建筑廢土制備可控低強(qiáng)度材料的試驗(yàn)研究

劉浩， 朱祐增， 黃銳， 張鵬

(中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院， 武漢 430074)

近年來，隨著建筑工程大量建設(shè)產(chǎn)生了大量的工程廢土，往往需要運(yùn)送到郊區(qū)，造成了資源的浪費(fèi)，如何進(jìn)行資源利用是一個(gè)嚴(yán)峻的問題[1]。同時(shí)，隨著中國管道里程的高速建設(shè)，接近使用壽命的管道越來越多，時(shí)常出現(xiàn)因?yàn)楣艿赖睦匣?、滲漏、噴涌，出現(xiàn)地面沉降、路面塌陷以及交通事故，嚴(yán)重影響著人民群眾的財(cái)產(chǎn)安全，產(chǎn)生這一系列問題的一個(gè)主要原因是管道周圍回填材料壓實(shí)質(zhì)量不足[2]。因此，利用建筑廢土代替砂石骨料制備可控低強(qiáng)度材料應(yīng)用于管道工程回填有著不錯(cuò)的前景。

根據(jù)美國混凝土協(xié)會(huì)(ACI)229的定義，可控低強(qiáng)度材料(controlled low strength materials, CLSM)是一種自密實(shí)和自平整以及高流動(dòng)度的低強(qiáng)度材料，對(duì)于不能采用大型壓實(shí)裝備壓實(shí)的區(qū)域進(jìn)行有效回填,當(dāng)它強(qiáng)度低于2 MPa時(shí)，有利于將來的管道開挖。CLSM經(jīng)久耐用、經(jīng)濟(jì)、易于鋪設(shè)而不用振動(dòng)，不需要大量勞動(dòng)力，可以進(jìn)行很好的結(jié)構(gòu)性填充，與傳統(tǒng)的回填相比更具吸引力和實(shí)用性，用于填充管道墊層、地基墊層、橋臺(tái)填充方面有著廣泛的應(yīng)用前景。一般而言，CLSM主要由水泥、粉煤灰、砂石以及水泥配合而成，近年內(nèi)，中外很多學(xué)者利用綠色、可持續(xù)發(fā)展的材料，如高嶺土[3]、橡膠顆粒[4]、脫水污泥和垃圾焚燒底灰[5]、高爐礦渣[6]、建筑垃圾[7-8]，研究其作為骨料生產(chǎn)CLSM的可能性。在眾多骨料原材料中，廢土更易獲得且更廉價(jià)，成為制備CLSM的一種新途徑。目前中外對(duì)土基CLSM開展了一系列研究， Kim等[9]利用砂石土制備CLSM，并發(fā)現(xiàn)添加砂土之后，大幅改善了CLSM的穩(wěn)定性；Chittoori等[10]采用高塑性黏土制備CLSM，得出添加高塑性黏土后要使混合物具有流動(dòng)性，需要較大的水膠比；郝彤等[11]利用盾構(gòu)渣土制備土基 CLSM 的可行性，并制備出符合流動(dòng)性回填的CLSM。在現(xiàn)有技術(shù)和研究下，土基CLSM強(qiáng)度形成機(jī)理還不明確以及土基CLSM的配合比設(shè)計(jì)思路還不成熟。

因此，現(xiàn)利用建筑施工中產(chǎn)生的工程廢土代替常規(guī)的砂石骨料，研究廢土添加對(duì)CLSM物理性能、力學(xué)性能的影響，提出一種土基可控低強(qiáng)度材料的配合比設(shè)計(jì)思路，研究水膠比、廢土取代率、膠凝材料中水泥的摻量3種因素對(duì)于CLSM流動(dòng)度、泌水率、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響，并通過掃描電子顯微鏡(scanning electron microscope，SEM)、能譜分析(energy spectrum analysis，EDS)等微觀分析手段對(duì)其強(qiáng)度形成機(jī)理進(jìn)行分析。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)基本材料為工程廢土、砂石、粉煤灰、水泥以及自來水。砂石為天然河砂，細(xì)度模數(shù)為2.4，為中砂。工程廢土是來自武漢某工程開挖而產(chǎn)生的棄土，廢土中含有石子以及其他雜質(zhì)，用5 mm篩子進(jìn)行篩選，對(duì)大顆粒物質(zhì)進(jìn)行篩除，在試驗(yàn)之前，用烘箱對(duì)建筑廢土以及砂石烘干，以免骨料中含有的水分對(duì)于實(shí)驗(yàn)的影響，液限ωl=15.3，塑性指數(shù)Ip=17.3，天然含水率為20.18%，廢土的粒徑集配曲線如圖1所示。水泥采用42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，粉煤灰為F類三級(jí)粉煤灰，水泥、粉煤灰主要化學(xué)成分如表1所示。

