El papel de las cenizas volantes en la construcción de carreteras
Introducción: Las cenizas volantes son uno de los residuos industriales más grandes en mi país. Con el desarrollo de la industria energética, la quema de carbón. Las emisiones de las centrales eléctricas aumentan año tras año. Si no se trata una gran cantidad de cenizas volantes, producirá polvo y contaminará la atmósfera; si se vierte en el sistema de agua, provocará la sedimentación de los ríos y los productos químicos tóxicos que contiene también causarán daños a los seres humanos y a los organismos. Además, las cenizas volantes se pueden utilizar como aditivo para el hormigón.
1. Introducción
Como tipo de residuo de combustible de las centrales eléctricas, las cenizas volantes solían ser un dolor de cabeza y un asunto difícil para muchas empresas. una gran cantidad de cenizas volantes requiere una gran superficie de terreno para apilar, y el polvo de las cenizas volantes provoca una grave contaminación del medio ambiente circundante con el desarrollo y utilización de las cenizas volantes en diversas industrias, especialmente el rápido desarrollo de las carreteras nacionales en. En los últimos años, la tasa de utilización de las cenizas volantes es cada vez mayor, lo que las convierte en residuos. La utilización de las cenizas volantes en varios proyectos no solo reduce en gran medida el costo del proyecto, sino que también tiene una gran importancia para ahorrar tierra y proteger el medio ambiente. es muy profundo.
2. Características de los materiales de cenizas volantes
(1) Propiedades químicas de las cenizas volantes
Las cenizas volantes pertenecen al sistema CaO, Al2O3-SiO2. Los componentes químicos son Al2O3 y SiO2, y los componentes menores son CaO, Fe2O3 y una pequeña cantidad de MgO y SO3. Debido a la combustión a alta temperatura del carbón pulverizado, los componentes principales del aluminio y el silicio forman ingredientes activos. Al mismo tiempo, las cenizas volantes tienen una gran superficie específica, una gran energía superficial y la densidad de las cenizas volantes es pequeña. , por lo que se utiliza en carreteras Fundamentos y Ventajas.
(2) Propiedades físicas de las cenizas volantes
La densidad suelta de las cenizas volantes varía de 445 a 680 kg/m3, y la superficie específica varía de 221 a 586㎡/kg. Debido a la estructura porosa y al tamaño de partícula esférica de las cenizas volantes, tienen buena permeabilidad en estado suelto y su coeficiente de permeabilidad es cientos de veces mayor que el del suelo arcilloso. Las cenizas volantes tienen un cierto grado de compresibilidad bajo cargas externas y su deformación por compresión es mucho menor que la del suelo cohesivo. Las pruebas muestran que: para suelo y cenizas volantes con la misma densidad (K pesado = 100%), el coeficiente de compresibilidad del suelo es ?10N~20N=0.25Mpa-1, mientras que el coeficiente de compresibilidad de las cenizas volantes?10N~20N=0.15 Mpa-1, el coeficiente de compresibilidad del suelo es entre un 45% y un 55% mayor que el de las cenizas volantes. El fenómeno capilar de las cenizas volantes es muy fuerte y la altura ascendente de su agua capilar está estrechamente relacionada con el grado de compactación.
3. Amplia aplicación de las cenizas volantes en ingeniería de carreteras
(1) Aplicación de las cenizas volantes en terraplenes de carreteras
Utilización de las cenizas volantes en carreteras Las más comunes El tipo de ceniza de carbón es el terraplén de cenizas volantes, especialmente en secciones con base de suelo blando. El peso ligero de las cenizas volantes se puede utilizar por completo para reducir el peso propio del terraplén y la tensión adicional de la base de suelo blando, reduciendo así el total. asentamiento y mejora de la calidad del terraplén.
1. Requisitos para materiales con cenizas volantes. Las cenizas volantes no deben contener grumos, humus ni otras impurezas. La pérdida por ignición no será superior al 12%, el tamaño de las partículas de las cenizas volantes estará entre 0,001 y 2,0 mm y el contenido de partículas inferiores a 0,074 mm deberá ser superior al 45%.
