可控低強(qiáng)度材料CLSM

目錄TOC\o"1-5"\h\z一、CLSM概述 2.\o"CurrentDocument"1CLSM定義與分類 2.CLSM的基本工程性質(zhì) 33CLSM的應(yīng)用 4.4CLSM的優(yōu)點(diǎn) 5.5需要注意的幾個(gè)問(wèn)題 5.二CLSM的配比和組成 6.\o"CurrentDocument"CLSM組成 6.\o"CurrentDocument"CLSM配比 7.三CLSM的應(yīng)用 12（一） 利用銅礦尾砂研制低強(qiáng)度可控性填料 12（二） 基于建筑垃圾細(xì)料的快硬回填料性能對(duì)比研究 13（三） 建筑垃圾基漿體膨脹充填材料的膠凝機(jī)理 16石灰的活化 16石膏的活化 16\o"CurrentDocument"水泥熟料的活化 17\o"CurrentDocument"微觀結(jié)構(gòu)分析 175建筑渣土制備的CLSM的強(qiáng)度形成機(jī)理 18（四） 利用建筑棄土制備可控低強(qiáng)材料試驗(yàn)研究 19\o"CurrentDocument"1CLSM簡(jiǎn)介 19\o"CurrentDocument"2原材料和試驗(yàn)方法 19\o"CurrentDocument"結(jié)果分析 20\o"CurrentDocument"結(jié)論 21（五）控制性低強(qiáng)度材料CLSM在管溝回填中的應(yīng)用 22\o"CurrentDocument"1CLSM材料的物理指標(biāo) 22\o"CurrentDocument"2CLSM回填工法的優(yōu)點(diǎn) 22\o"CurrentDocument"CLSM回填工法的經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 22（六）工業(yè)廢棄物制備可控低強(qiáng)度材料及其性能評(píng)價(jià) 23可控高流動(dòng)性低強(qiáng)度材料CLSM研究一、CLSM概述1CLSM定義與分類CLSM的定義可控性低強(qiáng)度材料（CLSM）是一種具有髙流動(dòng)性，在自重作用下無(wú)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(wú)收縮性填料、流動(dòng)性砂漿和可控密度填料（CDF）?其28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不得超過(guò)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分類根據(jù)CLSM是否具有可開(kāi)挖性，將CLSM分為兩個(gè)大類：可開(kāi)挖控制性低強(qiáng)度材料與不可開(kāi)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(jiàn)表1.1.表1.1可控性低強(qiáng)度材料（CLSM）分類序號(hào)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(lái)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(guò)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(duì)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(duì)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)CLSM的拌合工程性質(zhì)2.1.1流動(dòng)性表1.2CLSM流動(dòng)性分級(jí)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(duì)泌水現(xiàn)象有特殊要求的要驗(yàn)證其適用性2.1.2離析與泌水性為了改善因提髙CLSM流動(dòng)性而產(chǎn)生的離析與泌水現(xiàn)象，常通過(guò)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^(guò)提髙拌合物的含氣量，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。硬化時(shí)間一般情況下，經(jīng)過(guò)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(guò)添加早強(qiáng)劑、速凝劑等外加劑，促進(jìn)CLSM的硬化時(shí)間。沉陷性大部分的沉陷現(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，在髙含水量的配比中，其沉陷量每米約可達(dá)1.04mm-2.08mm,若使用較低含水量來(lái)拌合，會(huì)有較少的沉陷甚至不產(chǎn)生沉陷。沉陷量的測(cè)定一般與泌水式樣同時(shí)進(jìn)行。CLSM硬化工程性質(zhì)強(qiáng)度特性無(wú)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(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不得超過(guò)8.3MPa的材料。目前，國(guó)內(nèi)外研發(fā)使用的CLSM，其抗壓強(qiáng)度大部分不超過(guò)2.1MPa,主要以便CLSM易被開(kāi)挖。開(kāi)挖性具有易開(kāi)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(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度指標(biāo)表征CLSM開(kāi)挖的難易程度。研究認(rèn)為CLSM無(wú)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(kāi)挖；抗壓強(qiáng)度介于0.7MPa-1.4MPa可使用小型挖土機(jī)完成開(kāi)挖。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(cè)試土的滲透實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)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)。大量利用工業(yè)廢棄物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(chǎng)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(kù)污泥、廢舊鑄造模砂、以及循環(huán)利用的玻璃、建筑垃圾及其渣土等等。一般來(lái)說(shuō)，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。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(huì)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(duì)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(chǎng)。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(wú)需壓實(shí)。市政工程中的管溝開(kāi)挖回填或者公路工程中的三背（橋臺(tái)背、涵臺(tái)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(jí)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。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)度髙、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鋪至道路面層的髙度，作為臨時(shí)路面來(lái)承受車輛載荷。使用髙標(biāo)號(hào)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(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不超過(guò)2.1MPa。當(dāng)CLSM材料28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度在0.3MPa-1.1MPa，有利于將來(lái)開(kāi)挖，不需要?jiǎng)佑么笮偷臋C(jī)械設(shè)備，小型開(kāi)挖機(jī)械即可，當(dāng)強(qiáng)度小于0.3MPa時(shí)，人工即可開(kāi)挖，節(jié)約能源，降低工程成本；28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度大于1.1MPa時(shí)，則不利于將來(lái)開(kāi)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(duì)于商品混凝土攪拌站和水泥廠來(lái)說(shuō)，CLSM對(duì)于粉煤灰等工業(yè)廢棄物的質(zhì)量要求相對(duì)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)度較髙的回填工程中，對(duì)于狹窄、難以接觸到的地方也能夠施工；（3） 簡(jiǎn)單易得，原材料來(lái)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(kāi)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(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染和潛在的污染；（6） 回填CLSM的管道受力與變形更小且更為均勻，路面工后沉降??