可控低强度材料CLSM

目录TOC\o"1-5"\h\z一、CLSM概述 2.\o"CurrentDocument"1CLSM定义与分类 2.CLSM的基本工程性质 33CLSM的应用 4.4CLSM的优点 5.5需要注意的几个问题 5.二CLSM的配比和组成 6.\o"CurrentDocument"CLSM组成 6.\o"CurrentDocument"CLSM配比 7.三CLSM的应用 12（一） 利用铜矿尾砂研制低强度可控性填料 12（二） 基于建筑垃圾细料的快硬回填料性能对比研究 13（三） 建筑垃圾基浆体膨胀充填材料的胶凝机理 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"微观结构分析 175建筑渣土制备的CLSM的强度形成机理 18（四） 利用建筑弃土制备可控低强材料试验研究 19\o"CurrentDocument"1CLSM简介 19\o"CurrentDocument"2原材料和试验方法 19\o"CurrentDocument"结果分析 20\o"CurrentDocument"结论 21（五）控制性低强度材料CLSM在管沟回填中的应用 22\o"CurrentDocument"1CLSM材料的物理指标 22\o"CurrentDocument"2CLSM回填工法的优点 22\o"CurrentDocument"CLSM回填工法的经济指标 22（六）工业废弃物制备可控低强度材料及其性能评价 23可控高流动性低强度材料CLSM研究一、CLSM概述1CLSM定义与分类CLSM的定义可控性低强度材料（CLSM）是一种具有髙流动性，在自重作用下无需或少许振捣下，可自行填充，形成自密实结构的替代传统回填材料的水泥基低强度回填材料，又称为流动性填料、无收缩性填料、流动性砂浆和可控密度填料（CDF）•其28d无侧限抗压强度不得超过8.3MPa。CLSM的典型组成为水泥、粗细集料（比如砂或者某些工业固体废弃物）、水和以粉煤灰为代表的其它工业废弃物（包括具有火山灰活性和不具有火山灰活性）。CLSM分类根据CLSM是否具有可开挖性，将CLSM分为两个大类：可开挖控制性低强度材料与不可开挖控制性低强度材料。Brewer则根据CLSM的具体用途，将CLSM分为如下几类，见表1.1.表1.1可控性低强度材料（CLSM）分类序号名称1CLSM-CDF2CLSM-CSF3CLSM-CPB4CLSM-CTF5CLSM-ACF6CLSM-CPFCLSM-CDF主要是指用于回填在安装或维修地下管线（自来水、下水道、电信、电力、石油、天燃气等）工程或其他工程中形成切口的可控性低强度材料。在此，CLSM-CDF主要承担掩埋与荷载传递功能，不提供结构性支撑作用。CLSM-CSF指用于工程建设或维修过程中结构填充的可控性低强度材料，CLSM-CSF除了掩埋覆盖作用外，更主要其承担、传递荷载与支撑结构作用。CLSM-CPB为用于路面基层的可控性低强度材料。CLSM-CTF为用于隔热或导热的可控性低强度回填材料。CLSM-ACF主要是指用于防腐蚀的可控性低强度回填材料。CLSM-CPF则为符合对回填材料渗透性能要求的可控性低强度回填材料。上述CLSM分类之间只是相对的，一种CLSM材料可能在一项工程中有多项功能与作用，只是CLSM的某种性能为工程关心之重，其他则次要而已。2CLSM的基本工程性质CLSM的拌合工程性质2.1.1流动性表1.2CLSM流动性分级CLSM流动性坍落扩展度mm适用范围低流动性<150较大空间的管沟、路基等回填工程一般流动性150-200一般的回填工程高流动性>200狭窄操作空间或存在死角等回填工程，但对泌水现象有特殊要求的要验证其适用性2.1.2离析与泌水性为了改善因提髙CLSM流动性而产生的离析与泌水现象，常通过添加一定量的掺合料如泡沫剂、氯化钙或适宜的细集料粉煤灰等材料，以增加拌合物组成材料间的凝聚性，降低离析与泌水现象发生的几率，改善CLSM的工作性能。或者通过提髙拌合物的含气量，减少拌合物用水量，降低离析与泌水现象的发生，但仍能保持CLSM良好的流动性。硬化时间一般情况下，经过3-5h后，CLSM就可以达到理想的硬固状态。如果工程比较紧急，也可通过添加早强剂、速凝剂等外加剂，促进CLSM的硬化时间。沉陷性大部分的沉陷现象发生于浇筑阶段，其沉陷的程度需视被释放出的游离水含量多寡而定，在髙含水量的配比中，其沉陷量每米约可达1.04mm-2.08mm,若使用较低含水量来拌合，会有较少的沉陷甚至不产生沉陷。沉陷量的测定一般与泌水式样同时进行。CLSM硬化工程性质强度特性无侧限抗压强度是表征CLSM强度的重要指标，一般抗压强度在0.35MPa-0.70MPa的CLSM与具有优良夯实性能土壤的抗压强度相当。硬化后的CLSM材料28d无侧限抗压强度不得超过8.3MPa的材料。目前，国内外研发使用的CLSM，其抗压强度大部分不超过2.1MPa,主要以便CLSM易被开挖。开挖性具有易开挖性是CLSM区别于传统混凝土材料的显著特性。研究人员常用无侧限抗压强度指标表征CLSM开挖的难易程度。研究认为CLSM无侧限抗压强度低于0.35MPa时，仅需以人工方式可完成再开挖；抗压强度介于0.7MPa-1.4MPa可使用小型挖土机完成开挖。