表1 水泥、粉煤灰主要化學(xué)成分Table 1 Main chemical composition of cement and fly ash

圖1 建筑廢土的粒徑級(jí)配曲線Fig.1 Grain size grading curve of building waste soil

1.2 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)方案如圖2所示，以建筑廢土和砂石為細(xì)骨料，建筑廢土以0、10%、20%、30%等質(zhì)量取代砂石，水泥以及粉煤灰作為膠凝材料，摻加量以砂石的量為基準(zhǔn)(100%)，其他摻量為與砂石的用量之比的百分率；研究水膠比對(duì)于不同廢土摻量CLSM工作性能的影響，測出不同水膠比不同廢土摻量情況下的流動(dòng)度以及泌水率，共設(shè)計(jì)了16組，得到具有高流動(dòng)度的CLSM；在此前提下，對(duì)于高流動(dòng)度的CLSM，設(shè)置水泥摻量為18%、27%、36%研究膠凝材料中水泥的摻量對(duì)于CLSM流動(dòng)度、泌水率以及無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響，并進(jìn)行SEM掃描電鏡檢測以及EDS能譜分析，最后利用Image-ProPlus6.0圖片分析軟件對(duì)所得的CLSM圖片進(jìn)行分析、處理。圖2為本文具體的的實(shí)驗(yàn)流程圖；圖3為流動(dòng)度試驗(yàn)、泌水率試驗(yàn)、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、掃描電鏡試驗(yàn)示意圖，試驗(yàn)配合比如表2所示。

表2 水膠比對(duì)CLSM性能的影響Table 2 The effect of water-binder ratio on the performance of CLSM

圖2 實(shí)驗(yàn)流程圖Fig.1 Experimental flowchart

圖3 試驗(yàn)示意圖Fig.3 Test schematic

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)研究的CLSM的物理力學(xué)性能有流動(dòng)度、泌水率、濕密度、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。目前在中國，沒有專門對(duì)于CLSM的具體規(guī)范，本文主要依據(jù)美國ASTM相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。流動(dòng)度、濕密度試驗(yàn)參照ASTM D6103[12]中測試方法；泌水率試驗(yàn)參照J(rèn)TG E30—2005《公路工程水泥及水泥混凝土實(shí)驗(yàn)規(guī)程》[13]中泌水率測試方法；CLSM無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)參考 JGJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法進(jìn)行測試》[14]，試樣尺寸為70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm。

微觀試驗(yàn)主要包括SEM掃描電鏡檢測以及EDS能譜分析。將無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)后的殘塊進(jìn)行收集，利用微型切割機(jī)對(duì)殘塊進(jìn)行切割，切出尺寸15 mm×15 mm×15 mm的微型試樣塊。然后將其放入45 ℃的烘箱中干燥后，用砂紙打磨其表面，使其平整，清潔，并用氣球吹掉表面的雜質(zhì)。采用小型離子濺射儀在其表面進(jìn)行鍍膜，由于試樣塊導(dǎo)電性很差，對(duì)其進(jìn)行數(shù)次噴金保證其導(dǎo)電性。噴金完成后，放入掃描電鏡進(jìn)行觀測，對(duì)其試樣表面進(jìn)行500倍、1 000倍、3 000倍和5 000倍的成像，通過調(diào)整對(duì)比度以及亮度等，在最清晰的時(shí)候保存圖片。最后利用Image-ProPlus6.0圖片分析軟件對(duì)所得的CLSM圖片進(jìn)行分析、處理。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 水膠比對(duì)土基CLSM的影響

作為流動(dòng)性回填的可控低強(qiáng)度材料，良好的流動(dòng)性以及較低的泌水率是其優(yōu)良工作性的保證，美國ASTM將CLSM的流動(dòng)性分為三級(jí)，流動(dòng)度大于200 mm就認(rèn)為其具有高流動(dòng)度，可以進(jìn)行狹窄以及縫隙進(jìn)行流動(dòng)回填。本試驗(yàn)在確定其他組分不變的情況下，調(diào)節(jié)水膠比使不同廢土含量的CLSM從低流動(dòng)度到高流動(dòng)度進(jìn)行試驗(yàn)研究，研究流動(dòng)度與泌水率之間的關(guān)系，選擇高流動(dòng)度、具有較低泌水率的具有優(yōu)良工作性能CLSM。

