CFB灰渣處治土在公路工程中的應(yīng)用

張永強(qiáng) 胡凱麗

（1.山西路橋建設(shè)集團(tuán)呂梁國(guó)道項(xiàng)目建設(shè)管理有限公司，山西 呂梁 033000；2.山西路眾道橋有限公司，山西 太原 030006）

一、背景

循環(huán)流化床（Circulation Fluidized Bed，簡(jiǎn)稱(chēng)“CFB”）鍋爐燃燒技術(shù)是一種潔凈燃煤技術(shù)，常被用于煤矸石、煤泥等低熱值燃料的發(fā)電，與普通燃煤電廠煤粉爐相比，具有燃燒適應(yīng)性廣，燃燒強(qiáng)度大等優(yōu)勢(shì)，但是由于CFB鍋爐入爐原料為煤粉與低熱值煤矸石顆粒、煤泥等形成的混合燃料，因此灰渣排放量達(dá)普通燃煤電廠粉煤灰的2倍左右，其中CFB飛灰占比55%，CFB爐渣占比45%。此外，CFB鍋爐的燃燒溫度僅為850℃～950℃，且采用爐內(nèi)噴鈣脫硫工藝，從而導(dǎo)致產(chǎn)生的CFB灰渣與溫度可達(dá)1200℃的燃煤電廠鍋爐排放粉煤灰有很大的差別，主要表現(xiàn)在SO3、f-CaO、含碳量高，需水量大等，導(dǎo)致其無(wú)法如傳統(tǒng)粉煤灰一樣應(yīng)用于水泥混凝土等領(lǐng)域，而多采用填埋方式處置，不僅處置費(fèi)用較高而且污染環(huán)境。

與此同時(shí)，公路建設(shè)路基施工過(guò)程中，常因項(xiàng)目周邊土場(chǎng)土質(zhì)承載比不達(dá)標(biāo)，而采用水泥處治土、石灰處治土、二灰處治土等方式改良土體，施工綜合成本較高。

基于煤系固體廢棄物-CFB灰渣處治土用于路基填筑的研究，及其在國(guó)道209呂梁改線工程，以及隰吉高速公路項(xiàng)目工程的應(yīng)用研究，得出CFB飛灰、CFB爐渣處治土用于臺(tái)背回填等路基填筑工程，可達(dá)到與低摻量水泥處治土、石灰處治土相同的效果，經(jīng)處治后土體CBR值可滿(mǎn)足各等級(jí)公路路堤、路床填筑要求，同時(shí)消納大量CFB灰渣，可達(dá)到降低資源消耗、保護(hù)環(huán)境，同時(shí)提高工程質(zhì)量降低工程造價(jià)的目的，社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益顯著。

二、CFB灰渣特性研究

CFB灰渣是CFB飛灰和CFB爐渣的合稱(chēng)，其中CFB飛灰是指循環(huán)流化床鍋爐煙道氣體經(jīng)除塵收集的粉末，CFB爐渣是指從循環(huán)流化床鍋爐底部收集的殘?jiān)１疚囊阅畴姀S為例，研究了CFB灰渣化學(xué)成分及物理特性。

（一）成分分析

采用X射線熒光光譜分析法測(cè)定了CFB灰渣的化學(xué)成分，結(jié)果表明：CFB爐渣和飛灰的主要化學(xué)成分均為SiO2、Al2O3、Fe2O3，這與傳統(tǒng)煤粉爐粉煤灰的成分基本一致；CFB灰渣中SO3含量最高達(dá)6.4%，超過(guò)傳統(tǒng)粉煤灰3.5%的上限值，同時(shí)CFB灰渣中還有較多的CaO，多以f-CaO和CaSO4的形式存在；磨細(xì)CFB爐渣中f-CaO含量可達(dá)3.63%，高于CFB飛灰。

（二）物理化學(xué)特性

CFB爐渣：CFB爐渣呈砂狀，具有連續(xù)級(jí)配，最大粒徑10mm，疏松多孔性質(zhì)，堆積密度僅1100kg/m3～1300kg/m3。

CFB飛灰：CFB飛灰細(xì)度較大，表面積可達(dá)600m3/kg～1000m3/kg，其中Fe2O3含量較高，故而顏色偏紅，飛灰具有較好的水化活性，在潮濕空氣中即可變硬板結(jié)。

（三）環(huán)境污染評(píng)價(jià)

工業(yè)固體廢棄物再利用時(shí)，必須保證不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生二次污染。為此，選用隰吉高速公路臺(tái)背回填用CFB飛灰，委托第三方依據(jù)《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)浸出毒性鑒別》（GB 5085.3）進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果表明CFB飛灰樣品的重金屬質(zhì)量濃度均遠(yuǎn)小于《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)浸出毒性鑒別》（GB 5085.3-2007）中規(guī)定的危險(xiǎn)廢物質(zhì)量濃度的限值，因此CFB飛灰不屬于危險(xiǎn)固體廢棄物，而屬于一般工業(yè)固體廢棄物。其重金屬濃度也低于《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978-1996）要求，進(jìn)一步表明CFB飛灰屬于第Ⅰ類(lèi)一般工業(yè)固體廢棄物，其堆存過(guò)程或利用過(guò)程中產(chǎn)生的滲濾液若也滿(mǎn)足污水排放要求，可以向環(huán)境排放。其重金屬質(zhì)量濃度也低于《固廢利用技術(shù)導(dǎo)則》規(guī)定的重金屬浸出濃度限值，表明CFB飛灰滿(mǎn)足工業(yè)固廢填筑路基的浸出要求。

