CLSM 可控高流動(dòng)性低強(qiáng)度填料

用建筑垃圾及渣土制備可控性低強(qiáng)度填料（CLSM）的實(shí)驗(yàn)研究摘要：可控性低強(qiáng)度材料（CLSM）是一種替代級配型傳統(tǒng)回填材料，并具有低強(qiáng)度，自流平，自我填充與自密實(shí)特性的水泥基質(zhì)材料，其在歐美地區(qū)得到廣泛的應(yīng)用。隨著城市化進(jìn)程的持續(xù)進(jìn)行，各種房地產(chǎn)拆建工程大量增加，各種建筑垃圾產(chǎn)量也隨之大大增加，建筑垃圾資源化利用也得到了人們的普遍重視，本文旨在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)研究現(xiàn)階段不好利用的渣土和燒結(jié)磚瓦再生骨料用在CLSM上的可行性及性能影響，如何調(diào)整能夠適應(yīng)現(xiàn)階段的管溝回填，從而可以開拓建筑垃圾的資源化利用途徑。關(guān)鍵詞：可控性低強(qiáng)度材料；回填材料；低強(qiáng)度；流動(dòng)性；建筑垃圾；配合比一CLSM概述1CLSM定義與分類1.1CLSM定義可控性低強(qiáng)度材料（CLSM）是一種具有高流動(dòng)性，在自重作用下無需或少許振搗下，可自行填充，形成自密實(shí)結(jié)構(gòu)的替代傳統(tǒng)回填材料的水泥基低強(qiáng)度回填材料，又稱為流動(dòng)性填料、無收縮性填料、流動(dòng)性砂漿和可孔密度填料（CDF）.其28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不得超過8.3MPa。CLSM的典型組成為水泥、粗細(xì)集料（比如砂或者某些工業(yè)固體廢棄物）、水和以粉煤灰為代表的其它工業(yè)廢棄物（包括具有火山灰活性和不具有火山灰活性）。CLSM的其它名稱有：可控密實(shí)填充材料（CDF，controlleddensityfill）；流動(dòng)砂漿（flowablemortar）;（flowablefill）:流動(dòng)填充材料（leanmixbackfill）:貧水泥回填材料等等。事實(shí)上，可控低強(qiáng)度材料是一系列具有不同用途的低強(qiáng)度材料的總稱。例如，強(qiáng)度較高的材料可用于建筑物下的建筑回填，而經(jīng)摻入泡沫材料的低強(qiáng)度、低密度的可控低強(qiáng)度材料則可以用于隔熱回填料。所以對于具體的應(yīng)用，應(yīng)當(dāng)從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，選擇CLSM的類型。可控低強(qiáng)度材料不同于混凝土，也不同于水泥，這種材料不需要養(yǎng)護(hù)或者壓實(shí)，其強(qiáng)度比混凝土低得多，但是可以與壓實(shí)回填料相當(dāng)?？煽氐蛷?qiáng)度材料不要求有較好的抗凍融性、抗磨蝕、抗化學(xué)侵蝕能力。這種材料比土質(zhì)或者砂?；靥畈牧腺F，但是這種材料比傳統(tǒng)的回填材料有許多優(yōu)越的性能。1.2CLSM分類根據(jù)CLSM是否具有可開挖性，將CLSM分為兩個(gè)大類：可開挖控制性低強(qiáng)度材料與不可開挖控制性低強(qiáng)度材料。Brewer則根據(jù)CLSM的具體用途，將CLSM分為如下幾類，見表1.表1可控性低強(qiáng)度材料（CLSM）分類序號名稱1CLSM-CDF2CLSM-CSF3CLSM-CPB4CLSM-CTF5CLSM-ACF6CLSM-CPFCLSM-CDF主要是指用于回填在安裝或維修地下管線（自來水、下水道、電信、電力、石油、天燃?xì)獾龋┕こ袒蚱渌こ讨行纬汕锌诘目煽匦缘蛷?qiáng)度材料。在此，CLSM-CDF主要承擔(dān)掩埋與荷載傳遞功能，不提供結(jié)構(gòu)性支撐作用。CLSM-CSF指用于工程建設(shè)或維修過程中結(jié)構(gòu)填充的可控性低強(qiáng)度材料，CLSM-CSF除了掩埋覆蓋作用外，更主要其承擔(dān)、傳遞荷載與支撐結(jié)構(gòu)作用。CLSM-CPB為用于路面基層的可控性低強(qiáng)度材料。CLSM-CTF為用于隔熱或?qū)岬目煽匦缘蛷?qiáng)度回填材料。CLSM-ACF主要是指用于防腐蝕的可控性低強(qiáng)度回填材料。CLSM-CPF則為符合對回填材料滲透性能要求的可控性低強(qiáng)度回填材料。上述CLSM分類之間只是相對的，一種CLSM材料可能在一項(xiàng)工程中有多項(xiàng)功能與作用，只是CLSM的某種性能為工程關(guān)心之重，其他則次要而已。2CLSM的基本工程性質(zhì)2.1CLSM的拌合工程性質(zhì)2.1.1流動(dòng)性CLSM的流動(dòng)性是CLSM區(qū)別于砂、石等傳統(tǒng)回填材料的一個(gè)顯著特性，正是由于CLSM良好的流動(dòng)性，使得CLSM具有自我填充、自流平及自我密實(shí)的功能特性，不需額外的機(jī)械振動(dòng)夯實(shí)，從而可替代傳統(tǒng)級回填材料，用于管溝、三背等狹小操作空間的回填工程中，可有效降低因碾壓夯實(shí)質(zhì)量不合格而引起的工程質(zhì)量問題。根據(jù)工程需要，通過調(diào)整CLSM的材料組合配比，特別是水灰比或水膠比，可有效改變CLSM的流動(dòng)性能。