2.Prueba en interior. Antes de la construcción del terraplén de cenizas volantes, se deben realizar varias pruebas en interiores con las cenizas volantes utilizadas. Para obtener detalles sobre los elementos de prueba en interiores, consulte la Tabla 2.2.4 en las "Especificaciones técnicas para el diseño y construcción de terraplenes de cenizas volantes en carreteras" (TJ016?93). Se determinaron diversos indicadores técnicos y parámetros de diseño mediante pruebas en el interior y se revisó el terraplén de cenizas volantes.
3. Requisitos de la sección transversal del terraplén. Para mejorar la estabilidad de la capa protectora de la pendiente de arcilla y la pendiente de cenizas volantes, la superficie de conexión debe construirse en forma de escalón de 30 a 50 cm, y los escalones deben convertirse en un arco inverso de aproximadamente 2%. El espesor de la capa protectora de arcilla no será inferior a 2,0 m. Coloque un sello antipolvo de no menos de 30 cm por debajo de la elevación de la zanja de la carretera.
4. Para eliminar rápidamente la filtración de agua en la plataforma de la carretera, se coloca un colchón de arena de 30 cm en la parte inferior de la plataforma y se coloca una capa de geotextil permeable sobre todo el colchón de arena para evitar que se pierdan cenizas volantes.
Instalar zanjas ciegas de 30 a 50 cm en la capa protectora de arcilla, con una separación horizontal de 10 m y una separación vertical de 0,9 m, dispuestas en forma de flor de ciruelo. La entrada de la zanja ciega debe envolverse con geotextil permeable para evitar moscas. pérdida de cenizas.
5. Comprobación de estabilidad y cálculo de liquidación. A través del diseño y construcción de muchos terraplenes de cenizas volantes en carreteras, para terraplenes de cenizas volantes sobre cimientos no blandos, cuando la altura del terraplén es de ?5,0 my la relación de pendiente es 1:1,5, no es necesario realizar una verificación de estabilidad. Cuando la altura del terraplén es >5,0 m, se debe verificar la estabilidad del terraplén en sí. Generalmente, se puede usar una superficie de deslizamiento en línea recta o en arco para el cálculo, y el coeficiente de estabilidad debe ser ?1,25. Para terraplenes de cenizas volantes sobre cimientos débiles, se debe considerar el mismo daño por deslizamiento que el terraplén mismo y los cimientos, y se debe verificar la estabilidad de la pendiente y la estabilidad antideslizante del terraplén. Al realizar la verificación, el ángulo de fricción interna ? y la fuerza de unión C de las cenizas volantes deben basarse en los valores de C y ? medidos después de saturarse con agua, y el factor de seguridad antideslizante es ? Dado que las cenizas volantes secas no tienen plasticidad sino que son discretas, su cohesión se forma por la tensión capilar del agua, lo que es una especie de "falsa cohesión". Se recomienda que los parámetros de valor para el cálculo de estabilidad del terraplén de cenizas volantes sean: la densidad aparente de las cenizas volantes es la densidad aparente húmeda después de la compactación de 15 kN/m3, el valor C es 10 kPa y el valor ? Para terraplenes de cenizas volantes sobre cimientos débiles, se debe calcular el asentamiento. El método de cálculo utiliza el método de suma para calcular el asentamiento de consolidación principal. El asentamiento total de los cimientos incluye tres partes: S=Sd+Sc+Ss, Sd? , Sc ?Liquidación de consolidación principal, Ss?Liquidación de consolidación secundaria. El coeficiente de corrección integral se utiliza para considerar y corregir de manera integral el asentamiento instantáneo y el asentamiento por fluencia, y calcular la cantidad de asentamiento final S = mSc, y el rango de valores de m es de 1,1 a 1,4.