；（7） 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。需要注意的幾個(gè)問(wèn)題5.1浸出危險(xiǎn)CLSM是髙浸出性材料，并且應(yīng)用于例如填充、廢渣填埋場(chǎng)的襯里材料，所以應(yīng)該研究它們對(duì)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，因此有關(guān)CLSM應(yīng)用的主要環(huán)境問(wèn)題是某些組分可能會(huì)浸出滲入地下水中，達(dá)到一定的濃度會(huì)對(duì)人身健康造成潛在危害。5.2二次回填困難CLSM的強(qiáng)度若髙于周圍的土壤，勢(shì)必給二次回填帶來(lái)困難。CLSM的28d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)度髙于周圍土壤。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)度值太髙可能會(huì)造成問(wèn)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(guò)大量摻加各種工業(yè)廢渣等原料而改變配比。各組分對(duì)CLSM性能影響如下：水——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，可提髙CLSM的流動(dòng)性而降低其抗壓強(qiáng)度。水泥——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。水泥與水形成灰漿粘結(jié)了細(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(lái)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(duì)其強(qiáng)度亦稍有提髙。并降低了其泌水、收縮、滲透性能。細(xì)集料——集料提髙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(guò)6%,會(huì)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。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(duì)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(chǎng)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(kù)污泥、廢舊的鑄造模砂以及循環(huán)利用的玻璃、建筑垃圾及其渣土等等）在CLSM中得到了大量的應(yīng)用。目前，還沒(méi)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。隨著對(duì)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(guó)不同機(jī)構(gòu)或組織推薦的CLSM材料組成配合比。表2.1CLSM與普通混凝土的配比比較原料CLSM普通混凝土水泥kg/m3100-200250-450粉煤灰kg/m350-1000-100水kg/m3180-220180-220水灰比1-1.50.4-0.55粗骨材kg/m3200-400700-1100細(xì)骨材kg/m31280-1480700-1000外加劑速凝劑、發(fā)泡劑減水劑、強(qiáng)塑劑表2.2CLSM混合料配比I型水泥kg礦渣與粉煤灰kg水kg粗集料kg細(xì)集料kg集料最大尺寸mm外加劑單位重量kg/m3礦渣粉煤灰90555520657410212002002注：水灰比：1.030；設(shè)計(jì)強(qiáng)度：800-900KPa；坍落度180mm。美國(guó)K-krete公司每方CLSM配合比用料為：砂為1305-1661kg、粉煤灰為166-297kg、

水泥為24-119kg、水為0.35-0.40m3.表2?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119-2971483-178030-119198-4940.5-4.0A典型值178154259297范圍值n949-1542-47-74222-3711-5B典型值1234-62247范圍值cC典型值27515001651范圍值1200-150030-60130-30015-35D典型值表2.4美國(guó)各州混凝土協(xié)會(huì)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(huì)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(huì)59.0247.9531.11239.359.0442.61180.3035.4280.3171.11634.8密執(zhí)安州預(yù)拌混凝土協(xié)會(huì)112.1271.5177.01581.6165.2259.7177.01563.9愛(ài)荷華州預(yù)拌混凝土協(xié)會(huì)59.0344.7177.01534.4表2?5美國(guó)各州有關(guān)CLSM推薦配合比美國(guó)各州水泥kg/m3火山灰質(zhì)材料kg/m3細(xì)集料kg/m3水kg/m3含氣量％361981696302N亞拉巴馬州11001586297N1163391586290N3070245202N佛羅里達(dá)州44-890aa5-3544-8989-358aa15-35

44-890aa15-35喬治亞州44-8989-358aa5-15南卡羅來(lái)納州 303561483272注：a：試拌方式進(jìn)行確認(rèn)表2.6臺(tái)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)塑積表2.7美國(guó)各州公路部門推薦CLSM配合比美國(guó)各州水泥kg/m3火山灰質(zhì)材料kg/m3細(xì)集料kg/m3水kg/m3含氣量％亞拉巴馬州361961696302N11001586297N1163391586290N1163391586290N3070245202N佛羅里達(dá)州44-890aa5-3544-8989-356aa15-35喬治亞州44-890aa15-3544-8989-356aa15-35北卡羅納州24-89aaa0-3559-89aaa0-35南卡羅納州303561483272b303561483321b維吉尼亞州aaaaa注：a根據(jù)試扮方式俄日的那個(gè)；b允許含氣量超過(guò)30%。此外，CLSM對(duì)于組成材料的技術(shù)要求，沒(méi)有一般混凝土要求的嚴(yán)格。在一般混凝土中，對(duì)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(duì)集料的要求并無(wú)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。CLSM流動(dòng)度損失的主要原因是水泥水化，水化初期產(chǎn)生的水化物會(huì)迅速溶于水，當(dāng)溶液達(dá)到飽和后，隨著水化反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行，產(chǎn)生的膠凝微粒會(huì)析出懸浮于溶液中。這些析出的膠凝微粒會(huì)隨著數(shù)量的增多逐漸連接而形成水泥石骨架，從而形成強(qiáng)度，這是導(dǎo)致流動(dòng)度降低的一個(gè)原因。此外，還有一些水化產(chǎn)物會(huì)與其周圍具有一定活性的渣土顆粒發(fā)生反應(yīng)使得拌合物進(jìn)一步膠結(jié)，這是使得CLSM流動(dòng)度降低的另一個(gè)重要原因。同時(shí)在這個(gè)過(guò)程中水泥水化產(chǎn)物中的Ca2+離子與渣土中電離出的K+、Na+等離子，發(fā)生離子交換作用，從而產(chǎn)生絮凝結(jié)構(gòu)，也會(huì)導(dǎo)致流動(dòng)性下降。保證砂摻量一定的情況下，粉煤灰摻量增加，渣土摻量的減小會(huì)使得混合物的流動(dòng)性保持能力更好。這說(shuō)明了粉煤灰保持流動(dòng)性的能力優(yōu)于渣土。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因：①由于粉煤灰的主要礦物是玻璃微珠，這些顆粒具有致密、光滑、比表面積小的特點(diǎn)并且有良好的級(jí)配，能夠起到很好的潤(rùn)滑作用，降低了顆粒之間的摩擦，提高了CLSM拌合物的流變性能，改善了CLSM的工作性能，所以增加粉煤灰的摻量有利于保持新拌CLSM流動(dòng)度。