目前，CLSM的流動(dòng)性能評價(jià)主要借鑒混凝土的做法，采用坍落與坍落擴(kuò)展度指標(biāo)評價(jià)CLSM的流動(dòng)性能。在美國，ASTM制定了專門測試CLSM流動(dòng)性的試驗(yàn)規(guī)程ASTMD6103可控性低強(qiáng)度材料流動(dòng)性的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法，根據(jù)所測定的坍落擴(kuò)展，將CLSM流動(dòng)性分為三級，見表2CLSM流動(dòng)性分級表2CLSM流動(dòng)性分級CLSM流動(dòng)性坍落擴(kuò)展度mm適用范圍低流動(dòng)性<150較大空間的管溝、路基等回填工程一般流動(dòng)性150-200一般的回填工程高流動(dòng)性>200狹窄操作空間或存在死角等回填工程，但對泌水現(xiàn)象有特殊要求的要驗(yàn)證其適用性2.1.2離析與泌水性CLSM良好的流動(dòng)性主要借助摻入大量的拌合水，提供水灰比或水膠比獲得。拌合物中大量自由水的存在，往往容易導(dǎo)致CLSM拌合物組成材料之間的粘聚力不足以抵抗粗集料下沉，拌合物相互分離，內(nèi)部組成和結(jié)構(gòu)不均勻的離析現(xiàn)象。同時(shí)，往往伴隨多余的自由水從拌合物中析出，聚集在表面，泌水現(xiàn)象。這與傳統(tǒng)混凝土配比為達(dá)到高坍落度而發(fā)生離析與泌水的機(jī)理基本相同。為了改善因提高CLSM流動(dòng)性而產(chǎn)生的離析與泌水現(xiàn)象，常通過添加一定量的摻合料如泡沫劑、氯化鈣或適宜的細(xì)集料粉煤灰等材料，以增加拌合物組成材料間的凝聚性，降低離析與泌水現(xiàn)象發(fā)生的幾率，改善CLSM的工作性能?；蛘咄ㄟ^提高拌合物的含氣量，減少拌合物用水量，降低離析與泌水現(xiàn)象的發(fā)生，但仍能保持CLSM良好的流動(dòng)性。對于CLSM離析的評價(jià)，目前為止還沒有比較成熟的規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)可循。實(shí)際中，主要依據(jù)實(shí)驗(yàn)人員在拌合CLSM的過程中觀察拌合物組成材料是否相互分離、內(nèi)部組成和結(jié)構(gòu)是否發(fā)生不均勻等典型離析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，做出定性的判別。2.1.3硬化時(shí)間CLSM的硬化時(shí)間是指拌合物從塑性狀態(tài)過渡到硬固狀態(tài)，并達(dá)到一定強(qiáng)度所需的時(shí)間。ACI229R要求CLSM硬固狀態(tài)達(dá)到的強(qiáng)度足以支持一個(gè)人的荷重。事實(shí)上，硬固時(shí)間的要求，會隨CLSM應(yīng)用工程目的的不同而有所變化，比如CLSM用于城市道路的管溝回填工程，硬固時(shí)間則需考慮路面交通及時(shí)恢復(fù)以及CLSM硬固狀態(tài)要能夠承受路面結(jié)構(gòu)層及交通荷載等外來荷載。CLSM的硬化時(shí)間一般受以下幾種因素影響：粘結(jié)材料的種類以及使用量；與CLSM相接觸的周圍土體的滲透性及飽和度；CLSM流動(dòng)性；CLSM材料配合比；⑸拌合料的環(huán)境溫度及濕度。一般情況下，經(jīng)過3-5h后，CLSM就可以達(dá)到理想的硬固狀態(tài)。如果工程比較緊急，也可通過添加早強(qiáng)劑、速凝劑等外加劑，促進(jìn)CLSM的硬化時(shí)間。2.1.4沉陷性常規(guī)CLSM配合比設(shè)計(jì)時(shí)，常常采用高水膠比或水灰比（一般大于1）,獲得良好的流動(dòng)性。與此同時(shí)，過量的自由水常誘發(fā)CLSM在拌合與澆筑塑性狀態(tài)時(shí)發(fā)生泌水現(xiàn)象，游離水分被周圍介質(zhì)吸收或喪失，CLSM自密實(shí)過程紅，各種顆粒在重力作用下進(jìn)行自我調(diào)整，空氣排出，體積減小，從而導(dǎo)致CLSM發(fā)生沉陷。大部分的沉陷現(xiàn)象發(fā)生于澆筑階段，其沉陷的程度需視被釋放出的游離水含量多寡而定，在高含水量的配比中，其沉陷量每米約可達(dá)1.04mm-2.08mm，若使用較低含水量來拌合，會有較少的沉陷甚至不產(chǎn)生沉陷。沉陷量的測定一般與泌水式樣同時(shí)進(jìn)行。2.2硬化CLSM工程性質(zhì)2.2.1強(qiáng)度特性評價(jià)CLSM強(qiáng)度特性的指標(biāo)很多，在此僅對目前研究較為深入的CLSM無側(cè)限抗壓強(qiáng)度進(jìn)行闡述。無側(cè)限抗壓強(qiáng)度是表征CLSM強(qiáng)度的重要指標(biāo)，一般抗壓強(qiáng)度在0.35MPa-0.70MPa的CLSM與具有優(yōu)良夯實(shí)性能土壤的抗壓強(qiáng)度相當(dāng)。硬化后的CLSM材料28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不得超過8.3MPa的材料。目前，國內(nèi)外研發(fā)使用的CLSM，其抗壓強(qiáng)度大部分不超過2.1MPa，主要以便CLSM易被開挖。