渗透性一般而言，常规CLSM的渗透系数约在10-4cm/s——10-5cm/s,与一般粉细砂、粉质粘土渗透系数相当。CLSM渗透系数随粘结材料的减少而增加，细集料含量的增加而降低，降低到10-7cm/s。CLSM渗透系数一般利用测试土的渗透实验方法进行测定，并根据其渗透系数的大小选择常水头或变水头渗透实验。大量利用工业废弃物CLSM是一种由水泥、砂、水和粉煤灰为典型组分组成的料浆。砂和水泥是CLSM的主要组分；用废弃物材料代替水泥或者天然砂是有吸引力、有受益的再利用选择。CLSM能够利用的工业废弃物主要包括：粉煤灰、水泥窑灰、沥青混凝土尾砂、燃煤底灰以及采石场尾砂、水泥旁道灰、焚化炉灰、铜矿渣、矿山酸性排渣、改性的水库污泥、废旧铸造模砂、以及循环利用的玻璃、建筑垃圾及其渣土等等。一般来说，由于这些工业废弃物含有大量的极细颗粒或者强度较低的性能特点，是不适合用于工业建设中。CLSM也称为流动填充材料，可以作为一种较好的方法大掺量利用细颗粒材料，同时又不会削弱CLSM的性能。3CLSM的应用CLSM既不是混凝土，也不是水泥土，但是却具有类似两者的性质。它是由普通水泥、水、细集料、粉煤灰，有时也有添加剂组成的流动性拌合物。其粘滞性如同泥浆或灌浆，灌注后数小时便足以承受交通荷载而不致沉陷。事实上，可控性低强度材料为一系列具有不同用途的低强度材料的统称。例如，强度较高的材料可用于建筑物下的建筑回填，而经掺入泡沫材料的低强度、低密度的可控低强度材料则可以用于隔热回填料。所以对于具体的应用，应当从技术、经济的角度出发，选择CLSM的类型。CLSM含有许多与混凝土相同的组分，只是投配比例不同而已。故而可用生产混凝土的拌合设备拌制，并用现有的混凝土车送至现场。CLSM可取代土壤用作构筑物的填充料或回填土。它具有流动性，无需压实。市政工程中的管沟开挖回填或者公路工程中的三背（桥台背、涵台背、挡墙背）回填，往往由于施工操作空间狭小，传统回填材料（土质填料、级配砂石填料等）与结构物界面存在死角，导致碾压夯实质量难以保证，常常诱发工程病害发生。现有路面、房屋或其他构筑物下面的洞穴；狭窄的沟槽；废弃的涵洞、隧道、贮罐墙体和污水管道等地下构筑物；遇到这些情况，使用CLSM是很理想的。CLSM也可用于路面的铺筑和养护。在路面底下，CLSM是一种强度髙、性能稳定的基层。用作路面修补的填充材料，灌注后3小时即可承受荷载。当然这将取决于所用的配比、施工的气候条件、沟槽深度。倘若不能马上作路面，可将CLSM铺至道路面层的髙度，作为临时路面来承受车辆载荷。使用髙标号早强混凝土做面层，不到8小时便可放行。在实际应用中，一般要求CLSM材料无侧限抗压强度不超过2.1MPa。当CLSM材料28d无侧限抗压强度在0.3MPa-1.1MPa，有利于将来开挖，不需要动用大型的机械设备，小型开挖机械即可，当强度小于0.3MPa时，人工即可开挖，节约能源，降低工程成本；28d无侧限抗压强度大于1.1MPa时，则不利于将来开挖。4CLSM的优点（1） 能够有效而且大量利用各种工业废弃物，相对于商品混凝土搅拌站和水泥厂来说，CLSM对于粉煤灰等工业废弃物的质量要求相对低得多，但是用量却要大得多；（2） 流动性好，具有类似于自流平的特性，尤其适用于要求密实度较髙的回填工程中，对于狭窄、难以接触到的地方也能够施工；（3） 简单易得，原材料来源广泛，水泥品质要求较低，在原材料准备好之后可以在现有的混凝土搅拌站搅拌生产并运输至指定地点；（4） 使用范围广泛，比如：开放式涵洞、露天矿山、衬里、桥梁底下施工、涵箱的内部和周围、排水渠或者排水管的内部或者周围以及其它具体的回填应用等等，但CLSM的应用不仅仅局限于此。（5） CLSM消耗了大量的废弃物，但不会对环境造成二次污染和潜在的污染；（6） 回填CLSM的管道受力与变形更小且更为均匀，路面工后沉降小；（7） CLSM便于施工、节省了操作时间（8m3的回填材料只需要3分钟的工作时间），减少了人工投入，抗压强度可控、就地施工成本低，使得CLSM要优于传统的回填方法。需要注意的几个问题5.1浸出危险CLSM是髙浸出性材料，并且应用于例如填充、废渣填埋场的衬里材料，所以应该研究它们对环境可能造成的影响。组成粉煤灰的细颗粒含有可浸出的重金属，因此有关CLSM应用的主要环境问题是某些组分可能会浸出渗入地下水中，达到一定的浓度会对人身健康造成潜在危害。5.2二次回填困难CLSM的强度若髙于周围的土壤，势必给二次回填带来困难。CLSM的28d抗压强度通常不大于8MPa，从技术要求的角度出发，要求严格将CLSM的强度控制在较低的水平，在许多流动回填中，有些回填材料的28天强度低至0.7MPa，但是CLSM的强度值远远大于大多数天然土壤，这导致回填部分的强度髙于周围土壤。如果CLSM中含有火山灰活性的组分，在后期如果要进行二次回填，强度值太髙可能会造成问题。所以当有必要进行二次回填的时候其365天的抗压强度要求低至1.16-2.80MPa。二CLSM的配比和组成CLSM组成通常，CLSM由水泥、水、粉煤灰和细集料组成。但是可以通过大量掺加各种工业废渣等原料而改变配比。各组分对CLSM性能影响如下：水——水的用量大，CLSM易于流动，自行固结流平。因此加水量取决于流动性和强度的需要。增大水固比，可提髙CLSM的流动性而降低其抗压强度。水泥——与混凝土相同，虽然水泥含量比其在混凝土中的含量要低得多。