不同水膠比、不同廢土摻量CLSM流動(dòng)度的變化情況如圖4所示。不同廢土摻量下的CLSM流動(dòng)度隨著水膠比的增大而增大，并且隨著骨料中廢土的增加，CLSM滿足最基本的流動(dòng)所需的水膠比也在不斷增加。隨著廢土摻量從0增長到10%、20%、30%，滿足基本的流動(dòng)所需的水膠比分別為1.13、1.16、1.27、1.40，水膠比的增長速率為2.65%、9.48%、10.2%，需水量的增長幅度不斷增加，為了達(dá)到高流動(dòng)度的CLSM，在廢土摻量增加的情況下，需要增大水膠比以滿足流動(dòng)性要求。

圖4 水膠比對(duì)于CLSM流動(dòng)度的影響 Fig.4 Influence of water-binder ratio on CLSM fluidity

圖5為不同廢土摻量不同水膠比下CLSM的泌水率變化情況，可以看出，隨著流動(dòng)度的增加，CLSM的泌水率也在不斷增加。在廢土沒有摻入的情況下，無論是低流動(dòng)度還是高流動(dòng)度，CLSM的泌水率都大于8%，不適合應(yīng)用。隨著建筑廢土摻量的增加，CLSM的泌水率減小明顯，廢土摻量為20%、30%時(shí)，流動(dòng)度大于200 mm的CLSM泌水率均低于8%，在高流動(dòng)度下，仍能保持相當(dāng)?shù)偷拿谒?，建筑廢土的摻入很好地減小了CLSM的泌水、離析，并且，建筑廢土摻量越多，降低泌水的效果越好。 Kim等[9]同樣闡明了這一點(diǎn)，隨著土含量的相應(yīng)增加，所制備混合物的流動(dòng)性下降，含土的CLSM的流動(dòng)性都低于純砂骨料的CLSM。廢土可以作為一種可行的材料來改善所提出的CLSM混合物的穩(wěn)定性以及泌水水平。

圖5 不同水膠比下CLSM的泌水率Fig.5 Bleeding rate of CLSM under different water-binder ratios

2.2 水泥摻量對(duì)高流動(dòng)CLSM物理、力學(xué)性能的影響

在回填工程中，對(duì)于正?；靥畈荒艿竭_(dá)的區(qū)域，需要滿足一定的流動(dòng)度，在自重作用下可以滿足自流平，以達(dá)到良好的回填效果。因此，在上述試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選擇不同廢土百分?jǐn)?shù)摻量下高流動(dòng)度的第2、7、11、16組，它們的流動(dòng)度分別為225、215、205、250 mm，都屬于ASTM所規(guī)定的高流動(dòng)度的CLSM，在此種情況下，通過改變膠凝材料中水泥的摻量，分別設(shè)置為水泥占膠凝材料的18%、27%、36% 3種水泥摻量，研究在高流動(dòng)度的CLSM，水泥摻量的變化對(duì)于CLSM物理、力學(xué)性能的影響,試樣編號(hào)“18%—10%”為水泥摻量為18%、廢土摻量為10%的CLSM組別，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 膠凝材料中水泥摻量對(duì)于CLSM物理力學(xué)性能的影響Table 3 Influence of cement content in cementing material on physical and mechanical properties of CLSM

圖6為不同水泥摻量CLSM流動(dòng)度的影響規(guī)律。由圖6可知，隨著膠凝材料中水泥摻量的增加，CLSM的流動(dòng)度不斷降低。廢土摻量為10%時(shí)，水泥摻量從18%增加到27%與36%，流動(dòng)度分別從225、215、210 mm，分別降低約4.4%和6.7%。圖7為不同水泥摻量對(duì)于CLSM泌水率的影響，從圖7可以看出，隨著水泥摻量的增加，略微降低了CLSM的泌水率。在廢土摻量為10%，水泥摻量從18%增加到27%與36%，CLSM的泌水率分別為15%、13.8%和12%，分別降低約8%和20%。產(chǎn)生上述現(xiàn)象的主要原因是隨著水泥摻量的增加，粉煤灰摻量會(huì)減少，粉煤灰的比重比水泥低很多，用等量的水泥替代粉煤灰，會(huì)減少凈漿量以及粉煤灰的“滾珠潤滑”效應(yīng)，這兩方面導(dǎo)致了CLSM流動(dòng)度的降低。