②渣土?xí)c水泥的水化產(chǎn)物發(fā)生離子交換作用，產(chǎn)生絮凝結(jié)構(gòu)，這不利于保持CLSM的流動(dòng)度，所以增加渣土的摻量會(huì)導(dǎo)致流動(dòng)度下降。在保證渣土摻量一定的情況下，粉煤灰摻量增加、砂摻量的減小會(huì)使得混合物的流動(dòng)性保持能力更好。這說(shuō)明了粉煤灰保持流動(dòng)性的能力優(yōu)于砂。其主要原因是：①隨著粉煤灰摻量的增加、砂摻量的減小，拌合物中用水量逐漸增加，拌合物中自由水的含量增加，不利于水化產(chǎn)物凝結(jié)產(chǎn)生骨架。②CLSM拌合物的密度隨著粉煤灰摻量增加、砂摻量的減小降低，單位體積渣土的摻量也隨之降低，水化產(chǎn)物與渣土之間的離子交換作用也相應(yīng)減弱，從而導(dǎo)致了CLSM流動(dòng)度保持能力越好。③粉煤灰的形態(tài)效應(yīng)是CLSM拌合物的流動(dòng)性保持能力隨著粉煤灰的摻量增加而越好的另一個(gè)原因。當(dāng)粉煤灰所占比例一定時(shí)，隨著渣土摻量的增加，砂的摻量的減少，CLSM新拌漿體2個(gè)小時(shí)內(nèi)的經(jīng)時(shí)流動(dòng)度變化大致相同。由此可見(jiàn)，調(diào)整砂和渣土的質(zhì)量比例關(guān)系不會(huì)使混合物的經(jīng)時(shí)流動(dòng)度的穩(wěn)定性發(fā)生明顯的變化。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，渣土和砂保持流動(dòng)性的能力相同。其原因是：①由于配合比設(shè)計(jì)的原因，為保證粉煤灰、砂和渣土的總質(zhì)量不變，渣土的摻量越多，砂的摻量就會(huì)越小，用水量隨之加大，影響水化產(chǎn)物之間形成骨架，使得流動(dòng)度保持能力更好。②隨著渣土的摻量增加，渣土與水化產(chǎn)物之間的離子交換作用不利于拌合物的流動(dòng)度的保持。以上兩種效應(yīng)相互抵消，從而使得隨著渣土的摻量增加，砂的摻量減小，經(jīng)時(shí)流動(dòng)度變化基本保持同步。CLSM混合物的高含水量使得保水性成為一個(gè)需要高度關(guān)注的問(wèn)題。在現(xiàn)場(chǎng)條件下，水化后多余的水分通常被周圍的土體吸收或者釋放到表面。大部分沉降發(fā)生在澆筑階段，該階段的下沉量取決于多余自由水的多少。體積穩(wěn)定性對(duì)于CLSM施工的質(zhì)量控制很重要。隨著固體顆粒的下沉，伴隨著填充材料的水和氣體的上浮，導(dǎo)致強(qiáng)度的填充體積的減小。如果拌合物嚴(yán)重泌水的話，極有可能引起混合物的表面產(chǎn)生不可接受的薄弱層和嚴(yán)重沉降。所以在完成拌合后應(yīng)立即測(cè)定新拌漿體的泌水率。根據(jù)相關(guān)研究，用水量是最顯著的控制泌水率的因素。建議用泌水率為2%-3%的CLSM混合物作為泌水容許極限是合理的。當(dāng)砂摻量一定（40%）時(shí)，變化粉煤灰和渣土的摻入比例，CLSM拌合物的泌水率隨著渣土摻量的增加和粉煤灰摻量的減少呈遞減趨勢(shì)。渣土的摻量為10%的時(shí)候，兩小時(shí)后的泌水率為4.62%，渣土的摻量為50%的時(shí)候，兩小時(shí)后的泌水率為2.25%，降低了近50%。這說(shuō)明：與粉煤灰相比，增加渣土的摻量可以明顯降低拌合物的泌水率。分別固定渣土的摻量為10%、30%和50%時(shí)，變化砂和粉煤灰的比例關(guān)系，拌合物的泌水率隨著粉煤灰的摻量的增加和砂摻量的減少呈遞增趨勢(shì)，但隨著渣土摻量的減少這種遞增趨勢(shì)會(huì)越來(lái)越不明顯。這是因?yàn)椋孩匐S著砂的摻量的增加和粉煤灰摻量的降低，混合物的表面積在減小，為保證相同的流動(dòng)度，用水量隨之相應(yīng)的減少，所以導(dǎo)致了泌水率的降低。②由于粉煤灰的形態(tài)效應(yīng)，使得粉煤灰摻量增加其泌水率也會(huì)隨之增大。這說(shuō)明了，與粉煤灰相比，增加砂的用量可以使得拌合中用水量降低，從而可以降低CLSM的泌水率，增加粉煤灰的用量不利于降低拌合物的泌水率。高流態(tài)自密實(shí)混凝土設(shè)計(jì)時(shí)加入高效緩凝減水劑和引氣劑，隨著摻量增加，含氣量增加，氣泡增多在混凝土中起到一定的潤(rùn)滑作用，增大流動(dòng)性，同時(shí)對(duì)抗凍有利，但含氣量過(guò)大，混凝土強(qiáng)度降低較多，所以含氣量應(yīng)控制在5.5-6.5％為好。其次，為保證高流態(tài)自密實(shí)混凝土具有良好粘聚性，減少因流動(dòng)性大而容易產(chǎn)生的骨料分離及其離析作用，滿足其和易性要求，必須增加水泥用量及加大砂率，采用相對(duì)較小的水膠比。摻入優(yōu)質(zhì)粉煤灰對(duì)高流態(tài)混凝土流動(dòng)性影響很大，高質(zhì)量的粉煤灰可代替部分細(xì)砂，并對(duì)水泥顆粒有分散作用，起到增加和易性、流動(dòng)性的良好效果。三CLSM的應(yīng)用（一）利用銅礦尾砂研制低強(qiáng)度可控性填料CLSM的抗壓強(qiáng)度是評(píng)價(jià)填料最重要的性能指標(biāo)，其抗折強(qiáng)度在回填中也不能忽視，可以用比例來(lái)反應(yīng)，按照抗折強(qiáng)度Rf：抗壓強(qiáng)度Rc=2:3進(jìn)行計(jì)算，綜合評(píng)分公式為：RfX1+RcX1.5=RO具體過(guò)程為：在保證液固比基本不變的前提下，粉煤灰、銅礦尾砂、水泥三種材料的總量不變，但對(duì)其比例進(jìn)行更改，同時(shí)調(diào)整水以及加氣劑的加入量，并加入適量的水，固液比控制在（14-15）：（15-16）之間，保證試樣制漿成型的條件，能達(dá)到市政填料低強(qiáng)度和高流動(dòng)性要求。原料：粉煤灰、銅礦尾砂、水泥通過(guò)正交試驗(yàn)得到最佳試驗(yàn)配比。表3.1強(qiáng)度最佳配比方案組成A水泥B銅礦尾砂C粉煤灰D加氣劑水%12.922.612.93.248.4CLSM的主要晶體礦物成分有石英、硅酸三鈣、B-硅酸二鈣、白云母、莫來(lái)石，鐵鋁四鈣，含有少量的綠泥石、白云石、赤鐵礦等成分，這綜合了銅礦尾砂、粉煤灰以及水泥中的組成成分。二）基于建筑垃圾細(xì)料的快硬回填料性能對(duì)比研究環(huán)保性、快凝快硬性、搶修性是當(dāng)前路用回填材料最亟需具備的性能。基于對(duì)路用回填材料的需求，該文提出了一種新型的建筑垃圾再生材料——建筑垃圾流動(dòng)性回填材料。以建筑垃圾再生材料為研究對(duì)象，利用快硬水泥或快硬添加劑技術(shù)，進(jìn)行快硬、流動(dòng)性回填材料基本性能研究。試驗(yàn)研究表明：建筑垃圾流動(dòng)性回填材料即可大量有效利用質(zhì)量較差的建筑垃圾細(xì)料，又能因其較好的流動(dòng)性和較快的硬化速度而快速解決緊急工程的回填施工難題。對(duì)比傳統(tǒng)的壓實(shí)回填，流動(dòng)化施工技術(shù)最大的特點(diǎn)就是無(wú)需壓實(shí)，采用澆筑回填，依靠材料本身的自重達(dá)到填充的目的，依靠水泥的硬化達(dá)到壓實(shí)的目的，很好的解決了死角無(wú)法壓實(shí)以及部分回填工程無(wú)法采用大型壓實(shí)設(shè)備的問(wèn)題。大多數(shù)工業(yè)副產(chǎn)品都可以作為可控性低強(qiáng)度材料的原材料，例如粉煤灰、采石場(chǎng)粉塵、水泥窯粉塵等，但是需要對(duì)這些材料是否對(duì)回填周圍土壤及水源的污染進(jìn)行必要限制。再生回填材料所具有的良好流動(dòng)性主要是借助摻入大量的拌合水來(lái)實(shí)現(xiàn)的，由于拌合物中大量自由水的存在，往往容易導(dǎo)致再生回填材料中組成材料之間的粘聚力不足難以抵抗粗集料下沉，使混合料內(nèi)部組成和結(jié)構(gòu)相互分離，產(chǎn)生離析和泌水現(xiàn)象。這與傳統(tǒng)混凝土配合比為達(dá)到高坍落度而發(fā)生離析與泌水的機(jī)理基本相同。為了改善再生回填材料的離析和泌水現(xiàn)象，添加適量的粉煤灰和硅灰，以增加拌合物組成材料的凝聚性能，降低離析和泌水現(xiàn)象，改善其和易性能。水泥是使再生回填材料形成強(qiáng)度的根本，是使再生回填材料具有工程性質(zhì)的前提。水泥內(nèi)部成分在水的作用下自身發(fā)生水化反應(yīng)，且與周圍的粉煤灰、硅灰、再生細(xì)料發(fā)生復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)，使再生回填材料成為一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，且具有一定的強(qiáng)度，從而滿足工程上的要求。工程上再生回填材料主要是替代壓實(shí)土進(jìn)行開(kāi)挖回填，不需要有太高的強(qiáng)度，因此建議選用強(qiáng)度等級(jí)為32.5的水泥。粉煤灰是再生回填材料的主要摻合料，具有提高再生回填材料流動(dòng)性能及抗離析泌水性能，同時(shí)提高了再生回填材料對(duì)水的穩(wěn)定性，提高了用水量帶寬。有研究表明，粉煤灰可以提高再生回填材料的長(zhǎng)期強(qiáng)度值。在再生細(xì)料中，級(jí)配的好壞對(duì)再生回填材料的流動(dòng)性具有一定的影響。