工業(yè)廢棄物制備可控低強(qiáng)度材料及其性能評(píng)價(jià)

王棟民 殷景閣 李端樂(lè)

(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院＆混凝土與環(huán)境材料研究所，北京 100083)

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［1］。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［2］。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(Controlled Low Strength Material，CLSM)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。

2 CLSM 的定義

CLSM 被美國(guó)混凝土協(xié)會(huì)(ACI 299)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［3］”，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［4，5］。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)度比土壤高但低于8.27MPa 的材料［6］”。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，CLSM 28d 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度根據(jù)ACI 299 要求要低于8.27MPa，但實(shí)際應(yīng)用中往往要求CLSM 抗壓強(qiáng)度低于2.1MPa［3］。對(duì)于將來(lái)需要挖掘的CLSM，它的強(qiáng)度不僅要高于最低標(biāo)準(zhǔn)值而且要低于未來(lái)可挖掘的最高臨界值。一些學(xué)者建議需開(kāi)挖的CLSM28d 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為0.3～1.1MPa。當(dāng)CLSM 材料28 d 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度在0.3MPa～1.1 MPa 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0.3 MPa 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;28 d 抗壓強(qiáng)度大于1.1 MPa 時(shí)，不利于未來(lái)開(kāi)挖［3，7］。

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，早期高抗?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)(ACI 116R)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［7］。

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 因高流動(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。

3 CLSM 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［8］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，粉煤灰用量則很高，是水泥用量的1～20 倍，部分CLSM幾乎完全是粉煤灰體系。CLSM 漿體的高流動(dòng)性使水膠比通常大于1，且含氣量也較高，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［8］Table2 The United States Highway Department of America recommended the mix proportion of CLSM

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ACI 211 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。

4 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，ACI 299 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［2］。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［9］。粉煤灰的主要氧化物為SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等，具有較好的火山灰活性，是制備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)(ACI 299)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［3］。

Jinsong Qian 等［10］和VahidAlizadeh 等［11］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(≤20%)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;而高摻量粉煤灰(≥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0.85 MPa～8.2 MPa，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。

4.2 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、Al2O3、CaO、堿土金屬及硫酸鹽，其中堿土金屬和硫酸鹽的含量高于水泥。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)程中再次利用或在高速公路、土壤固化、水泥砂漿及混凝土中應(yīng)用［12］。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［13］和Pierce CE 等［14］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)最高摻入10%的水泥窯灰和4% 水泥或最高僅摻水泥窯灰30%可獲得符合要求的CLSM。

4.3 燃燒底灰

燃燒底灰中含有大量的SiO2及CaO，活性高，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。

Dickson Y.S.等［15］和Guangyin Zhen 等［16］研究發(fā)現(xiàn)用高達(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)間及提高強(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Guangyin Zhen 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℃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(Ca5(PO4)3(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 -IR、EDS 等對(duì)CLSM 進(jìn)行微觀分析，發(fā)現(xiàn)粉磨BA 有助于鈣礬石晶相的大量形成，而鈣礬石晶相有利于強(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)流化床燃燒灰

循環(huán)流化床燃燒灰(Circulating fluidized bed combustion ash，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800～850℃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SO3、SiO2和Al2O3，少量f -CaO 和玻璃體［17］。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［18，19］。然而，固硫灰與煤粉爐普通粉煤灰差異較大，較高的f -CaO 和CaSO4含量是固硫灰高活性和高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)［20］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)［21］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 -Seon Shon 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-Seon Shon 和王玲研究均發(fā)現(xiàn)固硫灰—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)，大幅度提高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［20，21］。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)量已高達(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。因橡膠的高彈性、高強(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，提高抗沖擊能力和可擴(kuò)展性，增加吸收能力，提高絕熱系數(shù)及耐火性能等。相關(guān)學(xué)者研究表明當(dāng)橡膠顆粒的摻入量高于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%［22］。

Her-Yung Wang 等［23］研究發(fā)現(xiàn)，CLSM 的坍落度、流動(dòng)度、管狀流動(dòng)度與橡膠粉末摻量正相關(guān)，當(dāng)橡膠粉末摻量達(dá)20%，坍落度、流動(dòng)度、管狀流動(dòng)度均達(dá)到最大，分別為221mm，498mm 和199 mm。同時(shí)，橡膠粉末摻量每增加10%，容重約降低69 kg/m3，初凝時(shí)間減少約35min。抗壓強(qiáng)度隨著橡膠取代量的增加而減少，當(dāng)取代量增加至20%時(shí)，CLSM 早齡期(1d)抗壓強(qiáng)度高于0.7MPa，滿足ASTM 的標(biāo)準(zhǔn)要求。另外，考慮到現(xiàn)場(chǎng)施工及安全性，建議橡膠的最佳取代量為20%。