美國專門編制了CLSM無側(cè)限抗壓強(qiáng)度測試標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法ASTMD4832，該規(guī)范除建議使用直徑150mm、高度300mm之圓柱試體進(jìn)行，同時(shí)，特別強(qiáng)調(diào)由于CLSM的抗壓強(qiáng)度低，所以一定要注意實(shí)驗(yàn)儀器的精度對實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果的影響。此外，愛進(jìn)行CLSM材料的抗壓試驗(yàn)時(shí)，其加載速率應(yīng)小于0.008MPa/s，遠(yuǎn)小于一般混凝土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的加載速率。2.2.2開挖性具有易開挖性是CLSM區(qū)別于傳統(tǒng)混凝土材料的顯著特性。研究人員常用無側(cè)限抗壓強(qiáng)度指標(biāo)表征CLSM開挖的難易程度。研究認(rèn)為CLSM無側(cè)限抗壓強(qiáng)度低于0.35MPa時(shí)，僅需以人工方式可完成再開挖；抗壓強(qiáng)度介于0.7MPa-1.4MPa可使用小型挖土機(jī)完成開挖。俄亥俄州1996年提出利用開挖模量來評價(jià)CLMS的開挖性能。開挖模量為CLMS材料30d的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與現(xiàn)場CLSM干密度的函數(shù)，公式如下。如果開挖模量不大于1，表示CLSM可開挖，其值愈小，表征CLSM越易開挖。RE=W1.5X104XC0.5/105W1.0式中RE 為開挖模量RemovalilityModulus的簡寫；W——為CLSM干密度，單位lb/ft3C——為30dCLSM無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，lb/in22.2.3滲透性一般而言，常規(guī)CLSM的滲透系數(shù)約在10-4cm/s——10-5cm/s，與一般粉細(xì)砂、粉質(zhì)粘土滲透系數(shù)相當(dāng)。CLSM滲透系數(shù)隨粘結(jié)材料的減少而增加，細(xì)集料含量的增加而降低，降低到10-7cm/s。CLSM滲透系數(shù)一般利用測試土的滲透實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行測定，并根據(jù)其滲透系數(shù)的大小選擇常水頭或變水頭滲透實(shí)驗(yàn)。2.2.4大量利用工業(yè)廢棄物在許多國家，如何處理由各行各業(yè)產(chǎn)生的工業(yè)廢物材料是一個(gè)嚴(yán)重的問題。工業(yè)化造成了工業(yè)廢棄物和副產(chǎn)物的逐漸增加，為了適應(yīng)迅速增長的世界人口，原材料和汽油的需求量也在逐漸增加。這又明顯以產(chǎn)生廢棄物的形式帶來許多的環(huán)境問題，同時(shí)提高了水體資源、大氣資源和土壤資源污染的可能性。廢物的安全處理成本高，而且缺少合理設(shè)計(jì)的處理場地，在處理這樣的廢棄物的同時(shí)能夠不對環(huán)境造成不利影響。因此，近年來已有研究關(guān)于研發(fā)利用廢棄物材料和工業(yè)副產(chǎn)物的有效方法，使其有害影響達(dá)到最小甚至消除。建筑工業(yè)是安全利用廢棄物的擁有美好前景的領(lǐng)域。眾所周知，在30多年前，諸如利用粉煤灰、硅灰、煤粉燃灰、粒狀高爐礦渣等工業(yè)副產(chǎn)物部分代替水泥提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，增強(qiáng)新拌混凝土（例如工作性、泌水率）和硬化混凝土（例如強(qiáng)度）性能。另一個(gè)應(yīng)用就是將這種材料作為可控低強(qiáng)度材料加以有效再利用。CLSM是一種由水泥、砂、水和粉煤灰為典型組分組成的料漿。砂和水泥是CLSM的主要組分；用廢棄物材料代替水泥或者天然砂是有吸引力、有受益的再利用選擇。CLSM能夠利用的工業(yè)廢棄物主要包括：粉煤灰、水泥窯灰、瀝青混凝土尾砂、燃煤底灰以及采石場尾砂、水泥旁道灰、焚化爐灰、銅礦渣、礦山酸性排渣、改性的水庫污泥、廢舊鑄造模砂、以及循環(huán)利用的玻璃等等。一般來說，由于這些工業(yè)廢棄物含有大量的極細(xì)顆粒或者強(qiáng)度較低的性能特點(diǎn)，是不適合用于工業(yè)建設(shè)中。大多數(shù)國際標(biāo)準(zhǔn)在混凝土應(yīng)用中限制細(xì)顆粒（顆粒能夠通過200號篩0.075mm）在碎砂的16%（前歐洲12620：2000）或7%（ASTMC33）。CLSM也稱為流動(dòng)填充材料，可以作為一種較好的方法大摻量利用細(xì)顆粒材料，同時(shí)又不會削弱CLSM的性能。3CLSM的應(yīng)用CLSM既不是混凝土，也不是水泥土，但是卻具有類似兩者的性質(zhì)。它是由普通水泥、水、細(xì)集料、粉煤灰，有時(shí)也有添加劑組成的流動(dòng)性拌合物。其粘滯性如同泥漿或灌漿，灌注后數(shù)小時(shí)便足以承受交通荷載而不致沉陷。事實(shí)上，可控性低強(qiáng)度材料為一系列具有不同用途的低強(qiáng)度材料的統(tǒng)稱。例如，強(qiáng)度較高的材料可用于建筑物下的建筑回填，而經(jīng)摻入泡沫材料的低強(qiáng)度、低密度的可控低強(qiáng)度材料則可以用于隔熱回填料。所以對于具體的應(yīng)用，應(yīng)當(dāng)從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，選擇CLSM的類型。