市政道路基層運用石灰粉煤灰類混合料做為填料已是一個很平常的結(jié)構(gòu)層了，然而在筆者的一項工程中竟然出現(xiàn)了基層起拱的問題，令許多人不解，但最終還是經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)了答案。
一、二灰碎石中粉煤灰的技術(shù)要求
 
二灰碎石基層即為石灰、粉煤灰穩(wěn)定集料基層，一般也叫二灰結(jié)石，二灰碎石以其水穩(wěn)定性好、后期強度高、承載能力高、剛度大及材料來源豐富且價格低廉等特點得到廣泛采用。二灰碎石的強度形成主要是通過加水拌和后，產(chǎn)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，這些反應(yīng)首先只局限于在二灰即石灰與粉煤灰之間，當(dāng)其加水后石灰水溶液呈堿性，與粉煤灰中的可溶性物質(zhì)SiO₂、Al₂O₃產(chǎn)生一系列的離子交換、物理化學(xué)反應(yīng)，將作為骨料的碎石緊緊地膠結(jié)在一起，形成一個堅實的整體，并逐漸產(chǎn)生一定的強度。
二灰碎石中檢測項目為：1.所用石灰質(zhì)量應(yīng)符合本規(guī)范表4.2.2規(guī)定的III級消石灰或III級生石灰的技術(shù)指標(biāo)，應(yīng)盡量縮短石灰的存放時間，如存放時間較長，應(yīng)采取覆蓋封存措施，妥善保管。
表4.2.2  石灰的技術(shù)指標(biāo)

類別 指標(biāo)      項目

鈣質(zhì)生石灰

鎂質(zhì)生石灰

鈣質(zhì)消石灰

鎂質(zhì)消石灰

等   級

I

II

III

I

II

III

I

II

III

I

II

III

有效鈣加氧化鎂含量（%）

≥ 85

≥ 80

≥ 70

≥ 80

≥ 75

≥ 65

≥ 65

≥ 60

≥ 55

≥ 60

≥ 55

≥ 50

未消化殘渣含量（5mm圓孔篩的篩余，%）

≤ 7

≤ 11

≤ 17

≤ 10

≤ 14

≤ 20

含水量（%）

≤ 4

≤ 4

≤ 4

≤ 4

≤ 4

≤ 4

細(xì)度

0.71mm方孔篩的篩余（%）

0

≤ 1

≤ 1

0

≤ 1

≤ 1

0.125mm方孔篩的篩余（%）

≤ 13

≤ 20

—

≤ 13

≤ 20

—

鈣鎂石灰的分類界限，氧化鎂含量（%）

≤5

＞5

≤4

＞4

注：硅、鋁、鎂氧化物含量之和大于5%的生石灰，有效鈣加氧化鎂含量指標(biāo)，I等≥75%，II等≥70%，III等≥60%；未消化殘渣含量指標(biāo)與鎂質(zhì)生石灰指標(biāo)相同。
有效鈣含量在20%以上的等外石灰、貝殼石灰、珊瑚石灰、電石渣等，當(dāng)其混合料的強度通過試驗符合表5.3.1的標(biāo)準(zhǔn)時，可以應(yīng)用。
2.粉煤灰中SiO₂、Al₂O₃和Fe₂O₃的總含量應(yīng)大于70%，粉煤灰的燒失量不應(yīng)超過20%；粉煤灰的比表面積宜大于2500cm²/g（或90%通過0.3mm篩孔，70%通過0.075mm篩孔）。干粉煤灰和濕粉煤灰都可以應(yīng)用。濕粉煤灰的含水量不宜超過35%。
3.石料顆粒的最大粒徑不應(yīng)超過37.5mm；碎石、礫石或其他粒狀材料的質(zhì)量宜占80%以上。
可以看到粉煤灰中并無SO₃的檢測要求，但在水泥中要求粉煤灰中三氧化硫不超過3%。
二、粉煤灰中SO₃過高后對基層的破壞
 
出現(xiàn)問題的工程實際結(jié)構(gòu)層為50cm二灰碎石+0.6cm下封層+7cm中粒式瀝青混凝土（AC-20C）+粘層油+6cm中粒式瀝青混凝土（AC-20F）+粘層油+4cm細(xì)粒式瀝青混凝土（AC-13F）摻聚脂纖維，其設(shè)計的安全系數(shù)可以說很高了，可在瀝青混凝土攤鋪前出現(xiàn)了基層大面積的起拱，二灰鉆心也不成型（見圖1），局部二灰起拱部位彎沉值不達(dá)標(biāo)等問題（見圖2）。