對(duì)比圖6和圖7，隨著建筑廢土摻量的增加，CLSM的泌水率不斷降低，且泌水率降低的速率大于廢土添加的速率。廢土摻量從0到10%、20%、30%，CLSM的3種不同水泥摻量平均泌水率分別為20.3%、13.6%、6.9%，泌水率隨著廢土摻量增加降低顯著。當(dāng)廢土摻量為10%和20%時(shí)，3種水泥摻量的平均流動(dòng)度分別為216 mm和210 mm，它們的平均泌水率為13.6%和6.9%，二者流動(dòng)度相差不大，但是泌水率降低了49.3%，可以得出增大廢土摻量可以很好地降低泌水。廢土的加入使CLSM整體的勻質(zhì)性、黏聚性更好，在很好流動(dòng)度的情況下，可以保證較低的泌水率。對(duì)比未添加廢土以及添加廢土10%的CLSM，未添加廢土，在泌水率超過20%，在回填工程中，這樣的CLSM是不可用的，當(dāng)添加了10%的建筑廢土之后， 泌水率下降了31.5%，泌水率下降相當(dāng)顯著，添加廢土制備CLSM很好地改善CLSM在高流動(dòng)度情況下的離析、泌水現(xiàn)象，大大提高了CLSM的工作性能。

圖6 不同水泥摻量CLSM流動(dòng)度的影響 Fig.6 Influence of different cement content on CLSM fluidity

圖7 不同水泥摻量對(duì)于CLSM泌水率的影響Fig.7 Influence of different cement content on bleeding rate of CLSM

同時(shí)，進(jìn)行了在不同水泥摻量CLSM的濕密度量測，如圖8所示，可以看出，水泥摻量的增加略微提高了CLSM的濕密度，但是整體來說，對(duì)于CLSM的濕密度影響不是特別顯著。隨著廢土摻量的增加，CLSM的濕密度不斷降低。廢土摻量從0到10%、20%、30%，不同水泥摻量的濕密度的平均值為2 033、2 010、1 984、1 909 kg/m3，濕密度平均值的降低率從1.1%增加到1.3%、3.8%，CLSM的濕密度隨著廢土產(chǎn)量的增加降低的速率不斷增大。濕密度的顯著降低的主要原因是：砂石的干密度大于建筑廢土的干密度，并且為了在保持高流動(dòng)度情況下，廢土摻量從0到30%，水膠比由1.20增加到1.54，水的密度遠(yuǎn)低于砂石以及建筑廢土，在這種情況下，隨著廢土摻量的不斷增加，濕密度降低的速率將會(huì)不斷增大。

圖8 不同水泥摻量下CLSM的濕密度Fig.8 Wet density of CLSM with different cement content

為研究在不同水泥摻量情況下不同廢土摻量情況下的強(qiáng)度，進(jìn)行了3、7、28 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，如圖9所示。當(dāng)廢土摻量為10%，水泥摻量為18%、27%、36%時(shí)，CLSM 3 d的抗壓強(qiáng)度為0.53、0.8、1.1 MPa，隨著水泥摻量的增加，強(qiáng)度的增長為50.9%、100.7%，近似于成比例增長，水泥材料添加的多少主要影響著材料強(qiáng)度的發(fā)展。因此，設(shè)計(jì)不同強(qiáng)度的符合不同力學(xué)條件的CLSM主要可以控制水泥摻量的變化以滿足不同的回填要求。水泥摻量為18%時(shí)，未添加廢土28 d的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為1.3 MPa，當(dāng)添加10%的廢土， 28 d的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為0.78 MPa，強(qiáng)度降低了66.7%；水泥摻量為36%，未添加廢土28 d的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為2.09 MPa，當(dāng)添加10%的廢土，28 d的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為1.71 MPa，強(qiáng)度降低了18.2%，可以得出，添加廢土對(duì)于CLSM的強(qiáng)度影響顯著，強(qiáng)度的減少速率大于廢土添加摻量的速率。從以上得出，水泥以及廢土摻量主要影響著CLSM強(qiáng)度的發(fā)展。

圖9 不同水泥摻量下CLSM的3、7、28 d的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度Fig.9 Unconfined compressive strength of CLSM in 3 d, 7 d and 28 d with different cement content