CLSM含有許多與混凝土相同的組分，只是投配比例不同而已。故而可用生產(chǎn)混凝土的拌合設(shè)備拌制，并用現(xiàn)有的混凝土車送至現(xiàn)場。CLSM可取代土壤用作構(gòu)筑物的填充料或回填土。它具有流動(dòng)性，無需壓實(shí)。市政工程中的管溝開挖回填或者公路工程中的三背（橋臺背、涵臺背、擋墻背）回填，往往由于施工操作空間狹小，傳統(tǒng)回填材料（土質(zhì)填料、級配砂石填料等）與結(jié)構(gòu)物界面存在死角，導(dǎo)致碾壓夯實(shí)質(zhì)量難以保證，常常誘發(fā)工程病害發(fā)生?，F(xiàn)有路面、房屋或其他構(gòu)筑物下面的洞穴；狹窄的溝槽；廢棄的涵洞、隧道、貯罐墻體和污水管道等地下構(gòu)筑物；遇到這些情況，使用CLSM是很理想的。美國的公共工程公司常指定CLSM取代土壤來填充管線的周圍，以保證管體受力均勻無空穴。并可免除壓實(shí)作業(yè)中因工人操作疏忽而損傷管體的事故。如果某些公共工程管線的維護(hù)、修理?xiàng)l件實(shí)屬必要，則CLSM的抗壓強(qiáng)度一定在0.69MPa以下。在這種強(qiáng)度時(shí)，使用反鏟和其他挖掘設(shè)備開挖是不困難的。CLSM也可用于路面的鋪筑和養(yǎng)護(hù)。在路面底下，CLSM是一種強(qiáng)度高、性能穩(wěn)定的基層。用作路面修補(bǔ)的填充材料，灌注后3小時(shí)即可承受荷載。當(dāng)然這將取決于所用的配比、施工的氣候條件、溝槽深度。倘若不能馬上作路面，可將CLSM鋪至道路面層的高度，作為臨時(shí)路面來承受車輛載荷。使用高標(biāo)號早強(qiáng)混凝土做面層，不到8小時(shí)便可放行。在實(shí)際應(yīng)用中，一般要求CLSM材料無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不超過2.1MPa。當(dāng)CLSM材料28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度在0.3MPa-1.1MPa，有利于將來開挖，不需要?jiǎng)佑么笮偷臋C(jī)械設(shè)備，小型開挖機(jī)械即可，當(dāng)強(qiáng)度小于0.3MPa時(shí)，人工即可開挖，節(jié)約能源，降低工程成本；28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度大于1.1MPa時(shí)，則不利于將來開挖。4CLSM的優(yōu)點(diǎn)（1） 能夠有效而且大量利用各種工業(yè)廢棄物，相對于商品混凝土攪拌站和水泥廠來說，CLSM對于粉煤灰等工業(yè)廢棄物的質(zhì)量要求相對低得多，但是用量卻要大得多；（2） 流動(dòng)性好，具有類似于自流平的特性，尤其適用于要求密實(shí)度較高的回填工程中，對于狹窄、難以接觸到的地方也能夠施工；（3） 簡單易得，原材料來源廣泛，水泥品質(zhì)要求較低，在原材料準(zhǔn)備好之后可以在現(xiàn)有的混凝土攪拌站攪拌生產(chǎn)并運(yùn)輸至指定地點(diǎn)；（4） 使用范圍廣泛，比如：開放式涵洞、露天礦山、襯里、橋梁底下施工、涵箱的內(nèi)部和周圍、排水渠或者排水管的內(nèi)部或者周圍以及其它具體的回填應(yīng)用等等，但CLSM的應(yīng)用不僅僅局限于此。（5） CLSM消耗了大量的廢棄物，但不會對環(huán)境造成二次污染和潛在的污染；（6） CLSM便于施工、節(jié)省了操作時(shí)間（8m3的回填材料只需要3分鐘的工作時(shí)間），減少了人工投入，抗壓強(qiáng)度可控、就地施工成本低，使得CLSM要優(yōu)于傳統(tǒng)的回填方法。Landwermeyer和Rice[14]提出這種材料是經(jīng)濟(jì)的、節(jié)約勞力的、并且不會由于變化的空氣濕度而引起不良的影響。5需要注意的幾個(gè)問題5.1浸出危險(xiǎn)CLSM是高浸出性材料，并且應(yīng)用于例如填充、廢渣填埋場的襯里材料，所以應(yīng)該研究它們對環(huán)境可能造成的影響。組成粉煤灰的細(xì)顆粒含有可浸出的重金屬，因此Carlson、Adriano和Ferreira[15]等把粉煤灰定義為有毒廢棄物。有關(guān)CLSM應(yīng)用的主要環(huán)境問題是某些組分可能會浸出滲入地下水中，達(dá)到一定的濃度會對人身健康造成潛在危害。5.2二次回填困難CLSM的強(qiáng)度若高于周圍的土壤，勢必給二次回填帶來困難。CLSM的28抗壓強(qiáng)度通常不大于8MPa，從技術(shù)要求的角度出發(fā)，要求嚴(yán)格將CLSM的強(qiáng)度控制在較低的水平，在許多流動(dòng)回填中，有些回填材料的28天強(qiáng)度低至0.7MPa，但是CLSM的強(qiáng)度值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于大多數(shù)天然土壤，這導(dǎo)致回填部分的強(qiáng)度高于周圍土壤。如果CLSM中含有火山灰活性的組分，在后期如果要進(jìn)行二次回填，強(qiáng)度值太高可能會造成問題。所以當(dāng)有必要進(jìn)行二次回填的時(shí)候其365天的抗壓強(qiáng)度要求低至1.16-2.80MPa。二國外CLSM的配比和組成CLSM組成通常，CLSM由水泥、水、粉煤灰和細(xì)集料組成。