水泥与水形成灰浆粘结了细集料和粉煤灰，经充分水解后产生了非沉淀性的硬化物。一般来讲，水泥用量越大，其抗压强度越大。粉煤灰一一基本作用是增加CLSM的流动性。同时，对其强度亦稍有提髙。并降低了其泌水、收缩、渗透性能。细集料——集料提髙CLSM的密度，而降低其流动性。只要材料非膨胀性或非活性，均可采用。包括减水剂、超增塑剂、促凝剂在内的大多数混凝土添加剂均可用于CLSM。一般情况下，使用添加剂是不经济的，考虑投加，仅是为解决灌注的困难。加气剂可提高CLSM的流动性，但却减少了其密度。含气量超过6%,会致使CLSM离析、与混凝土相似，CLSM经胶结和凝硬作用，其强度得以提高。虽然耐久性不及混凝土，但是这并非是其不足之处。CLSM仅是用做取代压实的土壤和粒料，不必考虑其抗冻融、抗磨耗和抗化学物质的侵蚀。埋在地下，即使受到损害，也可像回填的粒料一样承受荷载。CLSM配比常规CLSM配比由水、水泥、粉煤灰、细集料组成。随着对CLSM研究的深入，CLSM配比材料范围不断扩大，特别是许多工业废弃物（粉煤灰、水泥窑灰、沥青混凝土尾砂、燃煤底灰以及采石场尾砂、水泥道旁灰、焚化炉慧、铜矿渣、矿山酸性排渣、改性的水库污泥、废旧的铸造模砂以及循环利用的玻璃、建筑垃圾及其渣土等等）在CLSM中得到了大量的应用。目前，还没有被大家广泛认可的比较成熟的CLSM混合料配合比设计方法。随着对CLSM研究的不断深入，CLSM混合材料组成已经不局限与混凝土类似的材料组成范围内，许多混凝土不可利用的工业废弃物现已成功应用于CLSM，CLSM的配比材料组成范围扩大。下表为美国不同机构或组织推荐的CLSM材料组成配合比。表2.1CLSM与普通混凝土的配比比较原料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细骨材kg/m31280-1480700-1000外加剂速凝剂、发泡剂减水剂、强塑剂表2.2CLSM混合料配比I型水泥kg矿渣与粉煤灰kg水kg粗集料kg细集料kg集料最大尺寸mm外加剂单位重量kg/m3矿渣粉煤灰90555520657410212002002注：水灰比：1.030；设计强度：800-900KPa；坍落度180mm。美国K-krete公司每方CLSM配合比用料为：砂为1305-1661kg、粉煤灰为166-297kg、

水泥为24-119kg、水为0.35-0.40m3.表2・3FHWA建议CLSM配合比CLSM类型粉煤灰kg/m3砂kg/m3水泥kg/m3水kg/m3含气量％范围值119-2971483-178030-119198-4940.5-4.0A典型值178154259297范围值n949-1542-47-74222-3711-5B典型值1234-62247范围值cC典型值27515001651范围值1200-150030-60130-30015-35D典型值表2.4美国各州混凝土协会CLSM推荐配合比机构水泥kg/m3水kg/m3飞灰kg/m3砂kg/m329.5295.1147.51717.4奥亥俄州预拌混凝土协会59.0295.1147.51682.029.5295.101864.941.3247.9295.11534.4密执安州预拌混凝土协会59.0247.9531.11239.359.0442.61180.3035.4280.3171.11634.8密执安州预拌混凝土协会112.1271.5177.01581.6165.2259.7177.01563.9爱荷华州预拌混凝土协会59.0344.7177.01534.4表2・5美国各州有关CLSM推荐配合比美国各州水泥kg/m3火山灰质材料kg/m3细集料kg/m3水kg/m3含气量％361981696302N亚拉巴马州11001586297N1163391586290N3070245202N佛罗里达州44-890aa5-3544-8989-358aa15-35

44-890aa15-35乔治亚州44-8989-358aa5-15南卡罗来纳州 303561483272注：a：试拌方式进行确认表2.6台湾CLSM与一般混凝土材料组成及配比原料常规CLSM一般混凝土水泥等胶结料kg/m3100-200250-450火山灰材料kg/m350-1000-100拌合水kg/m3180-220180-220水胶比通常大于1，依配比实验结果而定0.4-0.55粗集料kg/m3200-400700-1100细粒料kg/m31280-400700-1000液态掺合料速凝剂、发泡剂减水剂、强塑积表2.7美国各州公路部门推荐CLSM配合比美国各州水泥kg/m3火山灰质材料kg/m3细集料kg/m3水kg/m3含气量％亚拉巴马州361961696302N11001586297N1163391586290N1163391586290N3070245202N佛罗里达州44-890aa5-3544-8989-356aa15-35乔治亚州44-890aa15-3544-8989-356aa15-35北卡罗纳州24-89aaa0-3559-89aaa0-35南卡罗纳州303561483272b303561483321b维吉尼亚州aaaaa注：a根据试扮方式俄日的那个；b允许含气量超过30%。此外，CLSM对于组成材料的技术要求，没有一般混凝土要求的严格。