6. Requisitos de compactación. La compactación de terraplenes tiene una gran influencia en la resistencia y estabilidad de los terraplenes. Como todos sabemos, las propiedades técnicas de las cenizas volantes y del suelo son significativamente diferentes y su permeabilidad es mucho mayor que la de la arcilla. El experimento de compactación de cenizas volantes muestra que antes de que las cenizas volantes alcancen el contenido de humedad óptimo, el cambio en el contenido de humedad de compactación tiene poco impacto en el contenido de humedad óptimo, y las cenizas volantes tienen un área de contenido de humedad de compactación más amplia (W = 30% ~ 50 %), lo que permite compactarlo dentro de un amplio rango de cambios de contenido de humedad, y la construcción se puede realizar incluso en días de lluvia.
Los indicadores físicos y mecánicos de las cenizas volantes mejoran significativamente cuando se utilizan estándares de compactación de servicio pesado que los estándares de compactación de servicio liviano, lo que es beneficioso para mejorar la resistencia de la plataforma. Los resultados de las pruebas de ingeniería muestran que cuando se utilizan rodillos vibratorios de gran tonelaje (20t-50t) para operaciones de compactación, el efecto de compactación de la superficie de la carretera es bastante obvio, mientras que el efecto de compactación de los rodillos estáticos de ruedas lisas más ligeros es deficiente. Por lo tanto, se deben adoptar estándares de compactación pesada para carreteras y autopistas de primera clase.
7. Cuestiones a las que se debe prestar atención durante la construcción del terraplén de cenizas volantes. Un buen diseño debe realizarse mediante una buena construcción, por lo que cada vínculo debe controlarse durante la construcción. Las cenizas volantes deben transportarse en camiones volquete. Al apilarse, las cenizas volantes con diferentes composiciones de partículas deben apilarse por separado. Se deben tomar medidas para evitar el polvo y la pérdida de contaminación durante el transporte y los terraplenes de cenizas volantes deben adoptar métodos de llenado en capas horizontales. En la construcción, cuando el relleno se divide en diferentes secciones de trabajo, las secciones a llenar primero deben dejar escalones en capas de modo que cada capa compactada se superponga y se superponga entre sí, y la longitud de superposición debe ser superior a 150 cm. Cuando se utiliza un rodillo vibratorio de tamaño mediano (20t~30t), el espesor de compactación de cada capa es de ~20cm; cuando se utiliza un rodillo vibratorio de alta resistencia (40t~50t), el espesor de compactación de cada capa es de ~30cm. La compactación de terraplenes de cenizas volantes debe seguir el principio de ligero primero y luego pesado, y el grado de compactación debe implementarse estrictamente de acuerdo con los requisitos de diseño.
(2) Las cenizas volantes se utilizan ampliamente en la construcción de bases de carreteras.
Los principales tipos de bases de cenizas volantes: suelo de grano fino estabilizado con cal y cenizas volantes (arenoso), suelo granular medio y El suelo de grano grueso se puede dividir específicamente en: suelo estabilizado con cenizas volantes de cal (suelo con cenizas volantes de cal), grava estabilizada con cenizas volantes de cal (grava de cenizas volantes de cal), grava estabilizada con cenizas volantes de cal (grava estabilizada con cenizas volantes de cal), cenizas volantes de cal escoria estabilizada (escoria de cal), ceniza volante de cal (escoria de cal), etc. La base de cenizas volantes es una estructura semirrígida y tiene las características de alta resistencia, buena estabilidad, alta rigidez y cierta resistencia a las heladas. En particular, su resistencia a las grietas es mejor que la grava estabilizada con cemento y se usa ampliamente en la construcción de carreteras. .
1.
El contenido total de SiO2, Al2O3 y Fe2O3 en las cenizas volantes debe ser del 70%, y la pérdida por ignición de las cenizas volantes debe ser del 12%; la superficie específica de las cenizas volantes debe ser de 2500 cm2/g (o 90; % pasa por una malla de 0,3 mm, 70% pasa por una malla de 0,075 mm). El contenido de humedad de las cenizas volantes húmedas debe ser <35 %. Cuando el contenido de humedad es demasiado alto, las cenizas volantes se aglomeran fácilmente en aglomerados, lo que dificulta la mezcla.
