摘 要：為了減少固體廢棄物填埋引起的環境污染，防止二次污染的産生，提出CFB集料的概念，通過對CFB灰渣理化性質分析，以水泥為結合介質，CFB灰渣為研究對象，對CFB灰渣的使用性能進行了詳細分析。結果表明：CFB灰渣摻入混凝土中，通過離子交換作用、火山灰反應增強顆粒之間的連接強度與内摩擦力，從而達到固化處治、提高強度、剛度和穩定性的目的，對于工業固體廢渣在土木工程中二次利用的應用研究有一定的指導意義，工程應用實例證明CFB灰渣工作性能、力學性能均可滿足要求。

關鍵詞：新型材料;代換;固廢利用;環境保護;降低能耗;

作者簡介：郭華(1977-),男,高級工程師，主要研究方向：新型建築材料與公路固廢的利用。;

盡管當前國内外針對循環流化床鍋爐灰渣在建築材料領域的資源化利用開展了一定的研究，但對循環流化床鍋爐灰渣的分類、理化性質無系統性研究，不能被廣泛應用于無害化、大體量化資源化利用；循環流化床鍋爐灰渣的火山灰反應較為緩慢，其強度在60d後或90d後才體現出來，總體來說，目前，尚不能實現循環流化床鍋爐灰渣大體積資源化利用，始終存在以上問題難以解決，從而制約了其科學、高效利用。

循環流化床鍋爐灰渣是是煤化工企業、火力發電廠采用循環流化床鍋爐(CirCulating Fluidized Bed(循環流化床)的英文縮寫，簡稱 CFB)發電，從鍋爐煙道和爐底排出的飛灰和爐渣，屬于煤化工固體廢渣。CFB鍋爐的燃燒溫度為850～950℃,且采用爐内噴鈣脫硫工藝，從而導緻産生的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别。

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緻，見表1。

表1 循環流化床鍋爐灰渣化學組成分析表

(1)李香遠等[1,2,3,4]認為由于采用循環固硫技術，燃煤在流化床燃燒過程中完成固硫過程，而且循環流化床燃燒具備比較高的脫硫效率，因此固硫灰渣中含有比較高的 SO3,且由于固硫劑中隻有20%～40%的CaO能夠參與固硫反應，而且為了提高固硫效率。許先義等[5,6,7,8]認為一般循環流化床中鈣硫比相對理論值要高一些，一般在2.0～2.5之間，随着固硫劑加入，固硫灰渣中會産生遊離氧化鈣，從而導緻固硫劑中含有比較高的分解後殘留的遊離氧化鈣。已有的研究顯示，固硫渣的化學組成根據不同地區、不同廠家、不同鍋爐以及廢棄灰渣排放時間的差異而存在較大變化。

(2)由以上分析得知，循環流化床鍋爐灰渣作為一種工業固體廢棄物，也可以作為一種應用局限性的新型建築材料存在，尤其是該種材料SO3含量較高，CFB爐渣為6.4%,CFB飛灰為5.2%,且均含有微量f-CaO不安定成分，同時，CFB飛灰CaO含量高，抗凍性差；CFB爐渣SO3超标(4%～8%),易産生膨脹。故而，該種材料暫适用于小型預制構件(即采用CFB爐渣代換機制砂，CFB飛灰代換粉煤灰或礦粉，詳見後述)、改良土、采空區等，能否用于承重構件、大型預制構件、公路工程的關鍵部位，有待進一步研究。

以0.075mm為界，以上為CFB爐渣(通過率約10%),以下為CFB飛灰(通過率約90%),固硫灰為粉體狀，其比表面積一般在 300m2/kg左右，其45μm以上的顆粒比粉煤灰的略高。除此之外，循環流化床燃煤灰渣中含有較高的燒失量(約10%～15%,依各生産企業鍋爐型号不同各異),主要以無定形炭的形式存在。