在一般混凝土中，对粗集料的坚固性、耐磨性、粒径分布、有机物含量等均有严格的限制，但CLSM对集料的要求并无特殊限制，废弃砖石、炉渣、铸造砂等再生粒料，皆可作为CLSM的理想原料。CLSM流动度损失的主要原因是水泥水化，水化初期产生的水化物会迅速溶于水，当溶液达到饱和后，随着水化反应的持续进行，产生的胶凝微粒会析出悬浮于溶液中。这些析出的胶凝微粒会随着数量的增多逐渐连接而形成水泥石骨架，从而形成强度，这是导致流动度降低的一个原因。此外，还有一些水化产物会与其周围具有一定活性的渣土颗粒发生反应使得拌合物进一步胶结，这是使得CLSM流动度降低的另一个重要原因。同时在这个过程中水泥水化产物中的Ca2+离子与渣土中电离出的K+、Na+等离子，发生离子交换作用，从而产生絮凝结构，也会导致流动性下降。保证砂掺量一定的情况下，粉煤灰掺量增加，渣土掺量的减小会使得混合物的流动性保持能力更好。这说明了粉煤灰保持流动性的能力优于渣土。产生这种现象的原因：①由于粉煤灰的主要矿物是玻璃微珠，这些颗粒具有致密、光滑、比表面积小的特点并且有良好的级配，能够起到很好的润滑作用，降低了颗粒之间的摩擦，提高了CLSM拌合物的流变性能，改善了CLSM的工作性能，所以增加粉煤灰的掺量有利于保持新拌CLSM流动度。②渣土会与水泥的水化产物发生离子交换作用，产生絮凝结构，这不利于保持CLSM的流动度，所以增加渣土的掺量会导致流动度下降。在保证渣土掺量一定的情况下，粉煤灰掺量增加、砂掺量的减小会使得混合物的流动性保持能力更好。这说明了粉煤灰保持流动性的能力优于砂。其主要原因是：①随着粉煤灰掺量的增加、砂掺量的减小，拌合物中用水量逐渐增加，拌合物中自由水的含量增加，不利于水化产物凝结产生骨架。②CLSM拌合物的密度随着粉煤灰掺量增加、砂掺量的减小降低，单位体积渣土的掺量也随之降低，水化产物与渣土之间的离子交换作用也相应减弱，从而导致了CLSM流动度保持能力越好。③粉煤灰的形态效应是CLSM拌合物的流动性保持能力随着粉煤灰的掺量增加而越好的另一个原因。当粉煤灰所占比例一定时，随着渣土掺量的增加，砂的掺量的减少，CLSM新拌浆体2个小时内的经时流动度变化大致相同。由此可见，调整砂和渣土的质量比例关系不会使混合物的经时流动度的稳定性发生明显的变化。该实验结果说明，渣土和砂保持流动性的能力相同。其原因是：①由于配合比设计的原因，为保证粉煤灰、砂和渣土的总质量不变，渣土的掺量越多，砂的掺量就会越小，用水量随之加大，影响水化产物之间形成骨架，使得流动度保持能力更好。②随着渣土的掺量增加，渣土与水化产物之间的离子交换作用不利于拌合物的流动度的保持。以上两种效应相互抵消，从而使得随着渣土的掺量增加，砂的掺量减小，经时流动度变化基本保持同步。CLSM混合物的高含水量使得保水性成为一个需要高度关注的问题。在现场条件下，水化后多余的水分通常被周围的土体吸收或者释放到表面。大部分沉降发生在浇筑阶段，该阶段的下沉量取决于多余自由水的多少。体积稳定性对于CLSM施工的质量控制很重要。随着固体颗粒的下沉，伴随着填充材料的水和气体的上浮，导致强度的填充体积的减小。如果拌合物严重泌水的话，极有可能引起混合物的表面产生不可接受的薄弱层和严重沉降。所以在完成拌合后应立即测定新拌浆体的泌水率。根据相关研究，用水量是最显著的控制泌水率的因素。建议用泌水率为2%-3%的CLSM混合物作为泌水容许极限是合理的。当砂掺量一定（40%）时，变化粉煤灰和渣土的掺入比例，CLSM拌合物的泌水率随着渣土掺量的增加和粉煤灰掺量的减少呈递减趋势。渣土的掺量为10%的时候，两小时后的泌水率为4.62%，渣土的掺量为50%的时候，两小时后的泌水率为2.25%，降低了近50%。这说明：与粉煤灰相比，增加渣土的掺量可以明显降低拌合物的泌水率。分别固定渣土的掺量为10%、30%和50%时，变化砂和粉煤灰的比例关系，拌合物的泌水率随着粉煤灰的掺量的增加和砂掺量的减少呈递增趋势，但随着渣土掺量的减少这种递增趋势会越来越不明显。这是因为：①随着砂的掺量的增加和粉煤灰掺量的降低，混合物的表面积在减小，为保证相同的流动度，用水量随之相应的减少，所以导致了泌水率的降低。②由于粉煤灰的形态效应，使得粉煤灰掺量增加其泌水率也会随之增大。这说明了，与粉煤灰相比，增加砂的用量可以使得拌合中用水量降低，从而可以降低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。高流态自密实混凝土设计时加入高效缓凝减水剂和引气剂，随着掺量增加，含气量增加，气泡增多在混凝土中起到一定的润滑作用，增大流动性，同时对抗冻有利，但含气量过大，混凝土强度降低较多，所以含气量应控制在5.5-6.5％为好。其次，为保证高流态自密实混凝土具有良好粘聚性，减少因流动性大而容易产生的骨料分离及其离析作用，满足其和易性要求，必须增加水泥用量及加大砂率，采用相对较小的水胶比。掺入优质粉煤灰对高流态混凝土流动性影响很大，高质量的粉煤灰可代替部分细砂，并对水泥颗粒有分散作用，起到增加和易性、流动性的良好效果。三CLSM的应用（一）利用铜矿尾砂研制低强度可控性填料CLSM的抗压强度是评价填料最重要的性能指标，其抗折强度在回填中也不能忽视，可以用比例来反应，按照抗折强度Rf：抗压强度Rc=2:3进行计算，综合评分公式为：RfX1+RcX1.5=RO具体过程为：在保证液固比基本不变的前提下，粉煤灰、铜矿尾砂、水泥三种材料的总量不变，但对其比例进行更改，同时调整水以及加气剂的加入量，并加入适量的水，固液比控制在（14-15）：（15-16）之间，保证试样制浆成型的条件，能达到市政填料低强度和高流动性要求。