對密度試驗的最大干密度pm都高于擊實(shí)試驗的最大干密度pm。圖2所示為它們之間的關(guān)系曲線(xiàn)。從圖2可見(jiàn),除了灰樣u、v、w、x、y、z和a、b、c、d、e、f外,兩者之間的關(guān)系大致可用圖中的A線(xiàn)來(lái)表示,也就是說(shuō),Pm比pam約高0.1g/cm3?；覙觰、v、w、x、y、z的p與pd相差很小,而a、b、e、d、ef的pdm與p相差很大。另從圖1發(fā)現用實(shí)線(xiàn)表示的前類(lèi)灰聚集在細側,而用虛線(xiàn)和點(diǎn)線(xiàn)表示的后一類(lèi)灰,卻聚集在相反的粗側,幾乎無(wú)一例外237粉煤灰的壓實(shí)蔡紅溫彥鋒邊京紅魏迎奇上述現象說(shuō)明,對于比較細的細灰,兩種方法給出的最大干容重相近;而對于比較粗的細灰,兩種方法給出的最大干容重則相差很大其原因可能是相對密度試驗中的振擊作用與擊實(shí)試驗中的單純錘擊作用相比,前者更能使灰顆粒破碎,并使顆粒調整到密實(shí)的位置。由于較粗的顆粒比細顆粒更易于破碎,因此振擊法能使較粗的灰(如灰1a、b和e),因顆粒破碎而進(jìn)一步提高密度。另外由于振擊作用比單純錘擊作用更有利于使顆粒調整到密實(shí)的位置,因此振擊法對級配好的灰(如灰c和d),能因顆粒位置的調整而進(jìn)一步提高密度?；谝陨戏治隹梢哉J為,顆粒愈大,顆粒的材料愈易于破碎,級配2p如mn與pm之間的關(guān)系愈好,則振擊法比擊實(shí)法給出的最大干密度愈大。對于一般的細灰來(lái)說(shuō)振擊法的最大干密度約比擊實(shí)法高0.1g/cm332密度與比重的關(guān)系圖3為干密度與顆粒比重之間的關(guān)系。從圖3可見(jiàn),無(wú)論是相對密度試驗中的最大干密度P還是最小干密度pdmn,它們隨著(zhù)比重的增大而增大的趨勢是明顯的,但是其規律性較差特別是對于比重較小的粉煤灰來(lái)說(shuō),其規律性更差。原先認為比重相同的灰的p_相差較大的原因,是由于它們的級配不一樣。但是事實(shí)上有的灰的不均勻系數很小,卻有較高的pm和Pm。因此圖3中的關(guān)系曲線(xiàn)還不具備定量的參考價(jià)值。P如與比重之間的關(guān)系也是類(lèi)同的。33最大擊實(shí)干密度與最優(yōu)含水率圖4為最大擊實(shí)干密度p與最優(yōu)含水率之間的關(guān)系曲線(xiàn)。從圖4可見(jiàn),它們比較接近比重為22,飽和度為80%的線(xiàn)。但是對于密度低的灰來(lái)說(shuō),最優(yōu)含水率時(shí)的飽和度明顯偏低。根據現有的資料還無(wú)法找到其原因。一種可能的解釋是粉煤灰的擊實(shí)曲線(xiàn)般都較平緩,也就是說(shuō)擊實(shí)密度對填筑含水率并不敏感,為確切找到最優(yōu)含水率增添了障礙。0.5圖3pAn、pm與比重的關(guān)系圖4灰在最優(yōu)擊實(shí)狀態(tài)下的飽和度4現場(chǎng)試驗已有的經(jīng)驗大都建議采用振動(dòng)平碾或氣胎碾來(lái)碾壓包括粉土在內的無(wú)凝聚性材料,而國內往往采用前者。國內的粉煤灰碾壓工程已經(jīng)做了不少,但報道的文獻相對較少。石景山電廠(chǎng)的碾壓試驗采用12t的自行式平碾,試驗表明鋪灰厚度不宜大于50cm,碾壓遍數不需要超過(guò)6遍,填筑含水率接近最優(yōu)值,但不一定確切地控制在最優(yōu)含水率,因為壓實(shí)效果對填筑含水率不是很敏感的。按上述方法進(jìn)行壓實(shí),可使灰達到擊實(shí)試驗最大干密度的90%~95%。這一壓實(shí)系數對土壤來(lái)說(shuō)是偏低的,但是在如此低的壓實(shí)系數下壓實(shí)的灰體具有良好的力學(xué)性質(zhì)。與上述壓實(shí)系數相應的相對密度為65%~75%,這一相對密度值與適用于土壤的壓實(shí)系數相比,是很接近的。另一現場(chǎng)試驗在盤(pán)山電廠(chǎng)進(jìn)行。碾壓機械是14t牽引式振動(dòng)平碾,鋪灰厚度35cm,較優(yōu)碾壓工藝是第1遍平碾,第2、3、4遍加振動(dòng)?；业膲簩?shí)干密度一般大于1.08gcm2,約大于擊實(shí)試驗最大干密度的87%。壓實(shí)灰體的力學(xué)性質(zhì)同樣是良好的。通過(guò)上述兩試驗可以看出,如果用擊實(shí)試驗成果來(lái)確粉煤灰的壓實(shí)蔡紅溫彥鋒邊京紅魏迎奇定填灰密度,則要求的壓實(shí)系數可低于土壤所需的壓實(shí)系數。5結論(1)對于一般的細灰來(lái)說(shuō),采用振擊法往往比擊實(shí)法能得到較大的最大干密度。顆粒愈大,顆粒的材料愈易于破碎,級配愈好,則振擊法比擊實(shí)法給出的最大干密度愈大。振擊法的最大干密度約比擊實(shí)法高01g(cm3。(2)如果用擊實(shí)試驗成果來(lái)確定填灰密度則要求的壓實(shí)系數可低于土壤所需的壓實(shí)系數。一般而言,壓實(shí)系數可降到09。(3)灰的壓實(shí)密度隨灰粒比重的增大而提高,但與灰的級配關(guān)系不大參考文獻:[1]楊蔭華,土石料壓實(shí)和質(zhì)量控制[M].北京:水利電力出版社,1992[2]SD128-84,土工試驗規程[S]Compaction characteristics of fly ashCAI Hong, WEN Yan-feng, biAN Jing-hong, WEI Ying-qiDepartment of Geotechnical Engineering, IWHR, Beiing 100044, ChinaAbstract: The majority of fly ash particles is silt. It is required for designing compaction density in thefield to have both testing results from the relative density test and the Proctor compaction tests. If bothtests are carried out, the higher density of the two tests is always selected as the field compaction densityThis paper presents testing results on a wide range of fly ash, after analyzing the effects of test methods onthe resulted density. Field compaction test results reveal that it is hard to compact it to have its drydensity equal to 0.95 of the maximum value, or make its relative density equal to 0.65-0. 75.Asresult, the required compaction density always becomes impractical in practice. Laboratory test resultsshow that fly ash having 87% of the maximum dry density already possesses quite good mechanicalproperties. Therefore, a lower degree of compaction can be recommended in determining the requiredfield compaction densityKey words: fly ash; Proctor compaction test; relative density test; field density(責任編輯:王成麗239