并且隨著齡期的增加，土基CLSM的強(qiáng)度的不斷增加，研究3、7、28 d的強(qiáng)度之間的關(guān)系，探索前期與后期之間強(qiáng)度的發(fā)展關(guān)系。對(duì)于3 d與7 d、28 d的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度進(jìn)行擬合，如圖10所示，該擬合公式意在對(duì)CLSM的后期強(qiáng)度進(jìn)行預(yù)測?？傮w趨勢是，隨著時(shí)間的增長，CLSM的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不斷增加。擬合公式如圖10所示，擬合的效果良好，可以得出，7 d的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度約為3 d的1.45倍，28 d的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度約為3 d的1.91倍，隨著齡期的增加，強(qiáng)度的增長速率存在差異，在施工中，可以利用前期3 d的強(qiáng)度對(duì)后期的強(qiáng)度進(jìn)行預(yù)測。

圖10 土基CLSM 3 d、7 d、28 d的強(qiáng)度擬合Fig.10 Strength fitting of soil base CLSM at 3 d,7 d and 28 d

3 土基可控低強(qiáng)度材料的微觀分析與計(jì)算

3.1 土基CLSM微觀分析

圖11為0、10%、30%廢土摻量下CLSM表面放大1 000倍SEM圖片，明顯可以看出，添加建筑廢土的圖片與未添加建筑廢土的圖片存在明顯的差異，圖11(a)為沒有添加建筑廢土的CLSM，圖中較大的砂石顆粒組成了CLSM的骨架，其骨架中間填充有水泥水化產(chǎn)物，絮凝狀C—S—H和針棒狀A(yù)Ft堆疊，它們附在砂石骨料周圍，形成很好的連接結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)能夠承載較大的外力。圖11(b)廢土添加10%之后，CLSM由砂石骨料以及黏土絮凝體以及微量的水泥水化產(chǎn)物所組成，彼此之間呈現(xiàn)堆積接觸狀態(tài)，連接力微弱；圖11(c)廢土添加30%，水泥水化產(chǎn)物更少，大量的疊聚體堆結(jié)，粒狀體以及片狀體相對(duì)獨(dú)立，存在大量的孔隙。隨著建筑廢土摻量的增加，CLSM中的水化產(chǎn)物含量越來越少，黏土顆粒與砂石之間有大部分空隙未被填充，在砂石表面以及砂石與土團(tuán)粒之間水化產(chǎn)物產(chǎn)量減少，添加廢土之后CLSM的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大的改變。

圖11 不同廢土摻量下CLSM的SEM圖片(1 000倍)Fig.11 SEM images of CLSM with different wasteland content(×1 000)

對(duì)于未添加廢土以及廢土添加30%，試驗(yàn)編號(hào)為27%-0和27%-30% 7 d的試樣進(jìn)行EDS能譜分析，如圖12所示，二者的CLSM試樣中含有的元素主要有鈣、硅、鋁、氧等，但是試樣二者之間元素所占的比例相差很大，表4為CLSM試樣中的原子百分比，未添加廢土的試樣中n(Ca)/n(Si)為1.1，當(dāng)添加廢土30%之后，該比值變?yōu)?.09，變化幅度很大，從表4可以看出，添加廢土之后，添加了廢土之后，CLSM中的鈣原子所占的百分比大大降低，導(dǎo)致了土基CLSM強(qiáng)度的降低。

表4 CLSM試樣中的元素組成Table 4 Element composition of CLSM sample

圖12 試樣的EDS能譜分析Fig.12 Energy spectrum analysis of the specimen

3.2 微觀計(jì)算分析

利用Image-ProPlus6.0 軟件對(duì)試樣編號(hào)為27%-0、27%-10%、27%-30% SEM微觀圖像進(jìn)行處理，計(jì)算孔隙的最大面積、孔隙面積的平均值、孔隙半徑的最大值、孔隙半徑的平均值以及孔隙面積所占的百分比，計(jì)算結(jié)果如表5所示。

表5 試樣微觀孔徑統(tǒng)計(jì)分析表Table 5 Statistical analysis table of microscopic pore size of sample

試樣處理前后的SEM 圖像對(duì)比(3 000 倍)如圖13所示，圖像左邊為原圖，右圖為黑白二值化圖像，白色區(qū)域?yàn)榭紫?。由圖13可知，圖像表面白色區(qū)域即孔隙越來越大。在未添加廢土?xí)r，平均孔隙面積為1.01 μm2，試樣27%-10%的平均孔隙面積為2.64 μm2，試樣27%-30%的平均孔隙面積為20.58 μm2，可以得出，未添加廢土之前，孔隙面積較小，且孔隙中填充的水泥水化產(chǎn)物較多，廢土添加越大，填充的水泥水化產(chǎn)物減少，孔隙的面積越大，且CLSM微觀的接觸關(guān)系也發(fā)生了變化，由面接觸部分轉(zhuǎn)變?yōu)辄c(diǎn)接觸。

