干法脱硫灰用作路基材料的应用研究

为了评估干法脱硫灰用作路基材料的可行性，本研究通过室内击实、无侧限抗压强度试验，检测干法脱硫灰的最佳含水率、最大干密度及无侧限抗压强度，并建设脱硫灰不范工程道路。结果表明，脱硫灰28d、180d无侧限抗压强度分别为4.3MPa,11.3MPa，道路路面弯沉值为59mm，可满足四级公路路面弯沉值设计要求。

干法脱硫灰的成分及性质受煤种、脱硫剂和工况等的影响而有所不同。根据脱硫灰的特性，目前国内外已研究开发包括水泥、蒸压砖、加气混凝土砌块、砂浆等诸多干法脱硫灰产品。

二灰土是由石灰、粉煤灰和土，经加水拌合、养生后形成的具有一定抗压强度的筑路材料，被广泛地用于公路路基施工。脱硫灰是半水亚硫酸钙、消石灰、碳酸钙等钙基化合物及粉煤灰的混合物，含有二灰土的主要组分。脱硫灰中的消石灰与粉煤灰加水后，会发生类水泥的胶凝性反应生成水化硅酸钙，从而产生强度，具有路基材料应用的理论可行性。

本文利用火电厂脱硫灰的理化特性，提出一种新型综合利用方式，尝试将干法脱硫灰用于公路等地基软弱土的换填，增强路基、地基的承载力。

1原材料与试验方法

1.1原材料

脱硫灰：来自热电厂煤粉炉烟气干法脱硫工艺所产生的副产物。脱硫灰的元素组成通过X射线荧光光谱分析(XRF)获得，其元素组成以氧化物表示如表1所示。

表1脱硫灰的主要元素组成/%

脱硫灰的矿物组成通过XRD分析、热重分析（TGA)、X射线荧光光谱分析(XRF)和有效钙分析等方法联合测定，结果如表2所示。

表2脱硫灰的矿物成分组成/%

由表2脱硫灰的矿物成分分析结果可知，干法脱硫灰是CaSO3˙1/2H2O、Ca(OH)2等钙基化合物及粉煤灰的混合物。粉煤灰本身不具有胶凝性，但与脱硫灰中的Ca(OH)2作用，会发生类水泥的胶凝性反应生成水化硅酸钙，从而产生强度。

1.2试验方法

最大干密度、最佳含水率、无侧限抗压强度的测定主要依据GB/T50123-1999《土工试验方法标准》进行。

2结果与分析

2.1最大干密度和最佳含水率

采用标准击实试验测定脱硫灰的最佳含水率及最大干密度。试验结果如图1所示，脱硫灰的最佳含水率wopt=29.87%，最大干密度ρ=1.309g/cm3

图1脱硫灰含水率与干密度的关系

2.2无侧限抗压强度

根据脱硫灰的最佳加水量，成型击实样品，测定各养护龄期的无侧限抗压强度。测定结果如图2所示，脱硫灰击实试块随着养护龄期增加，强度呈增长的趋势。养护120d后，无侧限抗压强度可达到7.51MPa。

图2脱硫灰各龄期无侧限抗压强度

3脱硫灰道路示范工程

基于试验研究结果可知，脱硫灰具有良好的胶凝特性，具有优质路基材料的特性，具有用于加固公路等路基、地基的承载力潜能，为了验证其实际应用效果，建设了干法脱硫灰沥青混凝土四级道路示范工程。

3.1示范工程道路情况简介

该试验段道路位于新疆石河子市，长550m,建设时间为2016年10月。原道路土基为软弱土层，不能满足道路承载力要求，设计试验路段采用脱硫灰作为底基层和换填层材料，其路面结构设计示意图如图3所示。

图3脱硫灰道路结构示意图

3.2脱硫灰道路施工流程

脱硫灰用于道路换填层、底基层，使用施工机具及方法与传统二灰土、戈壁土基本相同，主要包括推土机、平地机、压路机等。

道路施工工艺流程为：路基脱硫灰换填压实、脱硫灰底基层摊铺压实、级配料上基层摊铺压实、沥青混凝土面层摊铺压实。其中脱硫灰用作道路换填层或基层材料的主要试验和施工流程如图4所示。

图4脱硫灰结构层主要施工流程

3.3路面弯沉值检测

脱硫灰沥青路面弯沉值检测采用贝克曼梁法，检测结果如表3所示，弯沉试验检测的平均值为59mm,满足四级公路路面设计要求小于130.2mm的要求。

表3脱硫灰沥青混凝土路面的弯沉检测结果/mm

3.4结构强度跟踪检测

为了解脱硫灰结构层强度发展状况，对试验路段的脱硫灰结构层进行钻芯取样检测强度。道路通行28d、半年、一年后分别进行钻芯取样检测强度，检测结果如表4所示，28d强度为4.3MPa左右，180d后强度为11.6MPa左右，360d后强度为16.0MPa左右，脱硫灰道路结构层随着养护周期的增加，强度持续显著增长，可提高整体道路的承载力。

表4试验道路脱硫灰结构层无侧限抗压强度检测结果/Mpa

3.5路面使用性能监测

该试验路段通车一年半，经过2个冬季、1个夏季的交通运载负荷，路面使用性能良好，可经受冻融循环考验，未出现路面沉降、裂缝、坑洞、松散等不良现象。