但是可以通過大量摻加各種工業(yè)廢渣等原料而改變配比。各組分對CLSM性能影響如下：水一一水的用量大，CLSM易于流動(dòng)，自行固結(jié)流平。因此加水量取決于流動(dòng)性和強(qiáng)度的需要。增大水固比，可提高CLSM的流動(dòng)性而降低其抗壓強(qiáng)度。水泥一一與混凝土相同，雖然水泥含量比其在混凝土中的含量要低得多。水泥與水形成會將粘結(jié)力細(xì)集料和粉煤灰，經(jīng)充分水解后產(chǎn)生了非沉淀性的硬化物。一般來講，水泥用量越大，其抗壓強(qiáng)度越大。粉煤灰一一基本作用是增加CLSM的流動(dòng)性。同時(shí)，對其強(qiáng)度亦稍有提高。并降低了其泌水、收縮、滲透性能。細(xì)集料一一集料提高CLSM的密度，而降低其流動(dòng)性。只要材料非膨脹性或非活性，均可采用。包括減水劑、超增塑劑、促凝劑在內(nèi)的大多數(shù)混凝土添加劑均可用于CLSM。一般情況下，使用添加劑是不經(jīng)濟(jì)的，考慮投加，僅是為解決灌注的困難。加氣劑可提高CLSM的流動(dòng)性，但卻減少了其密度。含氣量超過6%，會致使CLSM離析、與混凝土相似，CLSM經(jīng)膠結(jié)和凝硬作用，其強(qiáng)度得以提高。雖然耐久性不及混凝土，但是這并非是其不足之處。CLSM僅是用做取代壓實(shí)的土壤和粒料，不必考慮其抗凍融、抗磨耗和抗化學(xué)物質(zhì)的侵蝕。埋在地下，即使受到損害，也可像回填的粒料一樣承受荷載。雖然CLSM組成材料與一般混凝土類似，但對原材料的技術(shù)要求，卻遠(yuǎn)沒有混凝土般嚴(yán)格。目前國外還沒有專門針對CLSM材料技術(shù)要求的規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)。一方面基于CLSM是一種相對比較新型的材料，興起于20世紀(jì)90年代，至今發(fā)展也不過20年左右，業(yè)界對CLSM尚缺乏充分的認(rèn)識和深入的了解；另一方面是CLSM?？苫厥绽霉I(yè)生產(chǎn)中的廢棄物或建筑垃圾，比如火力發(fā)電過程中產(chǎn)生的固體廢棄物粉煤灰、底灰、棄之無用的煤砰石、鑄造砂、碎玻璃、寂寥篩分殘?jiān)?、破碎混凝土等工業(yè)廢棄物和建筑垃圾。材料的多樣性及材料組成與性能的多變性使得制定統(tǒng)一的CLSM材料技術(shù)要求規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)不太現(xiàn)實(shí)。CLSM配比常規(guī)CLSM配比由水、水泥、粉煤灰、細(xì)集料組成。隨著對CLSM研究的深入，CLSM配比材料范圍不斷擴(kuò)大，特別是許多工業(yè)廢棄物（粉煤灰、水泥窯灰、瀝青混凝土尾砂、燃煤底灰以及采石場尾砂、水泥道旁灰、焚化爐慧、銅礦渣、礦山酸性排渣、改性的水庫污泥、廢舊的鑄造模砂以及循環(huán)利用的玻璃等等）在CLSM中得到了大量的應(yīng)用。

目前，還沒有被大家廣泛認(rèn)可的比較成熟的CLSM混合料配合比設(shè)計(jì)方法。隨和對CLSM研究的不斷深入，CLSM混合材料組成已經(jīng)不局限與混凝土類似的材料組成范圍內(nèi)，許多混凝土不可利用的工業(yè)廢棄物現(xiàn)已成功應(yīng)用于CLSM，CLSM的配比材料組成范圍擴(kuò)大。下表為美國不同機(jī)構(gòu)或組織推薦的CLSM材料組成配合比。表3FHWA建議CLSM配合比CLSM類型粉煤灰kg/m3砂kg/m3水泥kg/m3水kg/m3含氣量％范圍值典型值119-2971483-178030-119198-4940.5-4.0A178154259297范圍值典型值949-1542-47-74222-3711-5B1234-62247范圍值C典型值27515001651范圍值1200-150030-60130-30015-35D典型值表4美國各州混凝土協(xié)會CLSM推薦配合比機(jī)構(gòu)水泥kg/m3水kg/m3飛灰kg/m3砂kg/m329.5295.1147.51717.4奧亥俄州預(yù)拌混凝土協(xié)會59.0295.1147.51682.029.5295.101864.941.3247.9295.11534.4密執(zhí)安州預(yù)拌混凝土協(xié)會59.0247.9531.11239.359.0442.61180.30密執(zhí)安州預(yù)拌混凝土35.4280.3171.11634.8

協(xié)會112.1165.2271.5259.7177.0177.01581.61563.9愛荷華州預(yù)拌混凝土協(xié)會59.0344.7177.01534.4表5美國各州有關(guān)CLSM推薦配合比美國各州 水泥火山灰質(zhì)材料細(xì)集料水含氣美國各州kg/m3kg/m3kg/m3kg/m3量％361981696302N亞拉巴馬 11001586297N州 1163391586290N3070245202N佛羅里達(dá) 44-890aa5-35州 44-8989-358aa15-3544-890aa15-35喬治亞州44-8989-358aa5-15南卡羅來303561483272納州注：a：試拌方式進(jìn)行確認(rèn)表6臺灣CLSM與一般混凝土材料組成及配比原料常規(guī)CLSM一般混凝土水泥等膠結(jié)料kg/m3100-200250-450火山灰材料kg/m350-1000-100拌合水kg/m3180-220180-220水膠比通常大于1，依配比實(shí)驗(yàn)結(jié)果而定0.4-0.55粗集料kg/m3200-400700-1100細(xì)粒料kg/m31280-400700-1000液態(tài)摻合料速凝劑、發(fā)泡劑減水劑、強(qiáng)塑積此外，CLSM對于組成材料的技術(shù)要求，沒有一般混凝土要求的嚴(yán)格。在一般混凝土中，對粗集料的堅(jiān)固性、耐磨性、粒徑分布、有機(jī)物含量等均有嚴(yán)格的限制，但CLSM對集料的要求并無特殊限制，廢棄磚石、爐渣、鑄造砂等再生粒料，皆可作為CLSM的理想原料。

