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【摘 要】火山灰材料修筑水泥砼路面是近年来的一项新技术，其应用不仅十分符合现代社会绿色、环保的理念，同时又可以提高路面的整体结构的耐久性，从而极大地推动了水泥砼路面的建设发展。笔者通过相关资料的查阅，总结一些在建和已建工程特点，认为有必要深入开展火山灰水泥砼的路面应用性能研究，推广该项技术在未来路面设计和施工中的应用。
【关键词】火山灰水泥砼；路面设计；路面施工；应用分析
1.引言
根据国内长久以来的使用经验来看，水泥砼路面发生早期破坏现象非常普遍，而且路面的养护修复比较困难、维修费用高昂，致使水泥砼路面的应用推广难度较大，这主要是还是由于水泥砼路面在材料的组成、配合的比设计和路面的施工质量控制技术中仍然存在着不少问题。因此业内人士长期研究水泥砼路面结构主要是为了提高水泥砼材料的耐久性、抗腐蚀能力，增长其寿命而降低其成本。火山灰材料的隔温性能优良、化学活性高、成本低廉、储量丰富等特点说明它是一种拥有巨大潜力的筑路材料。若是根据公路等级就地取材，利用山区丰富的火山灰资源修筑公路工程，既能够降低造价，也能提高公路建设质量。
2.火山灰在水泥砼中的作用
有关试验分析发现火山灰和粉煤灰的化学成分类似，其物理指标与硅藻土、硅粉、沸石粉类似。而目前硅藻土、硅粉和沸石粉作为掺料来提高水泥砼的耐久性方面的研究已经有一定的研究成果，并且它们的应用效果均良好，所以火山灰对于提高水泥砼性能的研究也是可行的。根据相关资料硅粉和石粉是以细微的颗粒来充当水泥颗粒间理想的微填充料来提高水泥砼性能，而用显微镜观察磨细后的火山灰，其内部孔隙仍占很大的比例，这就表明火山灰既具备成为水泥混凝土改性剂的化学条件，同时也具备微观物理结构条件。磨细火山灰和火山灰渣都能在路面施工中得到应用。
磨细火山灰适用于填充水泥砼的微孔隙，提高砼的整体密实性，以达到改善水泥砼的性能。细火山灰的填充作用主要是为了增强水泥砼的抗冻耐久性，细火山灰通过填充水泥颗粒间的空隙同时有一小部分参与碱性物质Ca(OH)2的反应，磨细火山灰及其二次水化产物填充硬化水泥浆体中的有害孔，并改善砼中硬化水泥浆体与骨料的界面性能，可以增强砼的密实性。并且掺料可以阻塞水泥颗粒之间的毛细管道，这样就降低内部液体的迁移速率，提高胶结料和集料间的粘聚力。
3.工程应用的试验
3.1工程概况
某地区的旅游公路是国家级自然保护区内的一条旅游公路，全长46.601km，地貌为曲型的火山地貌区域，随着海拔自下而上主要由玄武岩台地、玄武岩高原以及火山锥体三大部分组成，起终点高差为1269米。
3.2试验路段的设计
该公路山上段地势较高，受当地的气候影响，热拌沥青混合料运到施工地点后已不能满足施工温度的要求，除此之外在此修筑沥青路面会出现维修不便的问题，所以经讨论该段路面结构选用水泥砼路面，同时本地区的火山灰资源丰富，磨细火山灰用作水泥砼掺料均通过了室内试验验证。由于火山灰的试验的原理及设计详细步骤较为繁琐，在此限于篇幅不加版述，具体可参阅相关技术手册。
本试验路段修筑了两种类型的磨細火山灰水泥砼路面，分别是是水泥砼预制块路面和现浇水泥砼路面。该两种路面的水泥砼配合比均为水泥：火山灰：砂：碎石（5-30）：水=297.5：52.5：601.2：1151.5：147。水泥预制块设计桩号为K43+100～K43+600，水泥预制块生产采用专业机械设备压制。现浇水泥砼中掺入磨细火山灰，设计桩号为K35+700～K36+200，由于本试验路段的以上温度较为寒冷，常年积雪，如果掺入细火山灰，可使水泥砼的提浆速度得到迅速加快，从而极大地增强水泥混凝土的耐久性。
3.3火山灰水泥砼路面施工工艺
