粉煤灰的压实

第4卷第3期中国水利水电科学研究院学报Vol 4 No. 32006F9 A Joumal of China Institute of Water Resources and Hydropower Research September, 2006文章编号:1672-3031(2006)030236-04粉煤灰的压实蔡红,温彦锋,边京红,魏迎奇中国水利水电科学研究院岩土工程研究所,北京10004)摘要:粉煤灰的主要粒径组成是粉土粒,其压实设计方法需击实法和相对密度法并用,并取其中要求高的密度作为设计填筑密度。本文通过大量的粉煤灰击实试验和相对密度试验,分析了试验方法对设计密度的影响。同时,与粉煤灰现场碾压试验进行了对比,其结果显示,碾压灰很难达到095倍的最大击实干密度,或者0.65-0.75的相对密度。碾压灰的高设计干密度给施工带来一定的难度,从室内试验结果看087倍最大干密度的压实灰体同样具有良好的力学性质,因此,认为实际应用中粉煤灰的压实系数可以低于土壤的压实系数。关键词:粉煤灰;击实试验;相对密度试验;填筑密度中图分类号:TV42文献标识码:A将土作为建筑材料,建造土坝、路堤和房屋等的地基以及码头的回填已有很久历史,人们从实践中已经累积了许多经验来指导土的压实设计和施工。当前国际上流行的压实设计方法有两种,一种为击实法,是根据击实试验的成果确定填筑密度,它适用于黏性土;另一种为相对密度法,是根据要求的相对密度确定填筑密度,它适用于无凝聚性土。至于粒径和性质介于两者之间的粉土,则要求两种方法并用,取其中要求高的密度作为设计填筑密度。但是,由于国内外的岩土工程师利用粉土进行填筑的经验还很少,因此,迄今为止人们还不确定对于粉土来说究竟是击实法还是相对密度法给出的设计密度高,两者约相差多少,如果取两种方法中的大者作为设计填筑密度,则流行的施工方法是否能压实到所要求的密度。随着电力工业的迅速发展,火电厂排出的粉煤灰愈来愈多。如此大量的粉煤灰如果不加利用,则需花费巨额资金把它储放起来。在过去的20多年中,中国水利水电科学研究院受50多个电厂的委托对粉煤灰的妥善利用和贮放进行了研究。其中有10多个电厂要求在试验室和现场研究粉煤灰的压实特性,为电厂利用粉煤灰建造挡灰坝,或采用干储法把粉煤灰储放起来提供科学依据。考虑到粉煤灰的主要粒径组成是粉土粒,因此在研究它的压实特性时,借用了土力学的经验,同时采用了击实和相对密度试验。通过这些试验以及相关的其它室内和现场碾压试验研究工作,累积了不少资料。本文介绍这些资料及其分析,以期提高使用粉煤灰的填筑质量和功效。1样品及其物理性质11样品灰样21个,取自分布在我国的东北、西北、华北和中南地区的13个电厂。大部分灰样取自水力储灰场,少数取自灰仓。虽然这些灰样运到试验室的时间,先后相隔很久,但灰样制备方法均相同。对于相对密度试验,采用烘干灰;对于击实试验将灰样调湿到要求含水率后,在保湿箱中存放2d,取出进行试验。12物理性质从这13个电厂所得的21个灰样都属于细灰,图1中的颗粒级配曲线(e)和(z)分别为这些灰样的颗粒级配上下限。从图1中可见,这些灰的主要组成为粉土粒。它们的不均匀系数一般约为3~6,少数高达10,如图1中的曲线(c)和(d)。它们的比重大都介于2.06~2.47之间,个别高达收稿日期:2005-1229作者简介:蔡红(1968-),北京人,女,高级工程师,主要从事土石坝工程、贮灰场工程等方面的研究。E-mail:caihongiwhr.com36粉煤灰的压实蔡红温彦锋边京红魏迎奇图1颗粒级配曲线2击实和相对密度试验21试验方法击实试验采用标准普氏击实仪,击实功能为604kJ/m3,相当于现在国家标准所规定的方法。相对密度试验的最小干密度测定采用漏斗法,最大干密度采用振击法,是水利部土工试验操作规程2所规定的方法。22成果试验试验成果列于表1表1压实试验成果汇总代号样品名称最大击实干密度/最优含水率最大相对干密度/最小相对干密度/不均匀系数(g/em)sold鸡西1鸡西2哈2渭河1.011,040.62神头1.33蒲城1.110.735.5局1191.310.88局2局31.1832.00.832.2964达拉特牡丹江准格尔10.802.35(c)准格尔2准格尔30.920.663成果分析31两种最大干密度的比较从表1可见,相对密度试验的最大干密度pm都高于击实试验的最大干密度pm。