三研究建筑垃圾渣土制備CLSM的實(shí)驗(yàn)研究1主要研究內(nèi)容（1） 國內(nèi)外利用建筑渣土制備可控低強(qiáng)材料的研究很少，尤其在我國利用建筑渣土制備可控低強(qiáng)材料的研究還需系統(tǒng)和深入；（2） 大流動(dòng)度、自流平是CLSM材料的最顯著的優(yōu)勢和特點(diǎn)，故需水量、流動(dòng)度、凝結(jié)時(shí)間、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度等是表征CLSM材料性能的重要指標(biāo)；（3） 美國各州混凝土協(xié)會雖然大多提出了CLSM的推薦配合比，但是現(xiàn)有研究并未建立起材料特性與CLSM性能之間的對應(yīng)關(guān)系，沒有提出配合比的計(jì)算公式?；谝陨先c(diǎn)，進(jìn)行本實(shí)驗(yàn)的研究，希望為大規(guī)模利用建筑渣土制備CLSM提供理論依據(jù)和應(yīng)用參考，拓寬建筑垃圾資源化利用的范圍，助推建筑垃圾資源化進(jìn)程和建筑業(yè)的可持續(xù)的發(fā)展。本實(shí)驗(yàn)選取水泥、粉煤灰、磚混再生細(xì)骨料和水為基本組分，加入一定量的建筑渣土，制備CLSM。考慮到建筑渣土加入后有可能對CLSM的工作性、凝結(jié)和硬化性、耐久性和變形性能產(chǎn)生不同程度的影響，所以有必要針對該問題進(jìn)行相應(yīng)的研究，探討其各個(gè)性能的變化規(guī)律。研究從以下幾個(gè)方面展開：（1） CLSM工作性能研究工作性能主要研究了流動(dòng)度和泌水率。分析粉煤灰、再生骨料和渣土等對流動(dòng)度和泌水率的影響。（2） CLSM凝結(jié)和硬化性能研究本文主要研究了抗壓強(qiáng)度和凝結(jié)時(shí)間兩個(gè)指標(biāo)。研究渣土的摻量對抗壓強(qiáng)度的影響、減水劑對抗壓強(qiáng)度的影響和磚混再生骨料的摻量對抗壓強(qiáng)度的影響。對凝結(jié)時(shí)間，主要研究了再生骨料的摻量和水泥的摻量對該性能的影響。（3） CLSM耐久性和變形性能研究對硬化CLSM的耐久性主要研究了凍融循環(huán)和干濕循環(huán)兩方面，研究了CLSM的耐久性受各因素的影響規(guī)律。為了研究CLSM變形性能，分別研究了早期收縮、自然干燥收縮和沉陷三個(gè)方面。2試驗(yàn)用原材料及試驗(yàn)方法2.1試驗(yàn)用原材料（1）水泥本實(shí)驗(yàn)所用水泥為P.O325普通硅酸鹽水泥，其主要物理力學(xué)性能指標(biāo)如表2-1所示，化學(xué)成分見表2-2所示。表2.1水泥性能指標(biāo)標(biāo)稠用水量/ml凝結(jié)時(shí)間/min抗折強(qiáng)度/MPa標(biāo)稠用水量/ml凝結(jié)時(shí)間/min抗折強(qiáng)度/MPa抗壓強(qiáng)度/MPa安定性初凝終凝3d28d3d28d合格表2.2水泥的化學(xué)成分Na2OMgOA?SiO3iO^SO3ClK2OCaOTiO2MnOFeQ其它(2)粉煤灰本試驗(yàn)所用的粉煤灰由某電廠生產(chǎn)，主要性能指標(biāo)如表2-3所示，化學(xué)成分如表2-4所示。表2.3粉煤灰主要性能指標(biāo)類另U 細(xì)度(45um，篩余量，% 需水量比％ 燒失量％標(biāo)準(zhǔn)一級灰 <12.0 <95 <5.0實(shí)測值表2.4粉煤灰的化學(xué)成分％Na2OMgOAl0SiO3P2O5SO3ClK2OCaOTiO2MnOFe0其它(3)磚混再生細(xì)集料本研究所用的再生骨料來源于產(chǎn)業(yè)園自己生產(chǎn)的建筑垃圾磚混再生骨料。對該磚混再生骨料進(jìn)行進(jìn)行了篩分，取0.075mm-4.75mm作為細(xì)集料代替常規(guī)試驗(yàn)用砂。用四分法取樣實(shí)驗(yàn)用細(xì)集料，進(jìn)行篩分，計(jì)算細(xì)度模數(shù)和分析級配狀況。表2.5磚混再生細(xì)集料的篩分實(shí)驗(yàn)結(jié)果篩孔尺寸mm篩余量g分計(jì)篩余％累計(jì)篩余％過濾百分比％4.75建筑垃2.361.18一圾再生0.60.3細(xì)集料0.15篩底總計(jì)(4)建筑渣土后文簡稱“渣土”。本研究所使用的渣土來自于西霍屯拆建過程中及破碎后的部分粉料混合，由于渣土中含有一定量的水分，在這些水分的作用下土顆粒之間會產(chǎn)生凝聚現(xiàn)象，若不經(jīng)處理直接用其制備CLSM可能會引起拌和質(zhì)量不均，而對CLSM的性能造成一定的影響。因此在使用前首先用烘箱烘干24小時(shí)，待其質(zhì)量恒定，認(rèn)為渣土處于干燥狀態(tài)，然后過4.75mm篩。渣土的物理性能見表2-6，化學(xué)成分如表2-7所示。