火山灰水泥砼路面施工工艺与一般混凝土路面施工工艺类似，在此不做重复叙述，仅仅谈谈其施工中要注意的几个问题。众所周知，水泥混凝土路面施工的核心步骤是砼的搅拌生产和混凝土的摊铺。首先，在磨细火山灰水泥砼路面施工过程中要注意含水量的变化对混凝土坍落度的影响是显而易见的，磨细火山灰地加入使得此时混凝土与传统一般的混凝土稍有不同，要引起施工者的足够重视。其次混砼摊铺前的准备工作要注意摊铺前的洒水工序。如果洒水处理不好会严重影响路面质量。洒水量要根据基层材料、湿度、风速等诸多因素来确定洒水量，在基层不平整之处禁止有存水现象。虽然是一简单过程，但是笔者了解到目前施工现场中大多数情况下是洒水量不足，导致铺筑后砼路面底部产生大量的细小裂纹，部分小裂纹与砼本身收缩应力引起的裂重叠加后导致路面裂纹加多。
3.4试验路段监测简论
对该旅游公路中掺入磨细火山灰的水泥砼预制块和现浇水泥砼板的路面，对经过一年多使用的路面进行观察，得出结论如下：水泥砼路面无脱皮、印痕、裂纹和缺掉边等病害现象发生，预制块施工质量良好，接缝处接应平顺，现浇路面无断板，并未因该地区寒冷的温度产生温度收缩等裂缝。可见磨细火山灰作为掺料掺入水泥砼中，可增强路面的耐久性和抗冻性。有关工程人员使用火山渣替代水泥砼中部分粗集料的水泥路面进行了路表检测及取芯。得出火山灰路面整体使用效果比较好，刻纹依稀可见，表明火山灰水泥砼的耐磨性较好。
3.5路面实体工程应用简析
经过前面的试验路段分析，这里笔者也对火山渣替代部分集料的水泥砼路面的一个实体工程进行简析。某地修筑了35km的农村公路，路面宽度6.5m，路面采用水泥砼面层，水泥砼中采用该地区的红色火山渣做为集料，并另外掺加25%的碎石。经过近一年的通车使用，目前为止该路面的使用状况良好，砼表面略有磨光，红色火山渣依稀可见，芯样取出完整，芯壁光滑。
结语
由于火山灰具有质量轻、吸水率大等特点，且对温度的敏感性较低，温缩系数小，可有效地减少路面的收缩开裂。在应用于水泥砼时发现坍落度经时损失过快，因此施工工艺与普通水泥路面相比有所差异，适当提前拉毛时间。火山灰材料分布在我国东北、西北的诸多省份和地区，储量巨大，同时这些地区大多属季节性冰冻区，这就要求水泥砼面层具有足够的耐久性和抗冻性，因而在今后的研究探讨中要注意火山灰混合料用于水泥砼面层的耐久性和抗冻性。不过基于现代物流越来越发达的基础，在保证经济效益的前提下，火山灰混合料用于水泥砼面层在南方局部地区应用也会具有可操作性。
【关键词】火山灰水泥砼；路面设计；路面施工；应用分析
1.引言
根据国内长久以来的使用经验来看，水泥砼路面发生早期破坏现象非常普遍，而且路面的养护修复比较困难、维修费用高昂，致使水泥砼路面的应用推广难度较大，这主要是还是由于水泥砼路面在材料的组成、配合的比设计和路面的施工质量控制技术中仍然存在着不少问题。因此业内人士长期研究水泥砼路面结构主要是为了提高水泥砼材料的耐久性、抗腐蚀能力，增长其寿命而降低其成本。火山灰材料的隔温性能优良、化学活性高、成本低廉、储量丰富等特点说明它是一种拥有巨大潜力的筑路材料。若是根据公路等级就地取材，利用山区丰富的火山灰资源修筑公路工程，既能够降低造价，也能提高公路建设质量。
2.火山灰在水泥砼中的作用
有关试验分析发现火山灰和粉煤灰的化学成分类似，其物理指标与硅藻土、硅粉、沸石粉类似。而目前硅藻土、硅粉和沸石粉作为掺料来提高水泥砼的耐久性方面的研究已经有一定的研究成果，并且它们的应用效果均良好，所以火山灰对于提高水泥砼性能的研究也是可行的。根据相关资料硅粉和石粉是以细微的颗粒来充当水泥颗粒间理想的微填充料来提高水泥砼性能，而用显微镜观察磨细后的火山灰，其内部孔隙仍占很大的比例，这就表明火山灰既具备成为水泥混凝土改性剂的化学条件，同时也具备微观物理结构条件。磨细火山灰和火山灰渣都能在路面施工中得到应用。
磨细火山灰适用于填充水泥砼的微孔隙，提高砼的整体密实性，以达到改善水泥砼的性能。细火山灰的填充作用主要是为了增强水泥砼的抗冻耐久性，细火山灰通过填充水泥颗粒间的空隙同时有一小部分参与碱性物质Ca(OH)2的反应，磨细火山灰及其二次水化产物填充硬化水泥浆体中的有害孔，并改善砼中硬化水泥浆体与骨料的界面性能，可以增强砼的密实性。并且掺料可以阻塞水泥颗粒之间的毛细管道，这样就降低内部液体的迁移速率，提高胶结料和集料间的粘聚力。
