燒結干法脫硫灰在再生石路基材料中應用

武 猛

（1.中國二十冶集團有限公司；2.上海星欣科技發展有限公司，上海 201999）

燒結干法脫硫灰在再生石路基材料中應用

武 猛1，2

（1.中國二十冶集團有限公司；2.上海星欣科技發展有限公司，上海 201999）

脫硫灰是粉煤灰和脫硫副產物的混合物，其物理性能、化學性能與普通粉煤灰相比有很大差別。目前，脫硫灰沒有成熟的利用途徑，大多閑置堆放，既污染環境，又浪費資源。本文利用燒結干法脫硫灰取代部分石灰和粉煤灰，研究了再生碎石取代天然碎石后路基材料的各項性能。用脫硫灰取代15%的石灰、粉煤灰時，路基材料的各項性能達到最佳，這為固體廢棄物的再利用提供可能性，降低了路基材料的成本，具有良好的社會效益和經濟效益。

燒結干法脫硫灰；路基材料；再生石

長期以來，我國形成了煤炭占主要地位的能源結構，以火力發電為主的發電模式造成大氣污染日益嚴重。隨著我國對二氧化硫污染控制的加強，全國主要的煉鋼、煉鐵、煤電等燃煤企業在排放煙氣時都增加了脫硫工序。目前，國內外均有對脫硫副產物處理方面的研究[1-2]，但是大都集中在濕法脫硫副產物的處理方面，干法脫硫是一種脫硫新工藝，其副產物與傳統濕法脫硫副產物有諸多的不同[3-4]，而在這方面國內外的研究尚不多見，因此有必要對其處理進行深入的研究。脫硫灰顆粒很細，含濕量低，呈干粉狀，灰白色，為粉煤灰和脫硫副產物的混合物，物理性能和化學性能跟普通粉煤灰相比有很大差別，其主要礦物組成有 CaSO3、CaSO4、CaO、Ca(OH)2和 CaCO3，此外還有來源于粉煤灰的礦物成分，如莫來石、石英等。目前，脫硫灰沒有成熟、理想的利用途徑，大多閑置堆放，既污染環境，又浪費資源。

本文通過制備石灰、粉煤灰、燒結干法脫硫灰穩定廢棄混凝土再生碎石，不僅實現脫硫副產物和廢棄混凝土兩種固廢的再利用，還提高了路基材料的性能，降低了路基材料的成本。

1 原材料及儀器設備

1.1 原材料

1.1.1 石灰

本試驗所用熟石灰產自太倉市東方冶金制品廠，其活性物質（CaO+MgO）含量（質量分數）為61.0%。根據《公路路面基層施工技術規范》中石灰的技術標準，該石灰品質達到Ⅱ級，符合公路用路基材料要求。

1.1.2 粉煤灰

本試驗所用粉煤灰為上海寶鋼電廠產原狀灰，其化學成分如表1所示。

表1 寶鋼電廠原狀灰化學成分（%）

1.1.3 燒結干法脫硫灰

本項研究所用的燒結干法脫硫灰為上海寶鋼燒結廠生產的燒結干法脫硫灰，其化學成分如表2所示。

表2 寶鋼燒結干法脫硫灰化學成分（%）

1.1.4 廢棄混凝土再生碎石

本項研究所用廢棄混凝土再生碎石由上海寶鋼十三冶錢潘建筑材料有限公司生產，級配滿足表3的要求。

表3 廢棄混凝土再生碎石級配

1.2 儀器設備

1.2.1 成型模具

實驗所用成型模具有兩種，一種為Ф70╳70圓柱形鋼模及配套上下壓頭，另一種為Ф150╳150圓柱形鋼模。

1.2.2 擊實儀

實驗所用擊實儀為天津市長達實驗儀器廠生產CSK-V1型齒輪式多功能電動擊實儀。

1.2.3 脫模器

實驗所用脫模器為天津建科試驗儀器廠生產LQT150D型電動脫模器。

1.2.4 壓力機

實驗所用壓力機為金華市試驗機總廠生產TYE-300型液壓式壓力試驗機。

2 試驗結果及分析

2.1 凍融循環試驗

根據《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》JTG E51-2009對基準二灰穩定廢棄混凝土再生碎石試件及石灰、粉煤灰、燒結干法脫硫灰穩定廢棄混凝土再生碎石試件進行5次凍融循環試驗，結果如表4所示。

表4 凍融循環試驗結果

由表4可以看出，經過五次凍融循環以后與基準二灰穩定廢棄混凝土再生碎石相比，摻入15%和20%的燒結干法脫硫灰，試塊經過五次凍融循環后，其質量變化率均有所減少，抗壓強度損失率均有所降低，可見燒結干法脫硫灰的加入可以明顯提高無機結合料的抗凍性，當燒結干法脫硫灰的摻量為15%時，其抗凍性最好。

2.2 水穩定性試驗

如果材料組合不當，二灰穩定碎石基層容易因長期處于潮濕環境中而導致強度下降，特別是在干濕變化的情況下容易產生裂縫，影響到路面的使用性能。常用水穩定性系數試驗和干濕循環試驗來檢驗路基材料的水穩定性。