表2.6建筑渣土的物理性能性能指標(biāo)液限％塑限%塑性指數(shù)％比重細(xì)粒含量%(200#)測試值表2.7建筑渣土的化學(xué)成分％Na2OMgOAl2O3SiO3P2O5SO3ClK2OCaO叫MnOFed其它(5)水水是制備CLSM的主要原材料之一，它的存在可以使水泥水化形成強(qiáng)度，同時(shí)也對CLSM的工作性有重要的影響。本實(shí)驗(yàn)所用的水為自來水。(6)外加劑為了減少CLSM的用水量，試驗(yàn)使用了外加劑。本課題使用的外加劑為聚羧酸系減水劑和萘系減水劑。所用的聚羧酸減水劑規(guī)格為：Sika?Viscocrete?3301MK，減水率為：30%左右，固含量為：50%；所用的萘系減水劑規(guī)格為：FDN-C，減水率為：18-28%。2.2試驗(yàn)方法CLSM拌和方法對于CLSM而言，由于配料中渣土的存在，使得CLSM拌和物在拌和的過程中容易產(chǎn)生渣土顆粒間凝聚成泥團(tuán)而難以攪拌均勻，從而影響CLSM的勻質(zhì)性，為了避免這種不良現(xiàn)象的產(chǎn)生，經(jīng)過前期多次嘗試，本試驗(yàn)的最終加料順序及攪拌時(shí)間控制如下：實(shí)驗(yàn)前，檢查所用攪拌機(jī)是否運(yùn)行正常，潤濕攪拌葉片及攪拌鍋。首先，按照試驗(yàn)配合比稱取所需的各種原材料，將渣土和水倒入攪拌機(jī)中，靜置5分鐘，以使渣土充分接觸水并且逐漸融入水中，然后開啟攪拌機(jī)，攪拌渣土和水的混合物5分鐘，這樣更有利于形成攪拌均勻的“泥漿”，之后將再生細(xì)集料、粉煤灰倒入攪拌機(jī)中攪拌3分鐘，最后加入水泥和減水劑，再拌和5分鐘，倒出準(zhǔn)備成型。渣土和水的靜置時(shí)長和攪拌時(shí)長可以根據(jù)漿體的均勻狀態(tài)適當(dāng)?shù)难娱L或縮短。CLSM流動(dòng)度試驗(yàn)本文按照ASTMD-6103(TestMethodforFlowConsistencyofControlledLowStrengthMaterial)的規(guī)程來檢測流動(dòng)性。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定將上下開口的75X150mm的塑料圓柱模放置在一個(gè)平坦的不吸收的表面，用新拌CLSM漿體將塑料筒填滿然后將其迅速提起，讓漿體在平面上自由的擴(kuò)散。當(dāng)漿體停止流動(dòng)，在兩個(gè)正交的方向測量所形成的圓餅狀漿體的直徑。將其直徑的平均值定義為該材料的流動(dòng)度。本研究該實(shí)驗(yàn)所使用的儀器主要有標(biāo)準(zhǔn)水泥膠砂攪拌機(jī)；上下開口的75mmX150mm的圓柱模；50cmX50cm玻璃平板；最小刻度為毫米的卷尺。詳見圖2-3。(3)CLSM泌水性試驗(yàn)本研究參照了JTGE30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土實(shí)驗(yàn)規(guī)程》中混凝土的泌水率實(shí)驗(yàn)測試方法，設(shè)計(jì)了CLSM的泌水率實(shí)驗(yàn)。主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備有：標(biāo)準(zhǔn)水泥膠砂攪拌機(jī)；試樣筒：透明塑料制成的帶底無蓋圓筒，試樣筒的內(nèi)徑與高均應(yīng)大于集料最大粒徑的5倍，試樣筒頂面與地面應(yīng)平行并與圓柱體的軸垂直；臺秤；量筒；潮濕的抹布。詳見圖2-5。本實(shí)驗(yàn)需測量CLSM拌合物拌合后2小時(shí)后的泌水率，本文所測泌水率均為拌合后兩個(gè)小時(shí)的泌水率。具體實(shí)驗(yàn)方法為：用濕布潤濕試樣筒內(nèi)壁后立刻稱量并記錄試樣筒的質(zhì)量m2。將攪拌好的CLSM拌合物裝入試樣筒內(nèi)，無需振搗，記錄試樣筒和試樣總質(zhì)量m1O以水泥的加入時(shí)間點(diǎn)作為攪拌的計(jì)時(shí)起點(diǎn)，攪拌5min后作為泌水率測試的計(jì)時(shí)起點(diǎn)。從計(jì)時(shí)開始后60min內(nèi)，每隔10min吸取1次試樣表面泌出的水°60min后，每隔20min吸1次水。每次吸水前2min，將一片15mm厚的墊塊墊入筒底一側(cè)使其傾斜，吸水后平穩(wěn)的復(fù)原。吸出的水放入量筒內(nèi)，記錄最終的泌水總量，精確至1mL。吸取CLSM拌合物表面泌出的水份的過程中，要保證試樣筒不受振動(dòng)且處于水平狀態(tài)，吸完水后要做好密封工作，室溫應(yīng)保持在20±2°C。泌水率應(yīng)按公式(1-1)計(jì)算:M=%X100@/%）mm=m1-m2式中：M 泌水率（%）Sm 泌水總量（g）m 試樣質(zhì)量（g）S CLSM拌合物總用水量（g）mh CLSM拌合物總質(zhì)量（g）ml 試樣筒及試樣總質(zhì)量（g）m2 試樣筒質(zhì)量（g）計(jì)算應(yīng)精確至0.01%。此外，在本研究中，同時(shí)也運(yùn)用觀察法來判定拌合物的泌水性。一般通過觀察CLSM拌合物是否出現(xiàn)明顯離析的現(xiàn)象來進(jìn)行判定。（4） CLSM抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)本研究測試的抗壓強(qiáng)度為立方體抗壓強(qiáng)度。