3.工程应用的试验
3.1工程概况
某地区的旅游公路是国家级自然保护区内的一条旅游公路，全长46.601km，地貌为曲型的火山地貌区域，随着海拔自下而上主要由玄武岩台地、玄武岩高原以及火山锥体三大部分组成，起终点高差为1269米。
3.2试验路段的设计
该公路山上段地势较高，受当地的气候影响，热拌沥青混合料运到施工地点后已不能满足施工温度的要求，除此之外在此修筑沥青路面会出现维修不便的问题，所以经讨论该段路面结构选用水泥砼路面，同时本地区的火山灰资源丰富，磨细火山灰用作水泥砼掺料均通过了室内试验验证。由于火山灰的试验的原理及设计详细步骤较为繁琐，在此限于篇幅不加版述，具体可参阅相关技术手册。
本试验路段修筑了两种类型的磨細火山灰水泥砼路面，分别是是水泥砼预制块路面和现浇水泥砼路面。该两种路面的水泥砼配合比均为水泥：火山灰：砂：碎石（5-30）：水=297.5：52.5：601.2：1151.5：147。水泥预制块设计桩号为K43+100～K43+600，水泥预制块生产采用专业机械设备压制。现浇水泥砼中掺入磨细火山灰，设计桩号为K35+700～K36+200，由于本试验路段的以上温度较为寒冷，常年积雪，如果掺入细火山灰，可使水泥砼的提浆速度得到迅速加快，从而极大地增强水泥混凝土的耐久性。
3.3火山灰水泥砼路面施工工艺
火山灰水泥砼路面施工工艺与一般混凝土路面施工工艺类似，在此不做重复叙述，仅仅谈谈其施工中要注意的几个问题。众所周知，水泥混凝土路面施工的核心步骤是砼的搅拌生产和混凝土的摊铺。首先，在磨细火山灰水泥砼路面施工过程中要注意含水量的变化对混凝土坍落度的影响是显而易见的，磨细火山灰地加入使得此时混凝土与传统一般的混凝土稍有不同，要引起施工者的足够重视。其次混砼摊铺前的准备工作要注意摊铺前的洒水工序。如果洒水处理不好会严重影响路面质量。洒水量要根据基层材料、湿度、风速等诸多因素来确定洒水量，在基层不平整之处禁止有存水现象。虽然是一简单过程，但是笔者了解到目前施工现场中大多数情况下是洒水量不足，导致铺筑后砼路面底部产生大量的细小裂纹，部分小裂纹与砼本身收缩应力引起的裂重叠加后导致路面裂纹加多。
3.4试验路段监测简论
对该旅游公路中掺入磨细火山灰的水泥砼预制块和现浇水泥砼板的路面，对经过一年多使用的路面进行观察，得出结论如下：水泥砼路面无脱皮、印痕、裂纹和缺掉边等病害现象发生，预制块施工质量良好，接缝处接应平顺，现浇路面无断板，并未因该地区寒冷的温度产生温度收缩等裂缝。可见磨细火山灰作为掺料掺入水泥砼中，可增强路面的耐久性和抗冻性。有关工程人员使用火山渣替代水泥砼中部分粗集料的水泥路面进行了路表检测及取芯。得出火山灰路面整体使用效果比较好，刻纹依稀可见，表明火山灰水泥砼的耐磨性较好。
3.5路面实体工程应用简析
经过前面的试验路段分析，这里笔者也对火山渣替代部分集料的水泥砼路面的一个实体工程进行简析。某地修筑了35km的农村公路，路面宽度6.5m，路面采用水泥砼面层，水泥砼中采用该地区的红色火山渣做为集料，并另外掺加25%的碎石。经过近一年的通车使用，目前为止该路面的使用状况良好，砼表面略有磨光，红色火山渣依稀可见，芯样取出完整，芯壁光滑。
结语
由于火山灰具有质量轻、吸水率大等特点，且对温度的敏感性较低，温缩系数小，可有效地减少路面的收缩开裂。在应用于水泥砼时发现坍落度经时损失过快，因此施工工艺与普通水泥路面相比有所差异，适当提前拉毛时间。火山灰材料分布在我国东北、西北的诸多省份和地区，储量巨大，同时这些地区大多属季节性冰冻区，这就要求水泥砼面层具有足够的耐久性和抗冻性，因而在今后的研究探讨中要注意火山灰混合料用于水泥砼面层的耐久性和抗冻性。不过基于现代物流越来越发达的基础，在保证经济效益的前提下，火山灰混合料用于水泥砼面层在南方局部地区应用也会具有可操作性。