2. Diseño de composición de mezcla de cenizas volantes de cal. Primero se debe diseñar la mezcla de cal y cenizas volantes para su composición, y se debe seleccionar el tipo de suelo estable más adecuado mediante experimentos, se debe determinar la proporción de cal y cenizas volantes, se debe determinar la proporción de composición óptima de la mezcla y la Se debe determinar el contenido de humedad óptimo de la mezcla. De acuerdo con el estándar de resistencia a la compresión de la mezcla de cal y cenizas volantes, se selecciona la proporción de mezcla de la mezcla y la resistencia a la compresión promedio R se obtiene realizando pruebas en interiores en las muestras de la mezcla con esta proporción de mezcla. R debe satisfacer: R? Rd/(1-ZaCv)
Donde: Rd? Resistencia a la compresión de diseño Cv? Coeficiente de desviación de los resultados de la prueba
¿Tabla de distribución normal estándar? que cambia con la tasa de garantía (¿o nivel de confianza?), la tasa de garantía para autopistas y carreteras de primera clase debe ser del 95%, es decir, Za=1.645 para otras carreteras, la tasa de garantía debe ser del 90%, es decir, Za=1,282.
Cuando se utiliza suelo de cal como base o subbase, la proporción de cal a cenizas volantes puede ser de 1:2 a 1:4, y la proporción de cal a cenizas volantes de suelo de grano fino puede ser de 1:2 a 1:4. 30:70~ 90:10, la proporción de cal, cenizas volantes y agregados puede ser de 20:80~15:85.
Cuando la proporción de cenizas volantes de cal a gránulos es de 20:80 a 15:85, se denominan gránulos de cal densos. Se forma un esqueleto entre los gránulos de la mezcla. Las cenizas volantes de cal pueden jugar de manera efectiva. el papel de rellenar los poros y cementar, reduciendo en gran medida la porosidad, el área de superficie específica y el contenido de humedad del material en general, reduciendo así en gran medida la contracción del material y reduciendo las grietas por contracción seca, las cenizas volantes de cal y los materiales granulares cuando la proporción es aproximadamente; 50:50, se llama gránulos de cal suspendidos. No se forma ningún esqueleto entre los gránulos de la mezcla, sino que se suspende en la mezcla de cenizas volantes de cal, lo que lo hace contraíble y propenso a agrietarse por contracción. La práctica de muchas carreteras ha demostrado que la tensión máxima de contracción en seco de los gránulos de cenizas volantes suspendidos es aproximadamente tres veces mayor que la de los gránulos de cenizas volantes densos. En las mismas condiciones, las grietas en la capa superficial de asfalto sobre la capa base granular de cenizas volantes suspendidas allí. Hay muchas más grietas en la capa superficial del asfalto que en la base densa de los gránulos de cal, y el rendimiento anticorrosivo de los gránulos de cal suspendidos es muy inferior al de los gránulos de cal densos. Por lo tanto, se deben utilizar pellets de cal compacta en la capa base de autopistas y carreteras de primera clase para garantizar que el contenido de pellets sea del 80%.
3. Medidas para mejorar la resistencia inicial de la mezcla cal-cenizas volantes. Las desventajas inherentes de la mezcla de cal y cenizas volantes son la baja resistencia inicial y la incapacidad de abrirse al tráfico a tiempo después de colocar la capa base, lo que afecta en cierta medida la aplicación de la mezcla de cal y cenizas volantes. Por lo tanto, es necesario mejorar la resistencia inicial de la mezcla de cal y cenizas volantes.
(1) Adición de aditivos químicos. El método de excitación alcalina se utiliza para activar la actividad de las cenizas volantes y acelerar la formación de la resistencia de la mezcla de cal y cenizas volantes, mejorando así la resistencia inicial de la mezcla de cal y cenizas volantes.
(2) Añadir cemento. La hidratación y el endurecimiento del cemento reaccionan rápidamente y pueden producir rápidamente cemento hidráulico. Por lo tanto, agregar cemento es muy útil para mejorar la resistencia inicial de la mezcla de cal y cenizas volantes. El rango de contenido de cemento es generalmente de 0,5% a 1,5%, según la dosis de cemento. aumenta, aumenta el efecto de mejora de la fuerza.