圖13 SEM 圖像以及黑白二值圖片(3 000 倍)Fig.13 SEM images and black-and-white two-value pictures (×3 000)

試樣27%-0、27%-10%、27%-30%的孔隙率分別為17.96%、35.12%、60.36%，隨著廢土的添加，CLSM孔隙率逐漸增大，從圖9可知，CLSM的強(qiáng)度不斷的降低。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是： CLSM的孔隙主要由水泥水化產(chǎn)物所填充，廢土的添加導(dǎo)致顆粒之間水化產(chǎn)物產(chǎn)量減少，顆粒之間的接觸關(guān)系逐漸發(fā)生了改變，廢土添加越多，強(qiáng)度降低越大。

水泥的水化反應(yīng)是CLSM的強(qiáng)度主要來源，水化的水化產(chǎn)物主要為C-S-H、C-H、AFt，其中C-S-H作為主要的膠結(jié)物質(zhì)，填充土與砂石之間的孔隙，從SEM圖片可以看出，隨著廢土摻量的增加，骨料之間的水化產(chǎn)物C-S-H、C-H、AFt越來越少；由IPP處理的黑白二值圖片得出，隨著廢土摻量的增加，不同廢土摻量的CLSM的孔隙以及孔隙率越來越大；無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)得出，隨著水泥摻量的增加，土基CLSM的強(qiáng)度不斷增加。填充了廢土之后，水泥水化產(chǎn)物減少，使CLSM的孔隙率增大，直接導(dǎo)致了強(qiáng)度的降低；水泥摻量增加，水化產(chǎn)物增加，說明了水泥水化反應(yīng)直接影響著CLSM的強(qiáng)度。

當(dāng)黏土與水以及水泥一起存在時(shí)，會(huì)發(fā)生一系列反應(yīng)，當(dāng)水泥與水以及骨料拌和后，整體中會(huì)存在相當(dāng)多的Ca2+，它會(huì)與黏土表面的K+、Na+進(jìn)行離子交換，離子交換作用使黏土表面雙電層變薄，使顆粒之間連接更緊密，土顆粒之間團(tuán)粒化[15]，形成團(tuán)粒。黏土表面吸附這樣將會(huì)是孔隙中Ca2+減少，對(duì)水泥的水化產(chǎn)生影響，C-S-H、C-H、AFt等水泥水化產(chǎn)物的減少，造成了CLSM強(qiáng)度的降低。同樣，增加水泥摻量，可以減少因離子交換造成的強(qiáng)度降低。另外，黏土本身的粘結(jié)以及團(tuán)?；瘜?duì)于CLSM孔隙之間填充和連接，但是黏土的連接以及離子交換形成的團(tuán)粒[16]相對(duì)于水泥水化產(chǎn)物弱得多。

4 結(jié)論

(1)利用水膠比與膠凝材料中水泥的摻量作為配合比設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)CLSM進(jìn)行物理、力學(xué)性能的試驗(yàn)，制備出流動(dòng)度大于200 mm、泌水率低于8%、28 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度低于2 MPa的具有優(yōu)良工作性能CLSM。

(2)廢土的加入會(huì)對(duì)CLSM的性能有著顯著影響，隨著廢土摻量的增加，滿足CLSM流動(dòng)性所需的初始水膠比不斷增大，且水膠比增加的速率不斷增大，但是廢土摻量的增加可以有效降低泌水率，廢土可以作為一種可行的材料來改善所提出的CLSM混合物的穩(wěn)定性以及泌水水平。

(3)對(duì)于高流動(dòng)度的CLSM進(jìn)行物理力學(xué)性能試驗(yàn)，得出隨著水泥摻量的增加，對(duì)于CLSM的流動(dòng)度以及泌水率有一定程度的減少，抗壓強(qiáng)度隨著水泥摻量不斷增加，并且隨著廢土摻量的增加，對(duì)于CLSM的強(qiáng)度顯著降低。水泥摻量和廢土摻量是影響土基CLSM的強(qiáng)度的關(guān)鍵因素。

(4)通過微觀分析以及計(jì)算得出，增加廢土摻量會(huì)導(dǎo)致CLSM中的孔隙逐漸增大，顆粒之間水化產(chǎn)物產(chǎn)量減少，顆粒之間的接觸關(guān)系發(fā)生改變，CLSM的強(qiáng)度不斷降低。