圖1

圖2
三、調(diào)查分析
 
事后，對二灰碎石中各種原材料，級配，施工工藝，施工的時間等進(jìn)行分析，排除其他原因后發(fā)現(xiàn)問題還是在于粉煤灰，再進(jìn)一步通過化學(xué)分析才發(fā)現(xiàn)SO₃含量明顯過高，根據(jù)實驗報告分析源頭，覺得問題還是出在粉煤灰。推理論證：經(jīng)過環(huán)保處理后的粉煤灰中SO₃的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于未環(huán)保處理的粉煤灰，因為環(huán)保型的粉煤灰脫硫后增加了SO₃的含量。
由于脫硫反應(yīng)比較復(fù)雜，下面僅列出了三種脫硫劑脫硫反應(yīng)的主要反應(yīng)方程式如下：
脫硫劑 反應(yīng)方程式 序號
CaO CaO+SO₂→CaSO₃CaO+SO₂+1/2O₂→CaSO₄ (1)(2)
Ca(OH)₂ Ca(OH)₂+SO₂+H₂O→CaSO₃·1/2H₂O+1/2H₂OCaSO₃·1/2H₂O+1/2O₂+3/2H₂O→CaSO₄·2H₂OCa(OH)₂+SO₂+1/2O₂+H₂O→CaSO₄·2H₂O (3)(4)(5)
CuO CuO+SO₂+1/2O₂→CuSO₄ (6)
CaO作脫硫劑，爐內(nèi)噴鈣法脫硫，反應(yīng)(1)在大約1038℃時逆向，而且溫度必須低于650℃左右，氣相中SO₂平衡濃度才能低到滿足煙氣脫硫的要求。因此鍋爐內(nèi)煙氣脫硫主要按反應(yīng)(2)進(jìn)行。
Ca(OH)₂作脫硫劑濕法脫硫，希望得到比較穩(wěn)定的產(chǎn)物CaSO₄·2H₂O，在粉煤灰中SO₃是以CaSO₄的形式存在，用此材料做基層時，遇水發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生水化產(chǎn)物，在路面基層強度形成的后期發(fā)生體積膨脹，使路面拱起
CaO + H₂O→ Ca(OH)₂
CaSO₄+ H₂O→CaSO₄·2H₂O
3 CaO·Al₂O₃·6 H₂O+3 CaSO₄·2H₂O+ H₂O→3 CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·32H₂O
上述反應(yīng)都能使體積膨脹，其中CaO與H₂O反應(yīng)生成Ca(OH)₂時，固體體積增加到原來的1.98倍；CaSO₄溶解于H₂O后一部分與活性Al₂O₃等、Ca(OH)₂和水反應(yīng)生成3 CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·32H₂O。（俗稱鈣礬石AFt），固體體積增加到原來的2.22倍，另一部分結(jié)晶生成二水石膏CaSO₄·2H₂O固體體積增加到原來的2.26倍由此可見SO₃對粉煤灰的影響很大，直接導(dǎo)致基層穩(wěn)定。
對于粉煤灰中化學(xué)成分分析，見表1

本來粉煤灰作為基層的一種填料運用已是一項十分成熟的技術(shù)，而為何在這幾年出現(xiàn)此類問題。國內(nèi)竟幾年對火電場環(huán)保要求越來越高，制定的規(guī)則也是很高的，隨著環(huán)保意識的研究和實踐結(jié)果，而事實上電廠的生產(chǎn)工藝經(jīng)過改進(jìn)后產(chǎn)生的粉煤灰均為環(huán)保后的產(chǎn)品
四、結(jié)語
 
就此工程來說，損失很嚴(yán)重，解決問題也只能全部把二灰碎石反開挖后回填SO₃不超標(biāo)的二灰碎石，就工期來也是相當(dāng)緊張。但是給我們整個市政行業(yè)敲響了警鐘。再此，筆者認(rèn)為粉煤灰應(yīng)嚴(yán)格控制SO₃的含量，或者用水泥穩(wěn)定碎石代替。
五、致謝
本文在撰寫過程中，參考部分文獻(xiàn)，在此表示衷心感謝。
參考文獻(xiàn)：
[1]錢覺時。粉煤灰特性與粉煤灰混凝土[M]。北京：科學(xué)出版社，2002。
[2]吳德曼，陳先勇，楊兵，等。高含硫粉煤灰對路用性能的影響[J]。公路交通科技，2004，（3）；42-43
[3]高艷龍，黃莘，劉峰，高含硫粉煤灰對二灰基層膨脹開裂的影響與分析重慶交通學(xué)院學(xué)報，2005第5期第24卷
[4]JTJ034-2000公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范[S]，北京：人民交通出版社，2000
[5] 李秋榮 白明華 鄭海武三種脫硫劑的脫硫反應(yīng)的熱力學(xué)分析及機(jī)理研究 [J];燕山大學(xué)學(xué)報; 2007年02期