(1)CFB爐渣呈砂狀，具有連續級配，最大粒徑9.5mm見表2,具有疏松多孔性質，壓碎值較大(30%～35%),疏松多孔、吸水率大、堆積密度僅1100～1300kg/m3。

(2) CFB飛灰細度較大，比表面積可達300～600m3/kg, 其中Fe2O3含量較高，故而顔色偏紅，飛灰具有較好的水化活性，細度高，活性好，但需水量較大(>150單位),在潮濕空氣中即可變硬闆結。

以上分析進一步印證了1.2.1(2)的分析結果。

表2 循環流化床鍋爐灰渣顆粒組成分析表

表3 循環流化床鍋爐灰渣浸出毒性檢測結果表

表4 循環流化床鍋爐灰渣放射性檢測結果表

表3、表4分析結果表明：循環流化床鍋爐灰渣浸出濃度及放射性滿足要求。

循環流化床鍋爐灰渣作為煤化工企業、火力發電廠的工業固體廢棄物，當作一種建築材料，确實存在一定的應用局限性，但在公路工程中非承重構件、非關鍵部位完全可以應用。目前，CFB灰渣的應用方向主要有小型預制構件、采空區注漿填充、改良土工程， 2020年，以CFB灰渣為主要原材，在山西路橋在建項目大面積推廣使用，各項性能指标滿足相關技術施工規範要求。

張家家等認為CFB灰渣具有自硬性，含有CaO、CaSO4,對土具有改性作用。圖1、圖2試驗表明，飛灰與爐渣均能顯著提高土體CBR,其中CFB爐渣效果更明顯。當爐渣、飛灰摻量為10%時，完全滿足各等級公路路基路床填築材料的CBR要求[9,10]。

圖1 CFB爐渣摻入土體後CBR變化曲線圖

圖2 CFB飛灰摻入土體後CBR變化曲線圖

針對公路采空區空間大、注漿充填材料水固比高、強度低的特點，結合CFB灰渣活性及高硫、高鈣膨脹性，研究開發了CFB灰渣注漿充填材料，水泥CFB飛灰雖需水量大，水固比高，但是強度高且有微膨脹性，成型的試件未見開裂；而同流态水泥粉煤灰漿試件出現了明顯的收縮開裂，突顯了CFB灰渣作為注漿填充材料的優越性(表5)。

采用CFB爐渣做機制砂，CFB飛灰代替粉煤灰與礦粉，通過砂率優化，輔以專用外加劑的使用，研制出的CFB灰渣砂石混凝土，28d強度可達49MPa, 抗凍性能好，經50次凍融循環，強度損失僅3.67%,遠低于25%的限制。碎石CFB灰渣混凝土及純CFB灰渣混凝土已經在山西呂梁國道209項目的小型構件中成功試用，由于CFB灰渣較高活性，配制的的混凝土早期強度高，脫模時間短，28d抗壓強度可達30～45MPa; 同時由于CFB飛灰黏聚性良好，運輸過程中不潑灑，施工性能好；且CFB灰渣質量較輕，大幅降低了構件質量，易于搬運、拼裝，見表6、表7、圖3。

表5 循環流化床鍋爐灰渣注漿充填材料性能對比表

表6 循環流化床鍋爐灰渣與普通混凝土對比表

表6 循環流化床鍋爐灰渣與普通混凝土對比表

由表6可分析得出，CFB灰渣混凝土28d強度可達到50MPa以上，抗凍性良好。

表7 循環流化床鍋爐灰渣配合比及工作性能表

表7 循環流化床鍋爐灰渣配合比及工作性能表

圖3 CFB爐渣混凝土生産工藝流程圖

進行尾礦資源的綜合利用，不但可以二次利用礦産資源，延長其服務年限，擴大其利用範圍，同時也是保護生态環境與治理污染排放的有力手段。本文針對項目周邊鐵尾礦等工業固廢排放、儲存、環境污染、安全隐患、綜合利用難度大等社會問題，緊密結合該項目石料資源供應緊張的現實問題，研究的社會效益和經濟效益不言而喻。

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