原料：粉煤灰、铜矿尾砂、水泥通过正交试验得到最佳试验配比。表3.1强度最佳配比方案组成A水泥B铜矿尾砂C粉煤灰D加气剂水%12.922.612.93.248.4CLSM的主要晶体矿物成分有石英、硅酸三钙、B-硅酸二钙、白云母、莫来石，铁铝四钙，含有少量的绿泥石、白云石、赤铁矿等成分，这综合了铜矿尾砂、粉煤灰以及水泥中的组成成分。二）基于建筑垃圾细料的快硬回填料性能对比研究环保性、快凝快硬性、抢修性是当前路用回填材料最亟需具备的性能。基于对路用回填材料的需求，该文提出了一种新型的建筑垃圾再生材料——建筑垃圾流动性回填材料。以建筑垃圾再生材料为研究对象，利用快硬水泥或快硬添加剂技术，进行快硬、流动性回填材料基本性能研究。试验研究表明：建筑垃圾流动性回填材料即可大量有效利用质量较差的建筑垃圾细料，又能因其较好的流动性和较快的硬化速度而快速解决紧急工程的回填施工难题。对比传统的压实回填，流动化施工技术最大的特点就是无需压实，采用浇筑回填，依靠材料本身的自重达到填充的目的，依靠水泥的硬化达到压实的目的，很好的解决了死角无法压实以及部分回填工程无法采用大型压实设备的问题。大多数工业副产品都可以作为可控性低强度材料的原材料，例如粉煤灰、采石场粉尘、水泥窑粉尘等，但是需要对这些材料是否对回填周围土壤及水源的污染进行必要限制。再生回填材料所具有的良好流动性主要是借助掺入大量的拌合水来实现的，由于拌合物中大量自由水的存在，往往容易导致再生回填材料中组成材料之间的粘聚力不足难以抵抗粗集料下沉，使混合料内部组成和结构相互分离，产生离析和泌水现象。这与传统混凝土配合比为达到高坍落度而发生离析与泌水的机理基本相同。为了改善再生回填材料的离析和泌水现象，添加适量的粉煤灰和硅灰，以增加拌合物组成材料的凝聚性能，降低离析和泌水现象，改善其和易性能。水泥是使再生回填材料形成强度的根本，是使再生回填材料具有工程性质的前提。水泥内部成分在水的作用下自身发生水化反应，且与周围的粉煤灰、硅灰、再生细料发生复杂的物理化学反应，使再生回填材料成为一个整体结构，且具有一定的强度，从而满足工程上的要求。工程上再生回填材料主要是替代压实土进行开挖回填，不需要有太高的强度，因此建议选用强度等级为32.5的水泥。粉煤灰是再生回填材料的主要掺合料，具有提高再生回填材料流动性能及抗离析泌水性能，同时提高了再生回填材料对水的稳定性，提高了用水量带宽。有研究表明，粉煤灰可以提高再生回填材料的长期强度值。在再生细料中，级配的好坏对再生回填材料的流动性具有一定的影响。同一种颗粒下，粒径越大，其制备的流动性材料就越难流动，粒径越小，其制备的流动性材料就越宜流动。另一方面，通过实验发现，再生细料中小于0.075mm的再生微粉含量比较大且基本都具有较高的粘性，可以很好的提高所配流动性材料的保水性。在美国,ASTM制定了专门测试CLSM流动性的试验规程ASTMD6103”可控性低强度材料连续性的标准试验方法“，其所使用的试模为直径76±3mm髙150±3mm的空心圆柱体刚性试模，具体测试方法为将试模用湿毛巾擦干水滴，放入水平的玻璃板上，然后将新拌合好的混合料倒入试模，轻敲外壁，用刮刀沿试模上沿刮平，迅速提起，测其坍落扩展的最大直径及其垂直直径，以其平均值作为混合料的流动度，依据此种测试方法，ASTM将CLSM流动性分为三级。见下表3.2。表3.2CLSM流动性分级流动性流动度/mm适用范围低流动性100-150较大空间的管沟、路基等回填工程一般流动性150-200一般的回填工程高流动性>200狭窄操作空间或存在死角等回填工程在国内，同济大学的袁秋、髙东等人在对流态粉煤灰的室内试验研究中也提出了自己的流动度试验方法及流动性评价标准。其所使用的试模为直径100mm髙200mm的金属坍落度筒，根据所测定的坍落扩展，将流态粉煤灰的流动性能分为四个等级、根据此种分级方法，对于一般管沟的回填工程，流动性需要达到“一般”标准，对于狭窄沟槽中的管线回填工程，材料流动性要求能达到“好”的标准，而对于空间较大的路基回填工程，坍落扩展度较小的材料也能满足工程需要。表3.3液态粉煤灰流动性评价标准坍落扩展度/mm评价等级<200差200-250一般250-300好>300极大单纯使用再生细料、水泥和水拌制的再生回填材料工作性能不稳定，极易产生离析，泌水率较大，且用水量带宽（用水量带宽是指混合料的拌合用水量建筑垃圾流动性回填材料在使用过程中最关注的是3方面的性能：①流动性；②硬化时间；③强度。建筑垃圾流动性回填材料的流动度和水固比有较好的相关关系，因此水固比可以单独有效地控制工作性能的变化；水泥基混合材料的抗压强度和灰砂比直接相关，可通过调整灰砂比以有效控制其强度。原料：P.O42.5级快硬硫铝酸盐水泥和普通硅酸盐水泥、I级粉煤灰、ATHANNSY生产的三聚氰胺SM高效减水剂、日本电化学促凝剂和国产促凝剂，建筑垃圾细料，粒径小于5mm。