2.2.1 水穩定性系數試驗

水穩定性系數試驗用來檢測長期承受潮濕環境的能力，計算公式為

式中，Rw為試件水養生時無側限抗壓強度（MPa）；R0為試件標準養生時無側限抗壓強度（MPa）。試件的制備按規范規定的方法進行，試件尺寸為：直徑×高＝150 mm×150 mm，密實度為95%。經恒溫恒濕養生48 h后置于水中養護，養護溫度為20±2℃，分別測試7 d、28 d和90 d強度，計算出不同齡期的水穩定系數，如圖1所示。

圖1 不同齡期水穩定性系數

由圖1可以看出，當無機結合料中摻入燒結干法脫硫灰后，各浸水時間下其水穩定系數都有所提高，當摻量為15%時，同齡期下的水穩定系數最高。因此，在工程應用中建議燒結干法脫硫灰的摻量為15%，可以有效提高路基材料的服役年限。

2.2.2 干濕循環試驗

干濕循環試驗用于檢測抵御干濕交替狀況的能力。規范沒有干濕循環的實驗方法，結合前人的研究方法與現有的實際實驗條件，人們采用24 h一個循環的制度，首先將試塊在烘箱里以85±5℃烘6 h，然后將試塊取出，置于20±5℃的溫度和60±5%的濕度下冷卻1.5 h，再放入溫度為20±2℃的水中浸泡16 h后，取出放在空氣中以22±5℃和60±5%的濕度晾干0.5 h，一個干濕循環結束。在試塊烘干冷卻后和出水晾干后均要稱量其質量，當質量損失率超過5%時即可停止試驗。

規范沒有關于干濕循環的統一評價指標，人們在試驗中主要關注的指標是干濕循環后的質量和強度變化。因此，人們參考凍融循環的抗凍指數，定義了兩個指標：干濕循環質量損失率和強度損失率。

式中，干濕循環質量損失率為經過n次干濕循環后試件的質量變化率（%）；mn為經過n次干濕循環后試件的質量（g）；m0為干濕循環前試件的質量（g）。

式中，干濕循環強度損失率為n次干濕循環后試件的抗壓強度損失率（%）；Rn為經過n次干濕循環后試件的抗壓強度（MPa）；R0為對比試件的抗壓強度（MPa）。

本試驗選用未摻入脫硫灰的基準二灰穩定廢棄混凝土再生碎石與摻入15%和20%燒結干法脫硫灰的試件進行30次干濕循環試驗，試驗所得質量變化率和強度損失率如表5所示。

由表5可以看出，與基準二灰穩定廢棄混凝土再生碎石相比，摻入15%和20%的燒結干法脫硫灰后制備試件的質量損失率均有明顯下降，強度損失率均呈有明顯提高，這反映出材料在干濕交替環境下的耐久性有較大的提高。

表5 干濕循環試驗結果

結合水穩定性系數試驗及干濕循環試驗結果可以看出，摻入15%的脫硫灰不但可以節約石灰粉煤灰的用量，還可以明顯改善材料的耐水性，有利于延長材料的使用壽命，降低后續維修費用。

3 結論

利用燒結干法脫硫灰替代石灰和粉煤灰，可以穩定天然碎石和再生碎石路基材料，均能有效提高其性能。同時，再生碎石取代天然碎石在路基材料中應用，路基材料的強度雖有所下降，但遠滿足于標準的要求，說明用燒結干法脫硫灰替代部分石灰和粉煤灰，同時用再生碎石替代天然碎石，路基材料的性能變化不大，滿足標準的要求。摻入15%的燒結干法脫硫灰，不但可以節約石灰和粉煤灰的用量，而且其性能達到最佳，各個齡期的強度均要大于摻入量為20%的燒結干法脫硫灰。燒結干法脫硫灰可以明顯提高無機結合料的抗凍性，其抗壓強度損失率均降低，改善了路基材料的耐水性，有利于延長材料的使用壽命，降低后續維修費用。

1 王紅梅，王 凡，張 凡.半干半濕法脫硫灰制磚實驗研究[J].環境科學研究，2004，（17）：141-149.

2 王 乾，殷鈺峰.半干法延期脫硫技術[J].動力工程，能源研究與利用，2007，（4）：1-4.

3 任 麗，王文龍，馬春元，等.干法半干法脫硫灰全新利用途徑探索研究[J].熱力發電，2009，（10）：14-18.

4 趙霄龍，張仁瑜.固體廢棄物在建筑工程中的再生應用[J].建設科技，2008，（12）：38-43.

Application of Sintering Dry Desulfurization Ash in Recycled Stone Subgrade Materials

Wu Meng1,2
(1.China Twenty Metallurgical Group Co., Ltd.; 2.Shanghai Xingxin Technology Development Co., Ltd., Shanghai 201999)

Desulphurized ash is a mixture of fly ash and desulfurization byproducts.Its physical and chemical properties are very different from those of ordinary fly ash.At present, the desulfurization of ash is not mature use of the way, most of the idle stacking, both pollution of the environment, but also a waste of resources.In this paper, some properties of lime and fly ash were replaced by sintering dry desulfurization ash, and the properties of regenerated crushed stone were studied.When 15% lime and fly ash are replaced with desulfurized ash, the performance of the subgrade material is the best, which provides the possibility of reusing the solid waste, reduces the cost of the roadbed material, has good social benefits and economy benefit.

sintering dry desulfurization ash; roadbed material; recycled stone

X757 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500(2017)08-0047-03

2017-06-11

武猛（1983-），男，山東泰安人，碩士，工程師，研究方向：建筑施工。