同一種顆粒下，粒徑越大，其制備的流動(dòng)性材料就越難流動(dòng)，粒徑越小，其制備的流動(dòng)性材料就越宜流動(dòng)。另一方面，通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，再生細(xì)料中小于0.075mm的再生微粉含量比較大且基本都具有較高的粘性，可以很好的提高所配流動(dòng)性材料的保水性。在美國(guó),ASTM制定了專門測(cè)試CLSM流動(dòng)性的試驗(yàn)規(guī)程ASTMD6103”可控性低強(qiáng)度材料連續(xù)性的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法“，其所使用的試模為直徑76±3mm髙150±3mm的空心圓柱體剛性試模，具體測(cè)試方法為將試模用濕毛巾擦干水滴，放入水平的玻璃板上，然后將新拌合好的混合料倒入試模，輕敲外壁，用刮刀沿試模上沿刮平，迅速提起，測(cè)其坍落擴(kuò)展的最大直徑及其垂直直徑，以其平均值作為混合料的流動(dòng)度，依據(jù)此種測(cè)試方法，ASTM將CLSM流動(dòng)性分為三級(jí)。見(jiàn)下表3.2。表3.2CLSM流動(dòng)性分級(jí)流動(dòng)性流動(dòng)度/mm適用范圍低流動(dòng)性100-150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在國(guó)內(nèi)，同濟(jì)大學(xué)的袁秋、髙東等人在對(duì)流態(tài)粉煤灰的室內(nèi)試驗(yàn)研究中也提出了自己的流動(dòng)度試驗(yàn)方法及流動(dòng)性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。其所使用的試模為直徑100mm髙200mm的金屬坍落度筒，根據(jù)所測(cè)定的坍落擴(kuò)展，將流態(tài)粉煤灰的流動(dòng)性能分為四個(gè)等級(jí)、根據(jù)此種分級(jí)方法，對(duì)于一般管溝的回填工程，流動(dòng)性需要達(dá)到“一般”標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于狹窄溝槽中的管線回填工程，材料流動(dòng)性要求能達(dá)到“好”的標(biāo)準(zhǔn)，而對(duì)于空間較大的路基回填工程，坍落擴(kuò)展度較小的材料也能滿足工程需要。表3.3液態(tài)粉煤灰流動(dòng)性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)坍落擴(kuò)展度/mm評(píng)價(jià)等級(jí)<200差200-250一般250-300好>300極大單純使用再生細(xì)料、水泥和水拌制的再生回填材料工作性能不穩(wěn)定，極易產(chǎn)生離析，泌水率較大，且用水量帶寬（用水量帶寬是指混合料的拌合用水量建筑垃圾流動(dòng)性回填材料在使用過(guò)程中最關(guān)注的是3方面的性能：①流動(dòng)性；②硬化時(shí)間；③強(qiáng)度。建筑垃圾流動(dòng)性回填材料的流動(dòng)度和水固比有較好的相關(guān)關(guān)系，因此水固比可以單獨(dú)有效地控制工作性能的變化；水泥基混合材料的抗壓強(qiáng)度和灰砂比直接相關(guān)，可通過(guò)調(diào)整灰砂比以有效控制其強(qiáng)度。原料：P.O42.5級(jí)快硬硫鋁酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥、I級(jí)粉煤灰、ATHANNSY生產(chǎn)的三聚氰胺SM高效減水劑、日本電化學(xué)促凝劑和國(guó)產(chǎn)促凝劑，建筑垃圾細(xì)料，粒徑小于5mm。依據(jù)配合比的設(shè)計(jì)流程，首先確定了A、B、C共三類回填材料，即A類回填材料為采用P.O.42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥+日本電化學(xué)促凝劑生產(chǎn)的建筑垃圾流動(dòng)性回填材料；B類回填材料為采用P.O.42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥+國(guó)產(chǎn)促凝劑生產(chǎn)的建筑垃圾流動(dòng)性回填材料;C類回填材料為采用P.O.42.5級(jí)快硬硫鋁酸鹽水泥生產(chǎn)的建筑垃圾流動(dòng)性回填材料。在A、B、C工三類回填材料確定的基礎(chǔ)上，對(duì)各實(shí)驗(yàn)回填材料的灰砂比、水固比和促凝集摻量等警醒不同配合比試樣制作，其各類回填材料的配合比見(jiàn)表3.4.表3.43類回填材料的配合比回填材料灰砂比水固比細(xì)料g水泥g粉煤灰g促凝劑減水劑g水摻量％質(zhì)量gA類：P.O42.5普通硅酸鹽水泥+日本電化學(xué)促凝劑0.100.22120012030015/20/25/3018/24/30/363.6356.40.150.21120018024015/20/25/3027/36/45/544.5350.0B類：P.O.42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥+國(guó)產(chǎn)促凝劑0.100.2212001203005/10/156/12/183.6356.420/25/3024/30/360.150.2112001802405/10/159/18/274.5350.020/25/3036/45/54C類：P.O.42.5級(jí)快硬硫鋁酸鹽水泥0.100.2212001203003.6356.40.2412001202403.6374.40.150.2112001802404.5340.20.2312001802404.5372.6建筑垃圾流動(dòng)性回填材料如應(yīng)用于距地表較淺的結(jié)構(gòu)回填中，如路面基層，則會(huì)遇到凍融循壞的問(wèn)題。原因是由于在反復(fù)凍融循環(huán)條件下吸收了外界的水分，水在凍結(jié)時(shí)體積膨脹，孔壁承受的膨脹應(yīng)力超過(guò)水泥膠結(jié)物的抗拉強(qiáng)度時(shí)引起部分微裂等不可逆的結(jié)構(gòu)變化，在冰融化后不能完全復(fù)原，導(dǎo)致內(nèi)部空隙率更大，會(huì)滲入更多的水，再次凍融時(shí)，原先形成的裂縫又由于結(jié)冰而擴(kuò)大，如此經(jīng)過(guò)反復(fù)的凍融，裂縫越來(lái)越大，導(dǎo)致破壞?；疑氨葘?duì)回填材料流動(dòng)度的影響水固比相同時(shí)，建筑垃圾流動(dòng)性回填材料流動(dòng)度會(huì)隨灰砂比的增加而增加。因此為保證流動(dòng)性且滿足強(qiáng)度要求，一般采用較高的灰砂比，但灰砂比過(guò)高，容易使膠凝材料水化，從而導(dǎo)致回填材料易收縮開(kāi)裂。灰砂比過(guò)低，又會(huì)導(dǎo)致水泥漿體數(shù)量不足，影響材料流動(dòng)性能，因此應(yīng)根據(jù)需要選擇合適的灰砂比。A類促凝劑摻量25%時(shí)，抗壓強(qiáng)度最大，灰砂比0.15，B類灰砂比0.15，促凝劑摻量15%在28d時(shí)，C類回填材料強(qiáng)度達(dá)到7.17MPa,B類回填材料為8.06MPa,A類回填材料強(qiáng)度16.86MPa。A類回填材料的抗壓強(qiáng)度隨著齡期的增加早期（l-12h）強(qiáng)度增長(zhǎng)相對(duì)較為緩慢，而后期（l-28d）強(qiáng)度隨著齡期的增加而迅速增加；C類回填材料隨齡期的增加前期和后期的速率幾乎一致，因此與其早期強(qiáng)度增長(zhǎng)的速率相比而言，其后期強(qiáng)度的增長(zhǎng)速率較慢；B類回填材料強(qiáng)度隨齡期的增長(zhǎng)速率界于A類回填材料和C類回填材料之間，相對(duì)于其前期的強(qiáng)度增長(zhǎng)速率，其后期的強(qiáng)度增長(zhǎng)速率稍快，但無(wú)論從強(qiáng)度增長(zhǎng)速率還是強(qiáng)度增長(zhǎng)絕對(duì)值方面，均不超過(guò)A類回填材料和C類回填材料。A、B、C共三類建筑垃圾流動(dòng)性回填材料都可以滿足塊凝快硬的要求，并可保證強(qiáng)度達(dá)到某些工程的回填強(qiáng)度要求（如管溝回填、路面基層回填）。A、C兩類回填材料30min左右可以達(dá)到凝結(jié)狀態(tài)，2h可以達(dá)到硬化狀態(tài)。B類回填材料硬化速度較A、C兩類回填材料稍慢，在3h左右可達(dá)到硬化狀態(tài)。（三） 建筑垃圾基漿體膨脹充填材料的膠凝機(jī)理石灰的活化當(dāng)石灰和水混合攪拌之后，顆粒表面立刻開(kāi)始水化，生成氫氧化鈣，溶于水之后進(jìn)入溶液內(nèi)并解離成帶二價(jià)正電荷的鈣離子和帶負(fù)電荷的氫氧根離子Ca（OH）—Ca2++2OH-2為建筑垃圾漿體膨脹充填材料的形成提供堿性環(huán)境，并促使建筑垃圾粉料表面SiO2、Al2O3的鍵位斷裂，提髙建筑垃圾粉料的早期水化反應(yīng)速率。同時(shí)，過(guò)量石灰的摻入，會(huì)引起漿體的間濃度過(guò)髙，降低體系液相中Ca2+濃度，液相Ca（OH）2的堿性會(huì)制約水泥的水化反應(yīng)，使將體中產(chǎn)生的膠凝類物質(zhì)減少，早期強(qiáng)度降低。石膏的活化