依据配合比的设计流程，首先确定了A、B、C共三类回填材料，即A类回填材料为采用P.O.42.5级普通硅酸盐水泥+日本电化学促凝剂生产的建筑垃圾流动性回填材料；B类回填材料为采用P.O.42.5级普通硅酸盐水泥+国产促凝剂生产的建筑垃圾流动性回填材料;C类回填材料为采用P.O.42.5级快硬硫铝酸盐水泥生产的建筑垃圾流动性回填材料。在A、B、C工三类回填材料确定的基础上，对各实验回填材料的灰砂比、水固比和促凝集掺量等警醒不同配合比试样制作，其各类回填材料的配合比见表3.4.表3.43类回填材料的配合比回填材料灰砂比水固比细料g水泥g粉煤灰g促凝剂减水剂g水掺量％质量gA类：P.O42.5普通硅酸盐水泥+日本电化学促凝剂0.100.22120012030015/20/25/3018/24/30/363.6356.40.150.21120018024015/20/25/3027/36/45/544.5350.0B类：P.O.42.5级普通硅酸盐水泥+国产促凝剂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类：P.O.42.5级快硬硫铝酸盐水泥0.100.2212001203003.6356.40.2412001202403.6374.40.150.2112001802404.5340.20.2312001802404.5372.6建筑垃圾流动性回填材料如应用于距地表较浅的结构回填中，如路面基层，则会遇到冻融循坏的问题。原因是由于在反复冻融循环条件下吸收了外界的水分，水在冻结时体积膨胀，孔壁承受的膨胀应力超过水泥胶结物的抗拉强度时引起部分微裂等不可逆的结构变化，在冰融化后不能完全复原，导致内部空隙率更大，会渗入更多的水，再次冻融时，原先形成的裂缝又由于结冰而扩大，如此经过反复的冻融，裂缝越来越大，导致破坏。灰砂比对回填材料流动度的影响水固比相同时，建筑垃圾流动性回填材料流动度会随灰砂比的增加而增加。因此为保证流动性且满足强度要求，一般采用较高的灰砂比，但灰砂比过高，容易使胶凝材料水化，从而导致回填材料易收缩开裂。灰砂比过低，又会导致水泥浆体数量不足，影响材料流动性能，因此应根据需要选择合适的灰砂比。A类促凝剂掺量25%时，抗压强度最大，灰砂比0.15，B类灰砂比0.15，促凝剂掺量15%在28d时，C类回填材料强度达到7.17MPa,B类回填材料为8.06MPa,A类回填材料强度16.86MPa。A类回填材料的抗压强度随着龄期的增加早期（l-12h）强度增长相对较为缓慢，而后期（l-28d）强度随着龄期的增加而迅速增加；C类回填材料随龄期的增加前期和后期的速率几乎一致，因此与其早期强度增长的速率相比而言，其后期强度的增长速率较慢；B类回填材料强度随龄期的增长速率界于A类回填材料和C类回填材料之间，相对于其前期的强度增长速率，其后期的强度增长速率稍快，但无论从强度增长速率还是强度增长绝对值方面，均不超过A类回填材料和C类回填材料。A、B、C共三类建筑垃圾流动性回填材料都可以满足块凝快硬的要求，并可保证强度达到某些工程的回填强度要求（如管沟回填、路面基层回填）。A、C两类回填材料30min左右可以达到凝结状态，2h可以达到硬化状态。B类回填材料硬化速度较A、C两类回填材料稍慢，在3h左右可达到硬化状态。（三） 建筑垃圾基浆体膨胀充填材料的胶凝机理石灰的活化当石灰和水混合搅拌之后，颗粒表面立刻开始水化，生成氢氧化钙，溶于水之后进入溶液内并解离成带二价正电荷的钙离子和带负电荷的氢氧根离子Ca（OH）—Ca2++2OH-2为建筑垃圾浆体膨胀充填材料的形成提供碱性环境，并促使建筑垃圾粉料表面SiO2、Al2O3的键位断裂，提髙建筑垃圾粉料的早期水化反应速率。同时，过量石灰的掺入，会引起浆体的间浓度过髙，降低体系液相中Ca2+浓度，液相Ca（OH）2的碱性会制约水泥的水化反应，使将体中产生的胶凝类物质减少，早期强度降低。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论，认为半水石膏加水后进行的化学反应可以表示为CaSO・1/2HO+3/2H0-CaSO・2H0+Q(19.2J/gS0)(2)4 2 2 4 2 3张德成等认为，采用CaSO或NaOH+CaSO对废弃混凝土活性的激发效果十分显著。在建44筑垃圾浆体膨胀充填材料加入石膏后，一方面石膏会与垃圾粉料溶出的Al2O3生成钙矶石，钙矾石晶体的生长使得浆体产生膨胀，被水化产物包裹的粉料颗粒重新露出新的表面，加速了垃圾粉料的水化；另一方面，加了石膏的浆体中SO2-会渗透到C-S-H凝胶中，改变C-S-H4凝胶的透水性，亦加速建筑垃圾粉料的火山灰反应。水泥熟料的活化水泥的水化过程简单的概括为以下阶段；钙矶石的形成阶段由于熟料矿物遇水后立即溶解，熟料中的C3A首先水化。骑在水中水化反应式可表示为2(3CaO・AlO)+27HO—4CaO・AlO・19HO+2CaO・AlO・8HO232232232并在有硫酸根存在的条件下迅速形成钙矶石(Aft).由于钙矶石(Aft)的形成，因此C3A的水化速率变慢导致诱导期开始。C3S水化阶段C3S在常温下水化反应可用式(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，水化产物中形成C-S-H和CH相，来弥补建筑垃圾粉料的活性不足使得硬化体内部结构逐渐密实；同时CS和CAF还可以作为碱性激发剂，来激发24粉料的活性。