5 CLSM 的性能評(píng)價(jià)

5.1 流動(dòng)性

CLSM 的流動(dòng)性決定了它在工作區(qū)域的工作性。按照ACI 規(guī)定，CLSM 的流動(dòng)度為200～300 mm，一般可通過(guò)調(diào)節(jié)水膠比或水灰比、加入減水劑和礦物摻合料以改善CLSM 的流動(dòng)性，如粉煤灰的摻入能有效地改善CLSM 的流動(dòng)性。流動(dòng)性較好的CLSM 漿體的流動(dòng)度大于200mm，且沒(méi)有明顯的離析和泌水，具有自流平、自密實(shí)且無(wú)需振搗的特性、高變形性及灌漿性能，可取代土壤等傳統(tǒng)回填材料，用于橋肩、路基及礦井等狹小空間的填充。

目前，一般通過(guò)坍落度、坍落擴(kuò)展度、管狀流動(dòng)度來(lái)評(píng)價(jià)CLSM 的流動(dòng)性。美國(guó)制定ASTM C143、ASTM D6103 標(biāo)準(zhǔn)用于CLSM 的流動(dòng)性測(cè)定。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定所測(cè)得的坍落度、坍落擴(kuò)展度、管狀流動(dòng)度應(yīng)分別高于200mm、400mm 及150mm。根據(jù)所測(cè)定的坍落擴(kuò)展度，將CLSM 流動(dòng)性分為三級(jí)［24］，坍落擴(kuò)展度＜150 mm，低流動(dòng)性，用于較大空間的管溝、路基等回填工程;坍落擴(kuò)展度在150～200mm，一般流動(dòng)性，用于一般的回填工程;坍落擴(kuò)展度＞200 mm，高流動(dòng)性，主要用于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。

5.2 填充能力

目前，國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)或方法評(píng)價(jià)CLSM 的填充能力。Efnarc［25］和Lachemi M 等［13］提出用一個(gè)300mm×500mm×300mm 透明的盒子測(cè)量CLSM 的填充能力，這個(gè)透明盒子中間有一個(gè)隔板，隔板一側(cè)是光滑的、密閉的，并含有水平的直徑為20mm 的銅管作為障礙物，另一側(cè)沒(méi)有障礙物。CLSM 以一定的速率倒進(jìn)沒(méi)有管道的一側(cè)，一旦空間被填滿，打開(kāi)隔板上的通道，讓CLSM 通過(guò)管道流進(jìn)另一側(cè)，當(dāng)CLSM 停止流動(dòng)，測(cè)量隔板兩側(cè)的高度差，用計(jì)算出的比例表示填充能力。一般填充能力在80%～100%，是滿足CLSM 工程需要。

5.3 泌水和凝結(jié)時(shí)間

由于CLSM 較高的含水量，其泌水問(wèn)題被大家高度關(guān)注。在工程應(yīng)用領(lǐng)域，泌水率較高的漿體，漿體水分蒸發(fā)較快或水分滲入周圍的土壤，灌漿后CLSM漿體收縮，產(chǎn)生裂紋或縫隙。此外，泌水可延遲CLSM 的凝結(jié)時(shí)間或使?jié){體表層強(qiáng)度降低以及使CLSM 漿體易沉降。通常，通過(guò)摻入礦物摻合料以增加組成材料之間的凝聚力或加入引氣劑、減水劑等外加劑以增加含氣量，減少拌合水用量，有效地降低CLSM 泌水幾率，改善CLSM 的流動(dòng)性。目前，國(guó)內(nèi)外尚未有專門評(píng)價(jià)CLSM 泌水性的規(guī)程或標(biāo)準(zhǔn)。僅美國(guó)ACI 建議泌水值低于總量的2%是可接受的。對(duì)CLSM 泌水性的評(píng)價(jià)，大部分國(guó)家借用評(píng)價(jià)混凝土泌水性的試驗(yàn)方法來(lái)評(píng)價(jià)CLSM 的泌水性。美國(guó)采用ASTM C940 和ASTM C232 混凝土泌水標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法評(píng)定CLSM 泌水性。也有學(xué)者根據(jù)研究目的，自行設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)泌水性試驗(yàn)。無(wú)論采用何種試驗(yàn)方法，其中最重要的是準(zhǔn)確量取CLSM 拌和物中表面析出的自由水。