LeChatelier提出了半水石膏水化的溶解析晶或城溶解沉淀理論，認(rèn)為半水石膏加水后進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)可以表示為CaSO?1/2HO+3/2H0-CaSO?2H0+Q(19.2J/gS0)(2)4 2 2 4 2 3張德成等認(rèn)為，采用CaSO或NaOH+CaSO對(duì)廢棄混凝土活性的激發(fā)效果十分顯著。在建44筑垃圾漿體膨脹充填材料加入石膏后，一方面石膏會(huì)與垃圾粉料溶出的Al2O3生成鈣磯石，鈣礬石晶體的生長(zhǎng)使得漿體產(chǎn)生膨脹，被水化產(chǎn)物包裹的粉料顆粒重新露出新的表面，加速了垃圾粉料的水化；另一方面，加了石膏的漿體中SO2-會(huì)滲透到C-S-H凝膠中，改變C-S-H4凝膠的透水性，亦加速建筑垃圾粉料的火山灰反應(yīng)。水泥熟料的活化水泥的水化過(guò)程簡(jiǎn)單的概括為以下階段；鈣磯石的形成階段由于熟料礦物遇水后立即溶解，熟料中的C3A首先水化。騎在水中水化反應(yīng)式可表示為2(3CaO?AlO)+27HO—4CaO?AlO?19HO+2CaO?AlO?8HO232232232并在有硫酸根存在的條件下迅速形成鈣磯石(Aft).由于鈣磯石(Aft)的形成，因此C3A的水化速率變慢導(dǎo)致誘導(dǎo)期開(kāi)始。C3S水化階段C3S在常溫下水化反應(yīng)可用式(4)表示22222CS+nH=C-S-H+(3-x)CH (5)33CaO?SiO+nHO=xCaO?SiO?yHO+(3-x22222CS+nH=C-S-H+(3-x)CH (5)3(5)式表明由于C3S迅速水化，水化產(chǎn)物中形成C-S-H和CH相，來(lái)彌補(bǔ)建筑垃圾粉料的活性不足使得硬化體內(nèi)部結(jié)構(gòu)逐漸密實(shí)；同時(shí)CS和CAF還可以作為堿性激發(fā)劑，來(lái)激發(fā)24粉料的活性。微觀結(jié)構(gòu)分析水化初期階段，物料中各組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，漿體中聚集了大量的活性離子。其中CaO發(fā)生反應(yīng)轉(zhuǎn)化為Ca(OH)形成堿性包裹層，逐漸侵蝕建筑垃圾顆粒表面。但由于垃圾粉料顆2粒的活性偏低，玻璃體聚合度較髙，此時(shí)很難溶出SiO2、Al2O3。另外水泥中的硅鋁氧化物、CaO以及石膏中CaSO相互作用可以生成鈣磯石。鈣磯石形態(tài)大多是呈針狀或鏈狀，可以減4少系統(tǒng)的空隙率，并致使材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加致密。3d齡期時(shí)，硬化體表面已經(jīng)出現(xiàn)少量針狀結(jié)晶、膠狀物、孔洞和未水化的顆粒物。而針狀晶體可推斷該晶體為鈣磯石，其在骨料顆粒上生長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)空隙間擴(kuò)展，起到了一定強(qiáng)度支撐的作用。但此時(shí)的鈣磯石含量較少。隨著漿體中各種礦物質(zhì)的繼續(xù)溶解，漿體中的堿性離子不斷增多，當(dāng)pH>12時(shí)，建筑垃圾粉料CaO-SiO2-Al2O3系統(tǒng)的不穩(wěn)定玻璃體結(jié)構(gòu)被打破，Si-O、Al-O鍵發(fā)生斷裂，形成大量的水化產(chǎn)物，如水化鋁酸鈣、水化硅酸鈣等。建筑垃圾顆粒表面溶出SiO2、Al2O3又可以參與鈣礬石的生成，其含量進(jìn)一步增加。7d齡期時(shí)，鈣礬石以原始顆粒為中心在空間成放射狀向四面展開(kāi)，鈣礬石生長(zhǎng)速度加快，數(shù)目增多，形態(tài)發(fā)生變化，多呈棒狀。在14d齡期時(shí)，硅鋁凝膠不斷增多增大開(kāi)始交織在一起，并逐漸包裹鈣礬石。此時(shí)的充填材料強(qiáng)度已經(jīng)出現(xiàn)質(zhì)的提髙。28d齡期時(shí)，鈣磯石晶體的含量不斷減少，一方面由于部分鈣礬石發(fā)生碳化，形成碳酸鈣；另一方面因?yàn)楣桎X凝膠繼續(xù)生長(zhǎng)擴(kuò)展，將建筑垃圾細(xì)骨料和鈣磯石徹底包裹在一起，充分填補(bǔ)了硬化體的內(nèi)部空隙，形成了穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。5建筑渣土制備的CLSM的強(qiáng)度形成機(jī)理目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于CLSM的強(qiáng)度形成機(jī)理還沒(méi)有形成比較成熟的理論，考慮到利用建筑渣土制備的CLSM和水泥土有很多相似之處，所以本文借鑒了水泥土的相關(guān)理論。對(duì)于水泥土而言，當(dāng)待處理的土中摻入量一定量的水泥后，首先發(fā)生的反應(yīng)是水泥與混合物中的水分發(fā)生水化作用，生成氫氧化鈣和水化硅酸鈣等膠凝顆粒。這些水化產(chǎn)物在溶液未飽和之前會(huì)迅速溶解于水溶液當(dāng)中，隨著水化反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行，溶液逐漸達(dá)到飽和狀態(tài)，膠凝顆粒逐漸析出，并且連接形成骨架強(qiáng)度。而水化生成的氫氧化鈣會(huì)與其附近具備一定活性的土顆粒之間發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)一步促進(jìn)土體的膠結(jié)。這里主要介紹對(duì)水泥土中期和后期強(qiáng)度提髙起主要作用的“離子交換和團(tuán)?；饔谩?、“硬凝反應(yīng)”。離子交換和團(tuán)?；饔?。在水泥的水化產(chǎn)物中Ca(OH)2和Ca2+會(huì)與Na+、K+進(jìn)行當(dāng)量吸附交換，使土顆粒雙電層厚度變薄，土顆粒間會(huì)靠的更緊密。析出的Ca(OH)2晶體表面積比原水泥顆粒大1000倍，其表面能較大，可吸附較大的土顆粒并形成水泥土的鏈條狀結(jié)構(gòu)，形成穩(wěn)定的聯(lián)結(jié)。硬凝反應(yīng)。當(dāng)Ca2+的數(shù)量超過(guò)離子交換的需求量時(shí)，多余的Ca2+會(huì)與粘土礦物中的活性成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣凝膠。（四） 利用建筑棄土制備可控低強(qiáng)材料試驗(yàn)研究CLSM簡(jiǎn)介可控性低強(qiáng)度材料（CLSM）是一種具有髙流動(dòng)性，在自重作用下無(wú)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。CLSM在路面基礎(chǔ)、回填的擋土墻、涵洞和地下管溝等工程中都得以成功的應(yīng)用。傳統(tǒng)開(kāi)挖回填施工一般利用原有開(kāi)挖土壤或級(jí)配砂石料進(jìn)行回填壓實(shí)的方法進(jìn)行施工。然而往往由于施工操作空間狹小，傳統(tǒng)回填材料與結(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。相較之下，這種流動(dòng)性填充具有諸多優(yōu)勢(shì)，它具有填充材料的自流平特性，易于混合和鋪設(shè)，易于流入難以到達(dá)的地方，同時(shí)由于CLSM混合物在施工過(guò)程中無(wú)需壓實(shí)，這避免了傳統(tǒng)回填方式在施工過(guò)程中進(jìn)行鋪設(shè)和壓實(shí)所需的設(shè)備和人力，是一種更經(jīng)濟(jì)的回填方式?；炷劣蒙昂头勖夯沂窃贑LSM中最常用的細(xì)骨料。事實(shí)上，只要CLSM混合料能夠達(dá)到工程的要求和目的，其所組成材料不一定要符合相關(guān)規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各項(xiàng)組成材料的規(guī)定，廢棄磚石、爐渣、鑄砂等再生粒料，皆可作為CLSM的理想原料。原材料和試驗(yàn)方法2.1原材料水泥為金隅P.O42.5，主要性能見(jiàn)表3.5.粉煤灰為II級(jí)粉煤灰，細(xì)度為45um，篩余為13.2%，需水量比為10.2%,燒失量為5.65%。砂為I區(qū)機(jī)制砂，細(xì)度模數(shù)為3.2。土來(lái)自于西安城市建設(shè)過(guò)程中產(chǎn)生的棄土，其物理性能見(jiàn)表3.6.表3.5水泥的物理力學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量％凝結(jié)時(shí)間min細(xì)度%80卩m安定性抗壓強(qiáng)度MPa抗折強(qiáng)度MP初凝終凝3d28d3d28d27.82003502.8合格28.054.34.06.6表3.6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％測(cè)試值2037172.798.12.2試驗(yàn)方法可控低強(qiáng)材料（CLSM）的流動(dòng)度參照《可控低強(qiáng)度材料CLSM）流動(dòng)連續(xù)性試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（ASTMD6103-2004）、單位重參照《可控低強(qiáng)度材料（CLSM）密度（單位重）、屈服性、水泥含量和空氣含量（重量分析）試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（ASTMD6023-2007）、抗壓強(qiáng)度參照《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T70-2009）。