微观结构分析水化初期阶段，物料中各组分发生化学反应，浆体中聚集了大量的活性离子。其中CaO发生反应转化为Ca(OH)形成碱性包裹层，逐渐侵蚀建筑垃圾颗粒表面。但由于垃圾粉料颗2粒的活性偏低，玻璃体聚合度较髙，此时很难溶出SiO2、Al2O3。另外水泥中的硅铝氧化物、CaO以及石膏中CaSO相互作用可以生成钙矶石。钙矶石形态大多是呈针状或链状，可以减4少系统的空隙率，并致使材料内部结构更加致密。3d龄期时，硬化体表面已经出现少量针状结晶、胶状物、孔洞和未水化的颗粒物。而针状晶体可推断该晶体为钙矶石，其在骨料颗粒上生长，结构空隙间扩展，起到了一定强度支撑的作用。但此时的钙矶石含量较少。随着浆体中各种矿物质的继续溶解，浆体中的碱性离子不断增多，当pH>12时，建筑垃圾粉料CaO-SiO2-Al2O3系统的不稳定玻璃体结构被打破，Si-O、Al-O键发生断裂，形成大量的水化产物，如水化铝酸钙、水化硅酸钙等。建筑垃圾颗粒表面溶出SiO2、Al2O3又可以参与钙矾石的生成，其含量进一步增加。7d龄期时，钙矾石以原始颗粒为中心在空间成放射状向四面展开，钙矾石生长速度加快，数目增多，形态发生变化，多呈棒状。在14d龄期时，硅铝凝胶不断增多增大开始交织在一起，并逐渐包裹钙矾石。此时的充填材料强度已经出现质的提髙。28d龄期时，钙矶石晶体的含量不断减少，一方面由于部分钙矾石发生碳化，形成碳酸钙；另一方面因为硅铝凝胶继续生长扩展，将建筑垃圾细骨料和钙矶石彻底包裹在一起，充分填补了硬化体的内部空隙，形成了稳定的网状结构。5建筑渣土制备的CLSM的强度形成机理目前，国内外对于CLSM的强度形成机理还没有形成比较成熟的理论，考虑到利用建筑渣土制备的CLSM和水泥土有很多相似之处，所以本文借鉴了水泥土的相关理论。对于水泥土而言，当待处理的土中掺入量一定量的水泥后，首先发生的反应是水泥与混合物中的水分发生水化作用，生成氢氧化钙和水化硅酸钙等胶凝颗粒。这些水化产物在溶液未饱和之前会迅速溶解于水溶液当中，随着水化反应的持续进行，溶液逐渐达到饱和状态，胶凝颗粒逐渐析出，并且连接形成骨架强度。而水化生成的氢氧化钙会与其附近具备一定活性的土颗粒之间发生反应，进一步促进土体的胶结。这里主要介绍对水泥土中期和后期强度提髙起主要作用的“离子交换和团粒化作用”、“硬凝反应”。离子交换和团粒化作用。在水泥的水化产物中Ca(OH)2和Ca2+会与Na+、K+进行当量吸附交换，使土颗粒双电层厚度变薄，土颗粒间会靠的更紧密。析出的Ca(OH)2晶体表面积比原水泥颗粒大1000倍，其表面能较大，可吸附较大的土颗粒并形成水泥土的链条状结构，形成稳定的联结。硬凝反应。当Ca2+的数量超过离子交换的需求量时，多余的Ca2+会与粘土矿物中的活性成分发生化学反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙凝胶。（四） 利用建筑弃土制备可控低强材料试验研究CLSM简介可控性低强度材料（CLSM）是一种具有髙流动性，在自重作用下无需或少许振捣下，可自行填充，形成自密实结构的替代传统回填材料的水泥基低强度回填材料。CLSM在路面基础、回填的挡土墙、涵洞和地下管沟等工程中都得以成功的应用。传统开挖回填施工一般利用原有开挖土壤或级配砂石料进行回填压实的方法进行施工。然而往往由于施工操作空间狭小，传统回填材料与结构物界面存在死角，导致碾压夯实质量难以保证，常常诱发工程病害。相较之下，这种流动性填充具有诸多优势，它具有填充材料的自流平特性，易于混合和铺设，易于流入难以到达的地方，同时由于CLSM混合物在施工过程中无需压实，这避免了传统回填方式在施工过程中进行铺设和压实所需的设备和人力，是一种更经济的回填方式。混凝土用砂和粉煤灰是在CLSM中最常用的细骨料。事实上，只要CLSM混合料能够达到工程的要求和目的，其所组成材料不一定要符合相关规范或标准对各项组成材料的规定，废弃砖石、炉渣、铸砂等再生粒料，皆可作为CLSM的理想原料。原材料和试验方法2.1原材料水泥为金隅P.O42.5，主要性能见表3.5.粉煤灰为II级粉煤灰，细度为45um，筛余为13.2%，需水量比为10.2%,烧失量为5.65%。砂为I区机制砂，细度模数为3.2。土来自于西安城市建设过程中产生的弃土，其物理性能见表3.6.表3.5水泥的物理力学性能标准稠度用水量％凝结时间min细度%80卩m安定性抗压强度MPa抗折强度MP初凝终凝3d28d3d28d27.82003502.8合格28.054.34.06.6表3.6土的物理性能性能指标液限％塑限％塑性指数％比重细粒含量％测试值2037172.798.12.2试验方法可控低强材料（CLSM）的流动度参照《可控低强度材料CLSM）流动连续性试验方法标准》（ASTMD6103-2004）、单位重参照《可控低强度材料（CLSM）密度（单位重）、屈服性、水泥含量和空气含量（重量分析）试验方法标准》（ASTMD6023-2007）、抗压强度参照《建筑砂浆基本性能试验方法标准》（JGJ/T70-2009）。将原材料按配合比加入混凝土搅拌机搅拌均匀，然后加水搅拌5min。按照ASTMD6103-2004测定新拌浆体的流动度，同时按照ASTMD6023-2007测定新拌浆体的单位重。