CLSM 的硬化時(shí)間一般基于ASTM C 403/C 403M-99 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)量。凝結(jié)時(shí)間對(duì)CLSM 的實(shí)際應(yīng)用是至關(guān)重要的，并決定CLSM 的實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域。將CLSM 用于公路底基層或人行道建造，澆灌24 小時(shí)后允許交通正常進(jìn)行是至關(guān)重要的。因此，CLSM 材料需在24 小時(shí)內(nèi)能夠達(dá)到足以支撐交通荷載的強(qiáng)度。一般情況下，經(jīng)過(guò)3 h～5 h 后，CLSM 就可達(dá)到理想的硬固狀態(tài)。若工程緊急，也添加早強(qiáng)劑、速凝劑等外加劑，減少CLSM 的硬化時(shí)間。凝結(jié)時(shí)間主要與組成材料、配合比、流動(dòng)性、環(huán)境的溫度和濕度有關(guān)。且泌水影響CLSM 的凝結(jié)時(shí)間，會(huì)延遲CLSM 的硬化。

5.4 強(qiáng)度

CLSM 面臨的典型問(wèn)題是限制它的最高抗壓強(qiáng)度，ACI 要求最高抗壓強(qiáng)度低于8.3MPa，這是區(qū)別于水泥和混凝土的主要性能。美國(guó)采用ASTM D 4832標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)試CLSM 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度;該方法使用直徑150 mm、高度300 mm 的圓柱試體。由于CLSM本身高流動(dòng)性和自密實(shí)性，在澆鑄時(shí)不需要搗實(shí)。在進(jìn)行CLSM 材料的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，每次測(cè)3 個(gè)圓柱體的強(qiáng)度并取其平均值，測(cè)量時(shí)其加載速率應(yīng)小于0.008 MPa/s，遠(yuǎn)小于一般混凝土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的加載速率。

5.5 可挖掘性

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0.3MPa 時(shí)，僅需以人工方式可完成再開(kāi)挖;抗壓強(qiáng)度介于0.3MPa～1.1MPa 可使用小型挖土機(jī)完成開(kāi)挖。俄亥俄州1996年提出利用開(kāi)挖模量來(lái)評(píng)價(jià)CLMS 的開(kāi)挖性能［26］。開(kāi)挖模量為CLSM 材料30d的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與現(xiàn)場(chǎng)CLSM 干密度的函數(shù)，公式如下。如果開(kāi)挖模量不大于1，表示CLSM 可開(kāi)挖，其值愈小，表征CLSM 越易開(kāi)挖。

式中RE——為開(kāi)挖模量;

W ——為CLSM 干密度，單位kg/m3;

C ——為28d CLSM 抗壓強(qiáng)度，單位MPa。

5.6 毒物浸出性

CLSM 的某些組分可能會(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。用毒性物質(zhì)浸出過(guò)程(U.S.EPA 1311)來(lái)評(píng)估CLSM 試樣重金屬離子的浸出特性。將CLSM 試樣粉碎至低于1cm 的尺寸，然后與冰醋酸(緩沖溶液PH=4.93)以1:20 比例混合，以轉(zhuǎn)速為26 rpm 反復(fù)旋轉(zhuǎn)18h。之后，用45um 的醋酸纖維素膜將CLSM 試樣從滲濾液中分離，ICP-AES 法確定滲濾液中重金屬離子的濃度。所有試驗(yàn)測(cè)試三次，用相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差記錄滲濾液的平均濃度。

6 結(jié)論與展望

CLSM 對(duì)原材料品質(zhì)要求低，原材料簡(jiǎn)單易得、來(lái)源廣泛，大量工業(yè)廢棄物均可用于制備CLSM。在實(shí)現(xiàn)工業(yè)廢棄物資源化利用的同時(shí)，CLSM 替代傳統(tǒng)回填材料也是解決無(wú)法填充狹小空間和結(jié)構(gòu)死角等眾多回填問(wèn)題的有效途徑之一。此外，CLSM 具有自密實(shí)和自流平性，澆筑時(shí)無(wú)需振搗或夯實(shí)，對(duì)設(shè)備需求低，可降低施工成本，縮短工期，提高施工質(zhì)量。然而，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)CLSM 研究還很少，尚未有被大家廣泛認(rèn)可的CLSM 配合比設(shè)計(jì)方法，對(duì)其設(shè)計(jì)及性能表征難以統(tǒng)一化。以及大量工業(yè)廢棄物制備CLSM 可能存在重金屬浸出的風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重危害土地資源及人體健康。因此，探討CLSM 具體配合比設(shè)計(jì)方法、避免CLSM 重金屬浸出危害成為今后研究CLSM的主要方向。

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