將原材料按配合比加入混凝土攪拌機(jī)攪拌均勻，然后加水?dāng)嚢?min。按照ASTMD6103-2004測(cè)定新拌漿體的流動(dòng)度，同時(shí)按照ASTMD6023-2007測(cè)定新拌漿體的單位重。將新拌漿體成型為70.7mmX70.7mmX70.7mm試塊，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相對(duì)濕度100%的環(huán)境中養(yǎng)護(hù)，測(cè)定CLSM額定3天、7天、28天的抗壓強(qiáng)度。根據(jù)前期試驗(yàn)結(jié)果，選取C1作為基本配合比，固定其他組分不變，分別降低和增加水泥的用量，從而得到C0.75和C1.25兩個(gè)配合比。其余配合比分別是在C1的基礎(chǔ)上，固定水泥的用量及粉煤灰與砂和土三者的總質(zhì)量不變，通過(guò)改變粉煤灰、砂和土三者之間的比例關(guān)系來(lái)研究CLSM。通過(guò)控制新拌CLSM的流動(dòng)度在22cm到25cm之間的來(lái)確定用水量。例如配合比l.8.1表示粉煤灰:砂:土的質(zhì)量比為1:8:1。結(jié)果分析3.1水泥用量對(duì)CLSM強(qiáng)度的影響隨著水泥摻量的增加，抗壓強(qiáng)度隨之增加。由于配合比設(shè)計(jì)中用水量是保持不變的，因此水泥摻量的增加直接影響到水灰比的大小。3.2砂的摻量對(duì)CLSM強(qiáng)度的影響CLSM的抗壓強(qiáng)度隨著粉煤灰用量的減少和砂用量的增加而增大。這是由于，混合物的比表面積隨著粉煤灰用量的減少和砂用量的增加而減小，為了保證混合物有良好的工作性用水量相應(yīng)減少，最終導(dǎo)致了水灰比的降低，進(jìn)而使得抗壓強(qiáng)度大幅提高。

3.3土的摻量對(duì)CLSM強(qiáng)度的影響隨著砂用量的減少和土的用量的增加，強(qiáng)度逐漸減小。這是由于隨著土的摻量的增加其比表面積因此而增大，為了得到有良好工作性的混合物，需增加用水量，這就導(dǎo)致了水灰比逐漸增大，從而使得強(qiáng)度逐漸減小。表3.7CLSM配合比（質(zhì)量比）及拌合物性能編號(hào)水水泥粉煤灰砂土水灰比流動(dòng)度（cm）密度kg/m3備注C0.7512.50.75200016.724.01624Cl(lO.O.O)12.51.00200012.523.01631基準(zhǔn)配合比C1.2512.51.2520001023.516379.0.112.0118021222.01647雙摻（粉煤灰/土）8.0.212.0116041222.016606.0.412.0112081222.017024.0.611.51801211.523.017532.0.811.51401611.523.017890.0.1012.0100201224.018179.1.012.0118201223.51648雙摻（粉煤灰/砂）8.2.010.01164010.222.017257.3.09.2114609.222.517816408.3112808.324.018484.6.06.5181206.525.020202.8.04.4141604.422.022691.8.14.7121624.722.02269三摻（粉煤灰/砂/土）1.7.25.7121445.720.021751.6.36.3121266.322.021051.5.47.6121087.624.020401.4.58.012810822.519941.3.6&912612&922.019421.2.79.6124149.625.018821.1.810.21221610.224.018553.4.38.01686824.019245.4.18.011082825.01865結(jié)論（1） 可以制備出復(fù)合流動(dòng)性的土基CLSM拌合物，這些混合物硬化后的28d抗壓強(qiáng)度在0.2-1.7MPa,利用土可以制備出符合特定開(kāi)挖要求的CLSM。（2） 對(duì)于以水泥、粉煤灰和水為主要組分的CLSM而言，其強(qiáng)度隨著水灰比的增大而減小;粉煤灰和砂雙摻時(shí)，砂的加入會(huì)降低用水量，增加CLSM的抗壓強(qiáng)度。（3）粉煤灰和土雙摻時(shí)，在水膠比基本不變的情況下，CLSM強(qiáng)度隨著土摻量的增加而降低;粉煤灰、砂和土三摻時(shí)，在粉煤灰的摻入比例一定的情況下，隨著土摻量的增加，用水量增大，CLSM的強(qiáng)度降低;粉煤灰、砂和土三摻時(shí)，在保持水灰比基本相同、砂的摻入比例一定的情況下，CLSM的強(qiáng)度隨著土摻量的增加而降低。（五）控制性低強(qiáng)度材料CLSM在管溝回填中的應(yīng)用1CLSM材料的物理指標(biāo)CLSM與普通混凝土相比并沒(méi)有本質(zhì)上的不同，其主要區(qū)別在于水泥用量、粗細(xì)骨料的種類與含量、水灰比以及外加劑等方面（如表1所示）。由于強(qiáng)度并非其考慮的首要問(wèn)題，因此CLSM對(duì)粗細(xì)骨料的強(qiáng)度、粒徑及有機(jī)物含量等方面并無(wú)特殊要求，可采用礦渣爐渣、廢棄磚石、鑄造廢渣以及開(kāi)挖的剩余土石方等?？紤]將來(lái)的再開(kāi)挖性，實(shí)際工程中使用的CLSM的抗壓強(qiáng)度一般為0.45-2.1MP。水泥摻量一般4%。表3.8CLSM與普通混凝土的配比比較原料CLSM百分比％普通混凝土百分比％水泥kg/m3100-2004.2-11250-4508.7-24.6粉煤灰kg/m350-100?2.1-5.50-1000-5.5水kg/m3180-2207.5-11180-2206.3-12.0水灰比1-1.50.4-0.55粗骨材kg/m3200-4008.3-22.1700-110024.4-60.1細(xì)骨材kg/m31280-148053.3-81.8700-100024.4-54.6外加劑速凝劑、發(fā)泡劑減水劑、強(qiáng)塑劑2CLSM回填工法的優(yōu)點(diǎn)CLSM可利用各種固體廢棄物甚至場(chǎng)地開(kāi)挖土石方作為骨料，可減少天然砂石材料的耗用，有利于節(jié)約資源；CLSM具有髙流動(dòng)性，無(wú)需夯擊搗實(shí)即可填充管溝空間，減少了夯實(shí)和壓密度檢查等工序，降低了施工工作量和施工噪音;回填CLSM的管道受力與變形更小且更為均勻，路面工后沉降??；施工方便，工期較短，摻入早強(qiáng)劑就可在數(shù)小時(shí)內(nèi)具有強(qiáng)度并可開(kāi)放交通，特別適用于市區(qū)管道工程的施工;與普通混凝土相比，CLSM的強(qiáng)度不髙，可方便日后開(kāi)挖維修等?？傊?，與傳統(tǒng)的管溝回填工法（回填砂、粘土等）相比，CLSM回填工法具有便捷、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保以及管道受力更加合理等諸多優(yōu)點(diǎn)。CLSM回填工法的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與傳統(tǒng)回填材料相比，CLSM由于增加了水泥等成分而使得材料成本有所上升，但良好的自流性和自密性使其不會(huì)產(chǎn)生承載力不足的問(wèn)題，故施工時(shí)可省卻夯實(shí)和密實(shí)度試驗(yàn)的費(fèi)用，再加上節(jié)省工期等因素，CLSM工法的施工成本在整體上將比傳統(tǒng)工法更具有一定的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。表3.9為我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)某管道工程中CLSM與傳統(tǒng)回填材料在施工及成本上的比較。由于該項(xiàng)目采用工廠預(yù)制CLSM，因此其材料成本相對(duì)較髙（髙處傳統(tǒng)材料約兩倍）。表3.9CLSM功法與傳統(tǒng)回填工法的比較項(xiàng)目傳統(tǒng)功法CLSM工法材料砂石級(jí)配工廠預(yù)制人員大工1名，小工若干小工1名機(jī)具夯實(shí)機(jī)械檢驗(yàn)、試驗(yàn)項(xiàng)目敷設(shè)厚度抗壓強(qiáng)度含水量壓密度材料成本元/m3300-4001200-1500夯壓成本400-6000檢驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)成本6500元/3孔（密實(shí)度檢驗(yàn)）900元/組（抗壓試驗(yàn)）六）工業(yè)廢棄物制備可控低強(qiáng)度材料及其性能評(píng)價(jià)摘要:可控低強(qiáng)度材料是一種具有高流動(dòng)性、低強(qiáng)度、自流平和自密實(shí)性的水泥基材料，可用于管道、路基、回填等工程領(lǐng)域。