固體廢物放射性是否滿(mǎn)足要求，也是固廢再生利用必須提前進(jìn)行評(píng)估的指標(biāo)。為此，同樣選用隰吉高速公路臺(tái)背回填用CFB飛灰，委托第三方依據(jù)《建筑材料放射性核素限量》（GB 6566-2010）進(jìn)行測(cè)試。

放射性檢驗(yàn)結(jié)果顯示，100%的CFB飛灰放射性檢驗(yàn)內(nèi)照射指數(shù)為0.7，外照射指數(shù)為1.1，滿(mǎn)足《建筑材料放射性核素限量》（GB 6566-2010）A類(lèi)裝飾裝修材料的要求，公路路基處于路面以下，且與人接觸時(shí)間遠(yuǎn)低于建筑裝修裝飾材料，因此可以斷定CFB飛灰的放射性不會(huì)對(duì)人及環(huán)境產(chǎn)生危害。

三、CFB爐渣處治土的組成設(shè)計(jì)與性能研究

如表1所示，隨著爐渣的摻入，混合料的最大干密度降低，這是因?yàn)闋t渣密度較輕，一定程度上可降低土體自重，從而降低工后沉降。觀察擊實(shí)試驗(yàn)過(guò)程，爐渣土擊實(shí)后試件完整，結(jié)構(gòu)密實(shí)，表明CFB爐渣處治土具有很好的壓實(shí)特性。

表1 不同爐渣摻量的擊實(shí)結(jié)果

為研究爐渣對(duì)土的改良增強(qiáng)作用，測(cè)定了上述系列CFB摻量爐渣在相同擊實(shí)功下，即擊實(shí)次數(shù)為50次時(shí)的CBR值，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 爐渣摻量對(duì)爐渣土CBR的影響

結(jié)果表明，采用簡(jiǎn)化CBR試驗(yàn)，即50次擊實(shí)，爐渣處治土的壓實(shí)度較素土高2%～4%，可見(jiàn)爐渣處治土具有更好的壓實(shí)特性；在相同擊實(shí)功下，爐渣土CBR值隨爐渣摻量增加而不斷增大，其中爐渣摻量為10%時(shí)，壓實(shí)度93%對(duì)應(yīng)的CBR即可達(dá)到27%，較素土提高285%，爐渣摻量提高至30%時(shí)，CBR值提高至126.8%，超過(guò)傳統(tǒng)石灰改良土和低摻量水泥改良土CBR。

表3 飛灰摻量對(duì)擊實(shí)特性的影響

表4 飛灰摻量對(duì)CBR的影響

四、CFB飛灰處治土的組成設(shè)計(jì)與性能研究

飛灰摻量對(duì)CFB飛灰處治土擊實(shí)特性的影響研究結(jié)果表明，隨著飛灰摻量增加，混合料含水率不斷增加，這與CFB飛灰表面粗糙、需水量大相一致；隨著飛灰摻量增加，混合料干密度不斷下降，這是因?yàn)镃FB爐渣密度較低，其中飛灰摻量10%時(shí)，混合料容重降低7%。

隨著飛灰摻量增加，處治土CBR先增加后降低，在10%時(shí)達(dá)到最佳，此時(shí)CBR可達(dá)22.6%，較素土增加218%。這是因?yàn)樵撆物w灰f-CaO含量較低，僅0.28%，因而化學(xué)固化作用較弱，主要為物理填充作用，在10%時(shí)填充效應(yīng)達(dá)到最高。

五、CFB灰渣處治土的推廣應(yīng)用前景

（一）技術(shù)可行性

總結(jié)CFB爐渣和CFB飛灰處治土臺(tái)背回填試驗(yàn)段成果，CFB爐渣處治土可采用預(yù)拌的方式拌和均勻，再用平地機(jī)配合裝載機(jī)攤鋪后采用壓路機(jī)碾壓，效果良好，壓實(shí)度可達(dá)到96%以上；而從性能指標(biāo)上來(lái)看，30%爐渣處治土CBR值較素土提高近3倍，達(dá)到28.3%，完全滿(mǎn)足路基路床填筑CBR的要求；CFB飛灰處治土按照水泥處治土網(wǎng)格布灰后路拌碾壓，壓實(shí)效果良好，飛灰摻量8%～10%CBR值即可達(dá)到27%以上，完全滿(mǎn)足路基路床填筑CBR的要求。

（二）社會(huì)效益分析

CFB灰渣處治土新型材料的開(kāi)發(fā)，一方面解決了CFB灰渣無(wú)法低成本高效率處理的難題，促進(jìn)了煤炭清潔利用的發(fā)展；另一方面減少臺(tái)背回填對(duì)沙礫或者水泥等材料的消耗，同時(shí)減少了灰渣堆存和水泥等材料生產(chǎn)加工時(shí)造成的環(huán)境污染，有利于資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)。