4. Construcción de la mezcla de cal y cenizas volantes y puntos clave que necesitan atención. La construcción de la mezcla de cal y cenizas volantes se divide principalmente en el método de mezcla en carretera y el método de mezcla en planta centralizada en la estación central. Para autopistas y autopistas de primera clase, se debe utilizar el método de mezcla de fábrica centralizada para la construcción. Puntos clave que necesitan atención durante la construcción: Controle estrictamente la proporción de la mezcla de construcción y el contenido de humedad de la mezcla. La mezcla debe mezclarse completa y uniformemente; debe pavimentarse y rodarse en capas. La mezcla debe mezclarse el mismo día y extenderse. el mismo día y rodado el mismo día. El grado de compactación cumple con los requisitos de diseño y garantiza un período de salud adecuado.
(3) Amplia aplicación de las cenizas volantes en pilotes de CFG
¿Los pilotes de grava de cemento y cenizas volantes están hechos de cemento, grava, astillas de piedra y carbón pulverizado? La ceniza se mezcla con agua. . Los pilotes CFG tienen una alta resistencia de unión junto con el suelo entre los pilotes, forman una base compuesta de pilotes CFG a través de una capa de cojín, que puede mejorar efectivamente la resistencia de los cimientos y reducir el asentamiento de los cimientos. Tratar el método de bases débiles.
1. Características de ingeniería de la cimentación compuesta por pilotes CFG. La longitud de los pilotes CFG puede variar desde unos pocos metros hasta más de 20 metros, y son adecuados tanto para cimentaciones independientes como para cimentaciones en tiras. En el tratamiento de cimientos de carreteras, se puede utilizar no solo para reforzar los cimientos de estructuras, sino también para reforzar los cimientos de carreteras. Los pilotes CFG tienen efectos tanto de compactación como de desplazamiento para mejorar la resistencia de cimientos débiles. Al mismo tiempo, los pilotes CFG tienen una cierta permeabilidad (el coeficiente de permeabilidad es generalmente de 10-4 ~ 10-3 cm/s) y desempeñan un papel en la mejora de la calidad. Suelo alrededor de los pilotes. El papel de la consolidación del drenaje. La mejora de la resistencia de la arcilla blanda saturada depende principalmente del efecto de desplazamiento de los pilotes.
2.Construcción de pilotes CFG. En la actualidad, la construcción de pilotes CFG adopta principalmente el método de vertido de tubos sumergidos por vibración para formar pilotes. Cuando la superficie es una capa de arcilla dura, se puede usar una barrena larga para realizar previamente los orificios y luego se puede usar una máquina de hundimiento de tubos vibratorios para perforar orificios y hacer pilotes.
3. Control de calidad y seguimiento de pilas de CFG. El control y seguimiento de la calidad son eslabones importantes en el proceso de construcción. Para garantizar la calidad del proyecto, cada proceso debe ser estrictamente controlado.
(1) Antes de la construcción de todo el proyecto, se debe realizar una prueba del pilote de prueba para obtener la información de los parámetros básicos del pilote CFG.
(2) Las pilas de CFG deben hincarse saltando en filas alternas.
(3) Veintiocho días después de la finalización de la construcción, se deben probar los pilotes, el suelo y las fundaciones compuestas, incluyendo: cambios en los indicadores físicos y mecánicos del suelo entre pilotes; pruebas de penetración estática en el sitio; y ensayos de penetración estándar; ensayo de carga estática simple de pilotes, suelo entre pilotes o cimentación mixta.
4. Conclusión
Hoy en día, las cenizas volantes se utilizan cada vez más en las carreteras y han logrado buenos beneficios sociales y económicos en los proyectos, especialmente en la reducción de los costos de los proyectos y la protección del medio ambiente. , el ahorro de tierras y otros aspectos son de gran importancia. Aunque la aplicación de cenizas volantes ha logrado resultados gratificantes, la investigación y el desarrollo de las cenizas volantes están lejos de ser suficientes. En particular, la investigación sobre la resistencia inicial de las cenizas volantes y la deformación por contracción de las mezclas de cal y cenizas volantes debería profundizarse más. profundidad. ;