本文綜合國(guó)內(nèi)外與可控低強(qiáng)度材料相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)其定義、配合比及工程性質(zhì)(流動(dòng)性、泌水和凝結(jié)時(shí)間、填充能力、強(qiáng)度等)進(jìn)行了詳細(xì)介紹;并結(jié)合工業(yè)廢棄物向資源化利用方向的發(fā)展，以粉煤灰、燃燒灰底灰、燃燒循環(huán)流化床等工業(yè)廢棄物為例簡(jiǎn)要概述了可控低強(qiáng)度材料的研究概況;最后提出了可控低強(qiáng)度材料的配合比設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化及避免材料中重金屬離子浸出將成為未來(lái)研究的熱點(diǎn)。關(guān)鍵詞：可控低強(qiáng)度材料；回填材料；高流動(dòng)性；工業(yè)廢棄物1引言隨著我國(guó)城市化快速發(fā)展，各地的開(kāi)挖回填工程如市政工程中的管溝開(kāi)挖回填或公路工程中的三背回填等逐年增多，傳統(tǒng)回填材料一般采用開(kāi)挖溝槽土壤或天然級(jí)配砂石，由于管道溝槽空間狹小，傳統(tǒng)回填材料與結(jié)構(gòu)物的界面存在死角，導(dǎo)致碾壓夯實(shí)困難，填充質(zhì)量難以保證，往往誘發(fā)路基沉陷等工程病害。此外，當(dāng)前我國(guó)工業(yè)廢棄物累計(jì)積存量高達(dá)100多億噸，占地面積達(dá)5萬(wàn)公頃以上。大量工業(yè)廢棄物多以填埋和高溫堆肥方式處理，處理方式極其不完善，嚴(yán)重危害環(huán)境及人類健康。隨著環(huán)保意識(shí)的提高及土壤或天然級(jí)配砂石資源的有限性，客觀上要求回填材料盡可能地利用工業(yè)廢棄物，使其變廢為寶，實(shí)現(xiàn)工業(yè)廢棄物的資源化利用，可控低強(qiáng)度材料(ControlledLowStrengthMaterialCLSM便是其中之一。CLSM是由水泥、水、外加劑和以粉煤灰為代表的工業(yè)廢棄物組成的一種高流動(dòng)性低強(qiáng)度的新型材料，在自重作用下無(wú)需或少許振搗，可自行填充，形成自密實(shí)結(jié)構(gòu)，可替代傳統(tǒng)回填材料同時(shí)，CLSM能夠大量利用工業(yè)廢棄物，減少環(huán)境污染。因此，利用工業(yè)廢棄物制備CLSM是解決上述回填問(wèn)題和實(shí)現(xiàn)工業(yè)廢棄物資源化利用的有效途徑之一。2CLSM的定義CLSM被美國(guó)混凝土協(xié)會(huì)(ACI299)定義為“一種自密實(shí)的，主要用于密實(shí)填充的水泥質(zhì)材料”，又被稱為流動(dòng)性回填材料、可塑性泥土水泥質(zhì)材料、可控密實(shí)度回填材料、貧水泥回填材料等。美國(guó)材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)(ASTM)定義CLSM為“由土壤或骨料、膠凝材料、粉煤灰、水和化學(xué)外加劑組成的一種硬化后強(qiáng)度比土壤髙但低于&27MPa的材料。通常CLSM使用很少的粗骨料和較高的水灰比以改善新拌混合料的流動(dòng)性，摻入少量的水泥提高其粘聚性和可塑性及大量粉煤灰的摻入以改善流動(dòng)性、強(qiáng)度、耐久性。實(shí)際上，CLSM工作性和機(jī)械性能不僅受其原材料的影響，也受其應(yīng)用領(lǐng)域制約。新拌CLSM漿體要具有足夠高的流動(dòng)性，才能實(shí)現(xiàn)自流平和自密實(shí)特性，以滿足填充狹小空間及結(jié)構(gòu)間存在死角的工程需要，通常根據(jù)實(shí)際工程需要調(diào)節(jié)水灰比或摻入外加劑（如減水劑、引氣劑等）以改變流動(dòng)度滿足實(shí)際要求。另外，CLSM28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度根據(jù)ACI299要求要低于&27MPa，但實(shí)際應(yīng)用中往往要求CLSM抗壓強(qiáng)度低于2.1MPa。對(duì)于將來(lái)需要挖掘的CLSM，它的強(qiáng)度不僅要髙于最低標(biāo)準(zhǔn)值而且要低于未來(lái)可挖掘的最髙臨界值。一些學(xué)者建議需開(kāi)挖的CLSM28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為0.3-l.lMPa。當(dāng)CLSM材料28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度在0.3MPa-l.IMPa時(shí)，小型機(jī)械便可開(kāi)挖，對(duì)設(shè)備需求低;當(dāng)強(qiáng)度小于0.3MPa時(shí)，人工便可開(kāi)挖，但強(qiáng)度過(guò)低，一般不能滿足工程需求；28d抗壓強(qiáng)度大于1.1MPa時(shí)，不利于未來(lái)開(kāi)挖。與傳統(tǒng)回填材料相比，CLSM具有易混合，易放置，自流平，快速澆筑，早期髙抗?jié)B透性，養(yǎng)護(hù)后低收縮和低壓縮性，在任何齡期可挖掘的特性，是用于道路修補(bǔ)和基礎(chǔ)設(shè)施重建工程等建筑工業(yè)的理想材料。根據(jù)美國(guó)混凝土協(xié)會(huì)（ACI116R）定義CLSM的使用范圍，CLSM可廣泛應(yīng)用于建筑基坑、溝槽和擋土墻的回填、基腳結(jié)構(gòu)、路基和多用途床層的結(jié)構(gòu)填充及地下結(jié)構(gòu)的孔隙填充等。CLSM與混凝土相比，在組成方面，兩者相似，均由膠凝材料、粗細(xì)骨料、水及化學(xué)外加劑組成，區(qū)別在于每種材料的摻量差異較大。在性能方面，兩者差異大，CLSM因髙流動(dòng)性具有自流平、自密實(shí)性，其不需養(yǎng)護(hù)，澆筑時(shí)無(wú)需或少許振搗或壓實(shí)，強(qiáng)度遠(yuǎn)低于混凝土或水泥，也不要求有較好的抗凍融性、抗磨蝕、抗化學(xué)侵蝕能力，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。3CLSM配合比美國(guó)各州公路部門推薦了不同的CLSM配合比，分別如表1所示。從表中可知，各州各部門所推薦的CLSM的組成材料相似，均為水泥、粉煤灰、水、砂等，而CLSM的配合比在不同的地方差異很大，尚未有明確的標(biāo)準(zhǔn)，大多數(shù)只是個(gè)范圍值，需要經(jīng)過(guò)具體的試拌才能確定。這可能是因?yàn)楦鱾€(gè)地區(qū)的原材料的化學(xué)組成及性能差異大所致。另外，從表1、2中可知，各州推薦的CLSM的組成材料相似，均為水泥、粉煤灰、水、砂等。其中，水泥的用量很低，粉煤灰用量則很髙，是水泥用量的1-20倍，部分CLSM幾乎完全是粉煤灰體系。CLSM漿體的髙流動(dòng)性使水膠比通常大于1,且含氣量也較髙，遠(yuǎn)大于普通混凝土水膠比（0.3-0.5。大摻量粉煤灰的使用使CLSM拌合物需水量較大，一般在150-450kg/m3。表1美國(guó)各州公路部門推薦CLSM配合比美國(guó)各州水泥火山灰質(zhì)材細(xì)集料水kg/m3含氣量％kg/m3料kg/m3kg/m3亞拉巴馬州361961696302N11001586297N1163391586290N1163391586290N卻無(wú)法3070245202N佛羅里達(dá)州44-890aa5-3544-8989-356aa15-35喬治亞州44-890aa15-3544-8989-356aa15-35北卡羅納州24-89aaa0-3559-89aaa0-35南卡羅納州303561483272b303561483321b維吉尼亞州aaaaa注：a根據(jù)試扮方式俄日的那個(gè)；b允許含氣量超過(guò)30%。目前，尚未有被大家廣泛認(rèn)可的比較成熟的CLSM混合料配合比的設(shè)計(jì)方法，同時(shí)，也沒(méi)有類似ACI211所提供的混凝土推薦配合比。相對(duì)于混凝土而言，CLSM工程要求沒(méi)有明確的標(biāo)準(zhǔn)，性能要求低;對(duì)原材料要求簡(jiǎn)單，使原材料選擇多樣化，其組成材料并不一定要符合對(duì)各項(xiàng)組成材料規(guī)定的相關(guān)規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)，只要制備的CLSM的性能滿足工程需要即可，這使CLSM的配合比難以像混凝土按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，提供可被大家廣泛應(yīng)用的CLSM典型配合比變得比較困難或不太現(xiàn)實(shí)。此外，CLSM于1964年被美國(guó)首次報(bào)道用于德克薩斯西北部的澳大利亞河道回填工程，相對(duì)于混凝土而言，是一種新型材料，國(guó)內(nèi)外與之相關(guān)的參考資料十分有限，大家對(duì)其認(rèn)識(shí)和研究尚處于發(fā)展階段。因此，一般CLSM具體的配合比要根據(jù)實(shí)際試拌情況和所使用的原材料而定。CLSM研究概況近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外主要對(duì)利用不同工業(yè)廢棄物制備CLSM進(jìn)行可行性分析及其性能研究。隨著對(duì)CLSM研究的逐漸深入，其材料組成已不局限于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，ACI299也提出任何可利用工業(yè)廢棄物只要在實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行性能測(cè)試均可用于取代骨料制備CLSM。