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电石灰在公路工程中的探索与应用

信息来源:chinalime.com   时间: 2012-08-28  浏览次数:560

    前期试验原材料分析电石灰是在生产乙炔的过程中产生的,其化学反应式为:C a C+H2O—C a ( O H ) 2+ C 2H 2+Q其中的氢氧化钙C a(O H)2即为俗称的电石灰,外观呈灰白色。经由乙炔发生器排放到沉淀池的电石灰含水量相当大,经加速沉淀后,含水量降至100%~150%,但仍具流动性。堆放一段时间后,电石灰含水量基本保持在90%左右,长时间堆放的电石灰其含水量也可达50%以上。
    从现场抽样检测情况看,放置较长时间的电石灰堆,其表层30c m己经碳化,在不同程度上形成一层硬壳,它阻止了内部水分的蒸发。
    物理、化学反应机理分析在土中掺入电石灰并在最佳含水量下压实后,发生一系列物理、化学作用,主要有以下四种。
    离子交换作用: 电石灰溶于水后, 离解成钙离子和氢氧根离子:
    Ca(OH)2—Ca2++2(OH)-,在电石灰土中溶液呈强碱性,二价C a2+离子就能够当量置换土粒表面所吸附的一价金属阳离子。在灰土中,这种离子交换作用是可逆反应,混合料中的活性钙镁离子成分多时,就能反应置换土粒表面所吸附的一价金属阳离子,稳定土的效果就好。
    钙镁离子与土的吸附综合体中的低价阳离子进行交换作用后,结合水膜减薄,结果导致土的分散性、湿坍性、粘附性和膨胀性降低。这种反应随钙离子在土中的扩散逐渐进行。
    碳酸化作用:所谓碳酸化作用就是氢氧化钙吸收空气中的C O2,生成CaCO3。CaCO3是坚硬的结晶体,具有较高的强度和水稳定性,它对土的胶结作用使土得到加固。
    结晶作用:电石灰掺入土中,由于水分较少,只有少数离解,进行与土的化学作用,绝大部分饱和C a(O H)2在灰土中自行结晶,使电石灰土的水稳性得到提高。
    火山灰作用:火山灰作用是指电石灰与土中活性的氧化硅和氧化铝起反应,生成含水的硅酸钙和铝酸钙胶凝物的过程。这些胶凝物具有水硬性,能够在土的团粒外围形成一层稳定的保护膜,具有很强的粘结力,把土团粒胶结起来。同时,保护膜还起到隔离作用,阻止水分进入。因此,这层稳定的保护膜是灰土获得强度和水稳定性的基本因素。
    电石灰活性分析电石灰颗粒较细,活性物质主要是Ca(OH)2,从这一点来看,电石灰和消解后的石灰性质相似,但在自然风干散状态下,随着水分的减少,电石灰中Ca(OH)2失去了外围水膜的保护,很快和空气中C O2反应,使其活性降低。新出厂的电石灰有效C a O+M g O含量在松散晾晒状态下,随时间变化情况如表1。
    通过上表可以看出,电石灰在晾晒一段时间后,表层的氢氧化钙逐渐被C O2炭化,生成C a C O3,因此活性C aO+MgO比新鲜料下降很多。而消解适度的高钙消石灰,随着含水量的下降,钙镁含量变化不大,这一点也是电石灰不同于消解适度的高钙消石灰的地方,所以,在施工时,应根据电石灰的这一主要特点理安排施工,尽量减少电石灰松散时间。
    钙镁含量检测经按《公路工程无机结合料稳定材料试验规程JTGE51-2009》消石灰检测要求,按标准方法取样若干组,检测其电石灰的有效氧化钙和氧化镁含量,各组样品实验结果如表2。
    电石灰有效氧化钙和氧化镁含量基本满足公路施工要求。
    标准击实和抗压强度检测取崔杨公路施工现场的土样按含灰量要求进行标准击实试验实验结果如表3。
    同时按检测规程取样若干组做无侧限抗压强度,经6天标准养护1天浸水后进行抗压强度试验,各组检测结果如表4(单位为MPa)。
    按照《公路路面基层施工技术规范J T J 034-2000》石灰稳定土施工技术规范对试验结果进行分析,电石灰能够满足普通公路基层强度要求。
    施工方法电石灰运至现场首先进行钙镁含量测定,在其钙镁含量达到技术指标后,方可用于工程(工艺流程如图),电石灰土采用路拌法施工。
    铺电石灰与首铺土: 经计算后布设方格线,确保方格内电石灰符合灰量要求,采用人工配合机械的方法进行摊铺均匀并检查电石灰松铺厚度达到要求;
    通过试验确定土的松铺系数,将素土均匀铺在表层上,用轻型压路机快速碾压一遍,然后用平地机整平,不平整处进行修补。
    拌和:电石灰摊铺完毕后,应用灰土拌和机拌和,拌和深度应达到稳定层底并侵入下承层5cm~10cm,并安排专人进行刨验,防止出现夹层。整形:
    电石灰土拌和完毕后试验人员检测含灰量,在自检合格并经监理检验合格后方可进行粗平,粗平施工完成后,试验人员检测含水量,在最佳含水量的士2%才可以进行精平施工,同时取样做无侧限抗压强度试验。
    整平与压实:排压己拌和好的灰土层。两个工作段采用对接的方式,前一段拌和后留5米以上不找平;按桩撅排线撒灰点,每1 0米一断面,撒5个灰点作为虚高控制标志找初平;直线段由路边向路中,曲线段由内侧向外侧进行找平。初平后用推土机排压一遍,暴露其潜在不平及时找补,依桩号拉线量高撒灰点,用平地机细找平;在路面全宽范围内只刮不垫,避免重皮,遇有低洼处,先用镐齿豁松再填垫便于结合,严禁贴补找平,当日找平当日碾压。在电石灰土处于要求的含水量时进行碾压,含水量过干或过湿的电石灰土都不应碾压。先用振动压路机静压一遍,再加振动碾压两遍,每次错轴不大于1/2轴。然后由三轮压路机碾压三遍。最后用振动压路机不挂振碾压两遍,以保证其平整度。碾压程序按照:先轻后重,先两边后中间的原则。碾压至表面无明显轮迹且压实度满足要求为止。设备采用BW203AD振动压路机1台和18-21T三轮压路机2台。
    检验与养生:各项检验应在成型后48小时内完成,首先进行外观检验,外观应无轮迹、表面均匀密实、边沿整齐、接头处理平顺。压实度不合格的段落要返工处理。完工后的电石灰土基层到达7天浸水抗压强度,压实度的要求,保持潮湿状态,并控制交通直至下一工序施工。
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