全煤灰控制性低強度材料(CA-CLSM)簡介

前言

台電的火力發電,分為燃煤、燃油及燃氣。而煤灰(Coal Ash)為燃煤火力發電廠之副產物,台電長期致力於煤灰資源化的研發工作,近年來研發出全煤灰控制性低強度材料(Coal Ash Controlled Low Strength Materials以下簡稱CA-CLSM)。CA-CLSM是一種具有可控制低強度的材料,除了可做為管溝的回填外,更可以應用於低強度的土木工程結構體,是一種具有資源再利用、節能減碳、促使環境永續等,多重效益的材料。台電為向政府及民間工程界推廣,特別舉辦CA-CLSM說明會,並藉此與需求單位進行雙向溝通,筆者為台電的退休人員,而舉辦地點,又是筆者曾經工作三年有餘的林口發電廠,趁參加說明會之便可舊地重遊,乃欣然報名參加。玆將參與說明會所獲之心得,簡介如下。

CA-CLSM創新過程

煤灰(飛灰、底灰)之研發成果,於97年就開始散見於報章、雜誌,及在相關的研討會發表,於研發同時,適逢燃煤火力電廠副產物-飛灰,銷售量驟降滯銷,灰塘空間急劇減少,飛灰亟需去化,台電因此思考:若可使煤灰合法再利用,則對台電將可獲得極佳的經濟效益,經由台電於實驗中不斷嘗試,提出創新構想,終於研發成功CA-CLSM,其材料配比,主要以燃煤電廠之底灰為細骨材,飛灰則同時扮演水泥及細骨材的功能,飛灰的圓球顆粒,使CA-CLSM具有良好的工作性,而底灰的多孔性,使CA-CLSM的透水性,優於傳統的低強度控制性低強度材料(Controlled Low Strength Materials以下簡稱 CLSM),其晚期強度不至於過高,符合傳統的CLSM性質要求。

表1 傳統CLSM與台電初期研發之CA-CLSM配比對照表

使用原料

台北市政府養銃之CLSM規範(傳統CLSM)

CA-CLSM

早強型

一般型

水泥膠結料(kg/m3

180-200

129

85

爐灰(kg/m3

50-100

304(飛灰)

342(飛灰)

水(kg/m3

180-220

240-260

180-220

W/B

依配比試驗結果決定,通常大於1

依配比試驗結果決定,

通常大於1

粗粒料(kg/m3

200-400

-

-

細粒料(kg/m3

1280-1480

-

-

底灰(kg/m3

-

855

855

摻料

速凝劑、發泡劑

早強劑

 

 

表2 CA-CLSM經過試驗結果數據

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CA-CLSM推動管溝回填過程

台電之電力系統地下化工程,管線開挖後,在狹窄的壕溝內,配置之密佈管線後回填,原係使用流動性佳且利於再開挖低強度的
CLSM,而CLSM材料主要配比材料,是水泥、爐灰及粗、細骨材等,係依據台北市政府養工處的材料規範。

隨著砂石等原物料之價格飛漲,CLSM之單價一再提高,台電基於以上原因,乃訂定管溝回填工程強制使用CL-CLSM政策,歷經一再的修改CA-CLSM配比,將飛灰量提高,底灰量降低,經過相關工程試驗結果,證明不僅完全符合傳統CLSM要求,而且工作性也更好後,乃於公司內部,舉辦多次工程應用推廣說明會,並請相關人員先後至竹北電纜管路、中區光纖管路、南區污水管路等,開挖回填示範工程觀摩體驗及研討,終於獲得工程人員的認同、接受,再依據試驗獲得的經檢及結果,召開無數次台電各工程單位間之規範討論會,結果制訂「台電公司高煤灰量CLSM作業要點」,及附件施工綱要規範「第03377A章高煤灰量控制性低強度回填材料」後,開始推動台電公司內部管溝回填工程,使用CA-CLSM材料。

表3 台電使用於管溝工程之CA-CLSM建議配比(99年7月修正版)

類別

水泥註1

飛灰

粒料

化學摻料註4

底灰註2

粗細粒料註3

 

全煤灰

50-100

500-1000

480-500

0-500

0註5

一般型:0~5

早強型:55~60

高煤灰(Ⅰ)

50-100

500-600

380-400

0-100

800-1000

一般型:0~5

早強型:25~30

高煤灰(Ⅱ)

50-100

200-300

380-400

200-300

800-1000

一般型:0~5

早強型:20~25

備註:

  1. 水泥原則上採用卜特蘭Ⅰ型水泥,經甲方同意可採其他類型水泥,如早強水泥。
  2. 底灰用量為烘乾重,底灰含水量已併計於CLSM用水量中。
  3. 粗細粒料用量為面乾內飽和重。
  4. 各配比可佐以適量之化學摻料以達性能需求,CLSM常使用早強劑以符合可續行工作時間之要求,其用量依可續行工作時間調整。
  5. 全煤灰CLSM若有拌和不均勻問題,經甲方同意後,可摻加適量粗細粒,惟摻加量不可超過200 kg/m3

 

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CA-CLSM相關試驗圖

 

應用案例

1.彰濱工業區線西灰塘隔堤

本案主要的工作,係增建長1570公尺東隔堤,堤寬14.25m,堤頂路寬7.5m,施工順序為在原有海床表面鋪設地工織布,於地工織布上臨堤寬的兩側,吊放較高強度之CA-CLSM製的圍堤方塊體(2m×2m),突出海平面,於方塊體外側,堆置煤灰包做堤腳保護後,填充CA-CLSM至海平面,再於海平面上組模完成後,澆置CA-CLSM,完成築堤工作,本案成果為落實節能減碳新材料與新工法的應用,同時減少灰塘外來材料的使用,以及去化20多萬公噸的煤灰。

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灰塘現地示意圖及隔堤斷面圖

2.大林道路

本案係大林電廠臨時供煤計畫環場道路,以CA-CLSM材料作道路路堤(基層、底層)之結構材料,施工順序為:先將路基整平壓實(壓實度>95%),俟CA-CLSM配比經管流度(ASTM
D6103)、坍流度(CNS 14842)、落沉(ASTM
D6024)等試驗,合乎規定後,分三次澆置厚50cm的CA-CLSM材料
,於第一層澆置24小時後,進行ASTM D6024U8落沉試驗,合乎規定後,再澆置第二、三層,在各層之澆置,係以滑槽與人工整平方式施作,CL-CLSM層完成後,鋪設MC-70(1kg/m2
)透層、及8cm厚密級配瀝青混凝土層完成路面。本案CA-CLSM材料,於施工過程中,皆經過管流度(ASTM D6103)、坍流度(CNS 14842)、落沉(ASTM D6024)等試驗,皆合乎規定。

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大林電廠臨時供煤計畫環場道路配置

 

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道路(CA-CLSM基層、底層)斷面圖

表4 本案例採用之二種配比及其試驗數據

配比

W/C

減水劑

水泥

飛灰

底灰

粗粒料

合計

管流

(cm)

   

A

1.824

8.86

314

177

-

1118

295

1913

20

   

B

0.6

-

256

85

342

855

-

1538

18

   

澆置日期

澆置部位

管流

(cm)

落沉

(24hr cm)

強度編號

強度(28天)

Kg/cm2

99.04.23

煤場區道路R05(0-180m)第1層

18.5

17.5

7.5

CL-1

53 54 62

平均:56.3

99.04.24

煤場區道路R05(0-180m)第1層

17.5

18.5

7.0

CL-2

51 53 51

平均:51.7

99.04.25

煤場區道路R05(0-180m)第1層

19.5

20.5

7.0

CL-3

46 49 48

平均:47.7

 

使用CA-CLSM對台電的效益

去煤灰化之效益,於管溝工程99年度為15萬公噸,100年度為22萬公噸,於101年度的彰濱工業區線西灰塘隔堤為20多萬噸,總計的57萬公噸,煤灰處理費以740元/公噸計算,節省處理費用約4億2仟多萬元。至於環保及能源效益,則為減少台電內部營運過程碳的排放量(詳如表5)。

表5 各型CLSM的CO2排放量比較表

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結語

CA-CLSM除了可取代傳統的CLSM,應用於大型管線、狹窄壕溝內開挖後的回填,路面或建築物下面孔洞、一般基礎、擋土牆及橋台背面的回填,也可以應用於低強度的結構體等實務的土建工程,達到去化煤灰及煤灰再利用,加之傳統CLSM的少用,可減少天然砂石的開採及水泥量的使用,係一種可以降低工程成本、節能減碳、與促使環境永續、可確保等多重效益的材料。

參考資料

1.全煤灰控制性低強度材料(CA-CLSM)說明會簡報-105年12月:(1)全煤灰控制性低強度材料(CA-CLSM) 應用於台電工程案例分享-郭麗雯。(2) 煤灰控制低強度材料的理論基礎及應用思維-黃兆龍

2.郭麗雯、許鑽全、張玉金(98年1月)。以節能減碳觀點看台電推動管溝工程使用煤灰CLSM,台電月刊。

 

【本文稿經由台灣省土木技師公會技師報同意轉載;未經允許請勿任意轉載】


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