本節(jié)主要通過(guò)不同工業(yè)廢棄物制備CLSM簡(jiǎn)要概述其研究進(jìn)展。4.1粉煤灰粉煤灰是我國(guó)排放量最多也是利用效率最高的工業(yè)廢棄物之一，它是從燃煤電廠排出的燃煤煙氣中捕集下來(lái)的細(xì)灰。世界范圍內(nèi)燃煤電廠每年以廢棄物形式產(chǎn)生數(shù)百萬(wàn)噸粉煤灰，在一些發(fā)達(dá)國(guó)家或國(guó)內(nèi)一線城市將粉煤灰廣泛應(yīng)用于水泥廠和商品混凝土攪拌站等。然而在一些相對(duì)落后的國(guó)家和城市，仍有大量的粉煤灰未被利用，多以廢渣形式填埋處理。粉煤灰的主要氧化物為SiO,A10,FeO,FeO,CaO,TiO等，具有較好的火山灰活性，是制223232備CLSM最主要也是最常用的原料，一般與其他的工業(yè)廢棄物一起摻入使用。美國(guó)混凝土協(xié)會(huì)（ACI299規(guī)定:粉煤灰（C級(jí)和F級(jí)）可以用相對(duì)低摻量的水泥來(lái)激發(fā)它的火山灰活性，以生產(chǎn)CLSM材料。JinsongQian等和VahidAlizadeh等均研究發(fā)現(xiàn)所有CLSM的流動(dòng)度為200mm以上，低摻量的粉煤灰（W20%）有利于改善CLSM的流動(dòng)度，且隨著摻量的增加流動(dòng)度增加，且一個(gè)小時(shí)內(nèi)的流動(dòng)度損失小且慢;而髙摻量粉煤灰（±80%）則反之;然而，在第二個(gè)小時(shí)及之后，流動(dòng)度損失與第一個(gè)小時(shí)相反。同時(shí)，粉煤灰有利于改善CLSM的勻質(zhì)性，隨著粉煤灰摻量的增加，CLSM的新拌漿體出現(xiàn)離析和泌水現(xiàn)象的幾率越低。此外，VahidAlizadeh也發(fā)現(xiàn)CLSM的容重隨著粉煤灰摻量不同變化不大，均在2100kg/m3左右;CLSM的28d抗壓強(qiáng)度為0.85MPa-8.2MPa，且隨著粉煤灰摻量的增加而增加。據(jù)此，作者認(rèn)為粉煤灰在CLSM中的作用效果與在混凝土中類似，通過(guò)“滾軸摩擦”效應(yīng)、“微集料填充”效應(yīng)及火山灰反應(yīng)的作用，改善CLSM的工作性、強(qiáng)度、抗?jié)B性及耐久性。水泥窯灰水泥窯灰，又稱為旁道灰，是水泥窯所排出的氣體中攜帶的一種分散性很好的細(xì)顆粒材料。它的化學(xué)組成與水泥相似，含有SiO2,Al203，,CaO,堿土金屬及硫酸鹽，其中堿土金屬和硫酸鹽的含量髙于水泥。目前，全世界每年產(chǎn)生近3億噸水泥窯灰，大部分水泥窯灰在水泥生產(chǎn)過(guò)程中再次利用或在髙速公路、土壤固化、水泥砂漿及混凝土中應(yīng)用。而美國(guó)等國(guó)家因水泥窯灰較好的膠凝性能作為制備CLSM的原料。M.Lachemi等和PierceCE等均研究發(fā)現(xiàn)所有的水泥窯灰基CLSM都表現(xiàn)出很好的流動(dòng)性，在需水量不變的情況下，CLSM的流動(dòng)性、填充能力、泌水率、凝結(jié)時(shí)間、抗凍融循環(huán)和抗干濕循環(huán)能力隨著水泥窯灰含量的增加而降低，而粘度、收縮性隨著水泥窯灰含量的增加而增加。但水泥窯灰含量增加對(duì)CLSM抗壓強(qiáng)度的影響不大，加入礦渣可改善CLSM強(qiáng)度，為了使CLSM的抗壓強(qiáng)度低于2.1MPa，礦渣的加入量要低于50kg/m3。此外，研究發(fā)現(xiàn)最髙摻入10%的水泥窯灰和4%水泥或最髙僅摻水泥窯灰30%可獲得符合要求的CLSM。燃燒底灰燃燒底灰中含有大量的SiO2及Ca0,活性髙，很多學(xué)者將燃燒底灰用于制備建筑材料，如在水泥粘合劑、磚、復(fù)合土工材料及第二建筑材料中廣泛應(yīng)用。一些研究學(xué)者也提出燃燒底灰可替代天然砂應(yīng)用于CLSM中，以改善CLSM的工作性和機(jī)械性能。DicksonY.S.等和GuangyinZhen等研究發(fā)現(xiàn)用髙達(dá)80%廢棄物(底灰和河道淤泥之和)取代水泥制備的CLSM完全滿足普通CLSM的性能要求。隨著B(niǎo)A/DS增加，CLSM的流動(dòng)度和泌水率增加，幾乎無(wú)沉降現(xiàn)象發(fā)生;此外，隨BA或DS摻量增加，凝結(jié)時(shí)間也和抗壓強(qiáng)度均增加，能明顯改善CLSM的強(qiáng)度。故底灰可改善CLSM的流動(dòng)性和泌水率、降低凝結(jié)時(shí)間及提髙強(qiáng)度。同時(shí)，所制備的CLSM的滲濾液中的重金屬離子的濃度遠(yuǎn)低于美國(guó)EPA監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)。而GuangyinZhen等也發(fā)現(xiàn)當(dāng)BA摻入量為80%時(shí)，BA對(duì)CLSM的機(jī)械性能的影響弊大于利。將BA在900°C下熱處理，與粉磨BA相比，強(qiáng)度分別降低了26%,29%和65%。這是因?yàn)闊崽幚淼谆耶a(chǎn)生了鈣鋁黃長(zhǎng)石(Ca2Al2SiO7)和磷灰石(Ca(P0)(OH)新相覆蓋在顆粒表面阻止了水化所需的水和離子的遷移。另外，通過(guò)XRD,FI-5 43IR,EDS等對(duì)CLSM進(jìn)行微觀分析，發(fā)現(xiàn)粉磨BA有助于鈣磯石晶相的大量形成，而鈣磯石晶相有利于強(qiáng)度的發(fā)展，并填充在CLSM漿體的孔隙，從而使CLSM的強(qiáng)度增加。因此，作者認(rèn)為水泥窯灰能改善CLSM的強(qiáng)度，但能產(chǎn)生泌水、增加凝結(jié)時(shí)間等不利影響，而這些不利影響均在可控范圍之內(nèi)。4.4循環(huán)硫化床燃燒灰循環(huán)流化床燃燒灰(Circulatingfluidizedbedcombustionash，CFBC灰)是由煤粉與固硫劑石灰石以一定的比例混合后，在溫度為800-850C的流化床鍋爐經(jīng)燃燒固硫后排放的一種固體廢棄物。與普通粉煤灰相比，CFBC灰含有較多S03,SiO2和Al203，少量f-Ca0和玻璃體。先前有研究表明CFBC灰在不需要添加劑情況下具有非常好的膠凝性能并能可提供很好的強(qiáng)度。然而，固硫灰與煤粉爐普通粉煤灰差異較大，較髙的f-Ca0和CaSO、4含量是固硫灰髙活性和髙膨脹性的主要原因之一，一般并不作為礦物摻合料應(yīng)用于混凝土材料中。目前，國(guó)內(nèi)外大多數(shù)用CFBC灰作為公路路基及圍海造地的填埋材料，但絕大部分還堆放于儲(chǔ)灰場(chǎng)。用CFBC灰制備CLSM是解決CFBC灰大量堆積問(wèn)題的有效途徑之一。文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)CLSM拌合物流動(dòng)度、泌水率及孔隙率與固硫灰摻量呈線性遞減關(guān)系，而容重和吸收率則反之。這是因固硫灰顆粒表面疏松多孔，有大量與外界相通的氣孔，導(dǎo)致固硫灰需水量較大。文獻(xiàn)認(rèn)為固硫灰具有一定的自硬性，其含有少量的可水化礦物會(huì)對(duì)整個(gè)體系的早期水化起到催化促進(jìn)作用，加速早期水化產(chǎn)物的生成。但Chang-SeonShon發(fā)現(xiàn)CLSM早期強(qiáng)度低且發(fā)展緩慢，而后期強(qiáng)度增長(zhǎng)亦較為穩(wěn)定。同時(shí)，Chang一SeonShun和王玲研究均發(fā)現(xiàn)固硫灰一粉煤灰復(fù)摻，CLSM早期強(qiáng)度明顯優(yōu)于單摻，復(fù)摻可產(chǎn)生強(qiáng)度“超疊加”效應(yīng)，大幅度提髙CLSM硬化漿體的強(qiáng)度。有學(xué)者提出是因?yàn)閮烧呦嗷ゼぐl(fā)及復(fù)合摻合料的微粉效應(yīng)加強(qiáng)所致。此外，研究也發(fā)現(xiàn)固硫灰制備的CLSM膨脹性很小或幾乎沒(méi)有。這可能是因?yàn)楣塘蚧绎L(fēng)化后形成穩(wěn)定相，使固硫灰中的危險(xiǎn)成分限定在穩(wěn)定相中，或因固硫灰較為疏松，使水化產(chǎn)生的Ca(OH)2有足夠的膨脹空間Ca(OH)2。綜上所述，作者認(rèn)為固硫灰制備的CLSM不論早期強(qiáng)度發(fā)展快慢，固硫灰對(duì)CLSM的強(qiáng)度發(fā)展仍具有促進(jìn)作用。4.5廢棄輪胎在過(guò)去的5年中，我國(guó)可循環(huán)使用的廢棄輪胎的數(shù)量已髙達(dá)100000公噸以上。由于輪胎難分解，一般用填埋方式處理。但這種處理方式會(huì)縮短填埋場(chǎng)的使用壽命，引起填埋場(chǎng)地表面膨脹及損害填埋場(chǎng)的防漏涂層。此外，燃燒廢棄輪胎產(chǎn)生的二氧化芑嚴(yán)重危害環(huán)境。因此，許多學(xué)者考慮將橡膠粉磨，用于制備CLSM是解決上述問(wèn)題的有效途徑之一。因橡膠的髙彈性、髙強(qiáng)度、好的耐化學(xué)腐蝕性及密度低于普通輕集料的密度，將橡膠粉末取代天然砂摻入CLSM中，橡膠顆粒與膠凝材料協(xié)同作用，可改善CLSM的工作性及機(jī)械性能，如降低容重，增加塑性，提髙抗沖擊能力和可擴(kuò)展性，增加吸收能力，提髙絕熱系數(shù)及耐火性能等。相關(guān)學(xué)者研究表明當(dāng)橡膠顆粒的摻入量髙于40%時(shí)，將嚴(yán)重影響CLSM新拌漿體的性質(zhì)，建議橡膠顆粒的摻入量低于25%。Her-