图2所示为它们之间的关系曲线。从图2可见,除了灰样u、v、w、x、y、z和a、b、c、d、e、f外,两者之间的关系大致可用图中的A线来表示,也就是说,Pm比pam约高0.1g/cm3。灰样u、v、w、x、y、z的p与pd相差很小,而a、b、e、d、ef的pdm与p相差很大。另从图1发现用实线表示的前类灰聚集在细侧,而用虚线和点线表示的后一类灰,却聚集在相反的粗侧,几乎无一例外237粉煤灰的压实蔡红温彦锋边京红魏迎奇上述现象说明,对于比较细的细灰,两种方法给出的最大干容重相近;而对于比较粗的细灰,两种方法给出的最大干容重则相差很大其原因可能是相对密度试验中的振击作用与击实试验中的单纯锤击作用相比,前者更能使灰颗粒破碎,并使颗粒调整到密实的位置。由于较粗的颗粒比细颗粒更易于破碎,因此振击法能使较粗的灰(如灰1a、b和e),因颗粒破碎而进一步提高密度。另外由于振击作用比单纯锤击作用更有利于使颗粒调整到密实的位置,因此振击法对级配好的灰(如灰c和d),能因颗粒位置的调整而进一步提高密度。基于以上分析可以认为,颗粒愈大,颗粒的材料愈易于破碎,级配2p如mn与pm之间的关系愈好,则振击法比击实法给出的最大干密度愈大。对于一般的细灰来说振击法的最大干密度约比击实法高0.1g/cm332密度与比重的关系图3为干密度与颗粒比重之间的关系。从图3可见,无论是相对密度试验中的最大干密度P还是最小干密度pdmn,它们随着比重的增大而增大的趋势是明显的,但是其规律性较差特别是对于比重较小的粉煤灰来说,其规律性更差。原先认为比重相同的灰的p_相差较大的原因,是由于它们的级配不一样。但是事实上有的灰的不均匀系数很小,却有较高的pm和Pm。因此图3中的关系曲线还不具备定量的参考价值。P如与比重之间的关系也是类同的。33最大击实干密度与最优含水率图4为最大击实干密度p与最优含水率之间的关系曲线。从图4可见,它们比较接近比重为22,饱和度为80%的线。但是对于密度低的灰来说,最优含水率时的饱和度明显偏低。根据现有的资料还无法找到其原因。一种可能的解释是粉煤灰的击实曲线般都较平缓,也就是说击实密度对填筑含水率并不敏感,为确切找到最优含水率增添了障碍。0.5图3pAn、pm与比重的关系图4灰在最优击实状态下的饱和度4现场试验已有的经验大都建议采用振动平碾或气胎碾来碾压包括粉土在内的无凝聚性材料,而国内往往采用前者。国内的粉煤灰碾压工程已经做了不少,但报道的文献相对较少。石景山电厂的碾压试验采用12t的自行式平碾,试验表明铺灰厚度不宜大于50cm,碾压遍数不需要超过6遍,填筑含水率接近最优值,但不一定确切地控制在最优含水率,因为压实效果对填筑含水率不是很敏感的。按上述方法进行压实,可使灰达到击实试验最大干密度的90%~95%。这一压实系数对土壤来说是偏低的,但是在如此低的压实系数下压实的灰体具有良好的力学性质。与上述压实系数相应的相对密度为65%~75%,这一相对密度值与适用于土壤的压实系数相比,是很接近的。另一现场试验在盘山电厂进行。碾压机械是14t牵引式振动平碾,铺灰厚度35cm,较优碾压工艺是第1遍平碾,第2、3、4遍加振动。灰的压实干密度一般大于1.08gcm2,约大于击实试验最大干密度的87%。压实灰体的力学性质同样是良好的。通过上述两试验可以看出,如果用击实试验成果来确粉煤灰的压实蔡红温彦锋边京红魏迎奇定填灰密度,则要求的压实系数可低于土壤所需的压实系数。5结论(1)对于一般的细灰来说,采用振击法往往比击实法能得到较大的最大干密度。颗粒愈大,颗粒的材料愈易于破碎,级配愈好,则振击法比击实法给出的最大干密度愈大。振击法的最大干密度约比击实法高01g(cm3。(2)如果用击实试验成果来确定填灰密度则要求的压实系数可低于土壤所需的压实系数。一般而言,压实系数可降到09。(3)灰的压实密度随灰粒比重的增大而提高,但与灰的级配关系不大参考文献:[1]杨荫华,土石料压实和质量控制[M].北京:水利电力出版社,1992[2]SD128-84,土工试验规程[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(责任编辑:王成丽239