CFB灰渣處治土在公路工程中的應用

張永強 胡凱麗

（1.山西路橋建設集團呂梁國道項目建設管理有限公司，山西 呂梁 033000；2.山西路眾道橋有限公司，山西 太原 030006）

一、背景

循環流化床（Circulation Fluidized Bed，簡稱“CFB”）鍋爐燃燒技術是一種潔凈燃煤技術，常被用于煤矸石、煤泥等低熱值燃料的發電，與普通燃煤電廠煤粉爐相比，具有燃燒適應性廣，燃燒強度大等優勢，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℃，且采用爐內噴鈣脫硫工藝，從而導致產生的CFB灰渣與溫度可達1200℃的燃煤電廠鍋爐排放粉煤灰有很大的差別，主要表現在SO3、f-CaO、含碳量高，需水量大等，導致其無法如傳統粉煤灰一樣應用于水泥混凝土等領域，而多采用填埋方式處置，不僅處置費用較高而且污染環境。

與此同時，公路建設路基施工過程中，常因項目周邊土場土質承載比不達標，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，及其在國道209呂梁改線工程，以及隰吉高速公路項目工程的應用研究，得出CFB飛灰、CFB爐渣處治土用于臺背回填等路基填筑工程，可達到與低摻量水泥處治土、石灰處治土相同的效果，經處治后土體CBR值可滿足各等級公路路堤、路床填筑要求，同時消納大量CFB灰渣，可達到降低資源消耗、保護環境，同時提高工程質量降低工程造價的目的，社會、經濟效益顯著。

二、CFB灰渣特性研究

CFB灰渣是CFB飛灰和CFB爐渣的合稱，其中CFB飛灰是指循環流化床鍋爐煙道氣體經除塵收集的粉末，CFB爐渣是指從循環流化床鍋爐底部收集的殘渣。本文以某電廠為例，研究了CFB灰渣化學成分及物理特性。

（一）成分分析

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

（二）物理化學特性

CFB爐渣：CFB爐渣呈砂狀，具有連續級配，最大粒徑10mm，疏松多孔性質，堆積密度僅1100kg/m3～1300kg/m3。

CFB飛灰：CFB飛灰細度較大，表面積可達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。

（三）環境污染評價

工業固體廢棄物再利用時，必須保證不會對環境產生二次污染。為此，選用隰吉高速公路臺背回填用CFB飛灰，委托第三方依據《危險廢物鑒別標準浸出毒性鑒別》（GB 5085.3）進行了測試，結果表明CFB飛灰樣品的重金屬質量濃度均遠小于《危險廢物鑒別標準浸出毒性鑒別》（GB 5085.3-2007）中規定的危險廢物質量濃度的限值，因此CFB飛灰不屬于危險固體廢棄物，而屬于一般工業固體廢棄物。其重金屬濃度也低于《污水綜合排放標準》（GB 8978-1996）要求，進一步表明CFB飛灰屬于第Ⅰ類一般工業固體廢棄物，其堆存過程或利用過程中產生的滲濾液若也滿足污水排放要求，可以向環境排放。其重金屬質量濃度也低于《固廢利用技術導則》規定的重金屬浸出濃度限值，表明CFB飛灰滿足工業固廢填筑路基的浸出要求。

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

放射性檢驗結果顯示，100%的CFB飛灰放射性檢驗內照射指數為0.7，外照射指數為1.1，滿足《建筑材料放射性核素限量》（GB 6566-2010）A類裝飾裝修材料的要求，公路路基處于路面以下，且與人接觸時間遠低于建筑裝修裝飾材料，因此可以斷定CFB飛灰的放射性不會對人及環境產生危害。

三、CFB爐渣處治土的組成設計與性能研究

如表1所示，隨著爐渣的摻入，混合料的最大干密度降低，這是因為爐渣密度較輕，一定程度上可降低土體自重，從而降低工后沉降。觀察擊實試驗過程，爐渣土擊實后試件完整，結構密實，表明CFB爐渣處治土具有很好的壓實特性。

表1 不同爐渣摻量的擊實結果

為研究爐渣對土的改良增強作用，測定了上述系列CFB摻量爐渣在相同擊實功下，即擊實次數為50次時的CBR值，試驗結果如表2所示。

表2 爐渣摻量對爐渣土CBR的影響

結果表明，采用簡化CBR試驗，即50次擊實，爐渣處治土的壓實度較素土高2%～4%，可見爐渣處治土具有更好的壓實特性；在相同擊實功下，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，壓實度93%對應的CBR即可達到27%，較素土提高285%，爐渣摻量提高至30%時，CBR值提高至126.8%，超過傳統石灰改良土和低摻量水泥改良土CBR。

表3 飛灰摻量對擊實特性的影響

表4 飛灰摻量對CBR的影響

四、CFB飛灰處治土的組成設計與性能研究

飛灰摻量對CFB飛灰處治土擊實特性的影響研究結果表明，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，這是因為CFB爐渣密度較低，其中飛灰摻量10%時，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%時達到最佳，此時CBR可達22.6%，較素土增加218%。這是因為該批次飛灰f-CaO含量較低，僅0.28%，因而化學固化作用較弱，主要為物理填充作用，在10%時填充效應達到最高。

五、CFB灰渣處治土的推廣應用前景

（一）技術可行性

總結CFB爐渣和CFB飛灰處治土臺背回填試驗段成果，CFB爐渣處治土可采用預拌的方式拌和均勻，再用平地機配合裝載機攤鋪后采用壓路機碾壓，效果良好，壓實度可達到96%以上；而從性能指標上來看，30%爐渣處治土CBR值較素土提高近3倍，達到28.3%，完全滿足路基路床填筑CBR的要求；CFB飛灰處治土按照水泥處治土網格布灰后路拌碾壓，壓實效果良好，飛灰摻量8%～10%CBR值即可達到27%以上，完全滿足路基路床填筑CBR的要求。

（二）社會效益分析

CFB灰渣處治土新型材料的開發，一方面解決了CFB灰渣無法低成本高效率處理的難題，促進了煤炭清潔利用的發展；另一方面減少臺背回填對沙礫或者水泥等材料的消耗，同時減少了灰渣堆存和水泥等材料生產加工時造成的環境污染，有利于資源節約和環境保護。