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技師報於85年11月18日土木日創刊
新聞局出版事業登記證局版省報字第48號


中華民國一○八年六月二十二日

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本期主筆:楊耀昇
執行編撰:李惠華
文字記者:許素梅

全煤灰控制性低強度材料(CA-CLSM)簡介

范弘芳  技師

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-CLSMCA-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。

     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  

 

2  CA-CLSM經過試驗結果數據

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。

台電使用於管溝工程之CA-CLSM建議配比(997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

 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。        

    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50cmCA-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-701kg/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。

 

大林電廠臨時供煤計畫環場道路配置

  道路(CA-CLSM基層、底層)斷面圖

 

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 落沉 強度編號 強度(28天)
(cm) (24hr cm) Kg/cm2
99.04.23 煤場區道路R05(0-180m)第1層 18.5 7.5 CL-1 53 54 62
17.5 平均:56.3
99.04.24 煤場區道路R05(0-180m)第1層 17.5 7 CL-2 51 53 51
18.5 平均:51.7
99.04.25 煤場區道路R05(0-180m)第1層 19.5 7 CL-3 46 49 48
20.5 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/公噸計算,節省處理費用約42仟多萬元。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)。

各型CLSMCO2排放量比較表

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-10512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(981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。

 

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