后文簡稱“抗壓強(qiáng)度”CLSM抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)參照《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T70—2009）進(jìn)行測定。主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備有：混凝土攪拌機(jī)或標(biāo)準(zhǔn)水泥膠砂攪拌機(jī)；尺寸為70.7mmX70.7mmX70.7mm的三聯(lián)模；電子萬能試驗(yàn)機(jī)，規(guī)格型號為WYM5105（控制施壓速度為0.008MPa/s）；塑料薄膜。試驗(yàn)步驟基本相同，不同之處在于：將新拌漿體成型為70.7mmX70.7mmX70.7mm的立方體試塊，無需振搗，待表面水分稍干后，再將高出試模部分的漿體沿試模頂部抹平，然后用塑料薄膜覆蓋在試塊上方，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)3天后脫模，并用塑料膜將每個(gè)脫模后的試塊進(jìn)行包裹做好標(biāo)記，在20°C相對濕度100%的環(huán)境中養(yǎng)護(hù)。測定CLSM的各齡期的強(qiáng)度。（5） CLSM凝結(jié)時(shí)間試驗(yàn)CLSM凝結(jié)時(shí)間試驗(yàn)采用落球法進(jìn)行測量。CLSM落球試驗(yàn)采用《StandardTestMethodforBallDroponControlledLowStrengthMaterial（CLSM）toDetermineSuitabilityforLoadApplication》（ASTMD6024-96）的規(guī)定進(jìn)行。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：將一個(gè)質(zhì)量為14+0.05kg的圓底圓柱體，從特定的高度重復(fù)自由的降落到尺寸為230mmX230mmX150mm裝有CLSM的帶底無蓋的盒子里。之后測定壓痕的直徑。如果測得的壓痕直徑小于76mm，則所測時(shí)間長度的CLSM適合承受荷載，壓痕的直徑恰好為76mm的時(shí)間為定義為“落球凝結(jié)時(shí)間”°CLSM落球裝置和落球值測定如圖2-9和2-10。圖2-5落球裝置 牌2-10落球值測定示意圖CLSM干濕循環(huán)試驗(yàn)由于國內(nèi)尚無有關(guān)CLSM干濕循環(huán)試驗(yàn)方法，本研究自行設(shè)計(jì)了CLSM干濕循環(huán)的試驗(yàn)方法。試驗(yàn)使用的主要儀器設(shè)備為鼓風(fēng)干燥箱、水槽、混凝土攪拌機(jī)等。具體步驟如下：將新拌CLSM澆入試件試模成型，無需振搗，試件尺寸采用70.7mmX70.7mmX70.7mm的立方體試塊。按照CLSM無側(cè)線抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)所采用的試驗(yàn)方法進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)28天。試件養(yǎng)護(hù)結(jié)束后將測試試塊和對比試塊提前泡水12h，測量對比塊的強(qiáng)度、質(zhì)量，同時(shí)將測試試塊放入60攝氏度的烘箱中烘干12h，然后再泡入水中12h，上述為一個(gè)循環(huán)，一共做五個(gè)循環(huán)，結(jié)束后測量試塊的殘余質(zhì)量和強(qiáng)度。質(zhì)量損失率計(jì)算和強(qiáng)度損失率計(jì)算參照《普通混凝渣土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50082-2009)中4.1慢凍法中規(guī)定的質(zhì)量損失率計(jì)算和強(qiáng)度損失率計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。CLSM凍融循環(huán)試驗(yàn)參照《普通混凝渣土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50082-2009)中4.1慢凍法中的規(guī)定，提出了CLSM凍融循環(huán)試驗(yàn)方法。主要儀器設(shè)備為DW-40型低溫試驗(yàn)箱，其最低溫度可降至-40°C，其余設(shè)備還有浸泡水槽、混凝渣土攪拌機(jī)等。具體步驟如下：將新拌CLSM澆入試模，無需振搗，試件尺寸采用70.7mmX70.7mmX70.7mm的立方體試塊。按照CLSM無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)所采用的試驗(yàn)方法進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為28天。養(yǎng)護(hù)結(jié)束前，將測試試塊和對比試塊在室溫下提前泡水48h，使試件飽水；測量對比塊的強(qiáng)度、質(zhì)量。同時(shí)將測試試塊進(jìn)行氣凍4h，然后再泡水中20h，上述為一個(gè)循環(huán)，本試驗(yàn)一共做2個(gè)循環(huán)，循環(huán)結(jié)束后測量試塊的殘余質(zhì)量和強(qiáng)度殘余。第2章試驗(yàn)用原材料及試驗(yàn)方法16質(zhì)量