将新拌浆体成型为70.7mmX70.7mmX70.7mm试块，用塑料薄膜覆盖在试块上方，标准养护3天后脱模，并用塑料膜将每个脱模后的试块进行包裹做好标记，在20相对湿度100%的环境中养护，测定CLSM额定3天、7天、28天的抗压强度。根据前期试验结果，选取C1作为基本配合比，固定其他组分不变，分别降低和增加水泥的用量，从而得到C0.75和C1.25两个配合比。其余配合比分别是在C1的基础上，固定水泥的用量及粉煤灰与砂和土三者的总质量不变，通过改变粉煤灰、砂和土三者之间的比例关系来研究CLSM。通过控制新拌CLSM的流动度在22cm到25cm之间的来确定用水量。例如配合比l.8.1表示粉煤灰:砂:土的质量比为1:8:1。结果分析3.1水泥用量对CLSM强度的影响随着水泥掺量的增加，抗压强度随之增加。由于配合比设计中用水量是保持不变的，因此水泥掺量的增加直接影响到水灰比的大小。3.2砂的掺量对CLSM强度的影响CLSM的抗压强度随着粉煤灰用量的减少和砂用量的增加而增大。这是由于，混合物的比表面积随着粉煤灰用量的减少和砂用量的增加而减小，为了保证混合物有良好的工作性用水量相应减少，最终导致了水灰比的降低，进而使得抗压强度大幅提高。

3.3土的掺量对CLSM强度的影响随着砂用量的减少和土的用量的增加，强度逐渐减小。这是由于随着土的掺量的增加其比表面积因此而增大，为了得到有良好工作性的混合物，需增加用水量，这就导致了水灰比逐渐增大，从而使得强度逐渐减小。表3.7CLSM配合比（质量比）及拌合物性能编号水水泥粉煤灰砂土水灰比流动度（cm）密度kg/m3备注C0.7512.50.75200016.724.01624Cl(lO.O.O)12.51.00200012.523.01631基准配合比C1.2512.51.2520001023.516379.0.112.0118021222.01647双掺（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双掺（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掺（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结论（1） 可以制备出复合流动性的土基CLSM拌合物，这些混合物硬化后的28d抗压强度在0.2-1.7MPa,利用土可以制备出符合特定开挖要求的CLSM。（2） 对于以水泥、粉煤灰和水为主要组分的CLSM而言，其强度随着水灰比的增大而减小;粉煤灰和砂双掺时，砂的加入会降低用水量，增加CLSM的抗压强度。（3）粉煤灰和土双掺时，在水胶比基本不变的情况下，CLSM强度随着土掺量的增加而降低;粉煤灰、砂和土三掺时，在粉煤灰的掺入比例一定的情况下，随着土掺量的增加，用水量增大，CLSM的强度降低;粉煤灰、砂和土三掺时，在保持水灰比基本相同、砂的掺入比例一定的情况下，CLSM的强度随着土掺量的增加而降低。（五）控制性低强度材料CLSM在管沟回填中的应用1CLSM材料的物理指标CLSM与普通混凝土相比并没有本质上的不同，其主要区别在于水泥用量、粗细骨料的种类与含量、水灰比以及外加剂等方面（如表1所示）。由于强度并非其考虑的首要问题，因此CLSM对粗细骨料的强度、粒径及有机物含量等方面并无特殊要求，可采用矿渣炉渣、废弃砖石、铸造废渣以及开挖的剩余土石方等。考虑将来的再开挖性，实际工程中使用的CLSM的抗压强度一般为0.45-2.1MP。水泥掺量一般4%。表3.8CLSM与普通混凝土的配比比较原料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细骨材kg/m31280-148053.3-81.8700-100024.4-54.6外加剂速凝剂、发泡剂减水剂、强塑剂2CLSM回填工法的优点CLSM可利用各种固体废弃物甚至场地开挖土石方作为骨料，可减少天然砂石材料的耗用，有利于节约资源；CLSM具有髙流动性，无需夯击捣实即可填充管沟空间，减少了夯实和压密度检查等工序，降低了施工工作量和施工噪音;回填CLSM的管道受力与变形更小且更为均匀，路面工后沉降小；施工方便，工期较短，掺入早强剂就可在数小时内具有强度并可开放交通，特别适用于市区管道工程的施工;与普通混凝土相比，CLSM的强度不髙，可方便日后开挖维修等。总之，与传统的管沟回填工法（回填砂、粘土等）相比，CLSM回填工法具有便捷、经济、环保以及管道受力更加合理等诸多优点。CLSM回填工法的经济指标与传统回填材料相比，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会产生承载力不足的问题，故施工时可省却夯实和密实度试验的费用，再加上节省工期等因素，CLSM工法的施工成本在整体上将比传统工法更具有一定的竞争优势。表3.9为我国台湾地区某管道工程中CLSM与传统回填材料在施工及成本上的比较。由于该项目采用工厂预制CLSM，因此其材料成本相对较髙（髙处传统材料约两倍）。表3.9CLSM功法与传统回填工法的比较项目传统功法CLSM工法材料砂石级配工厂预制人员大工1名，小工若干小工1名机具夯实机械检验、试验项目敷设厚度抗压强度含水量压密度材料成本元/m3300-4001200-1500夯压成本400-6000检验、实验成本6500元/3孔（密实度检验）900元/组（抗压试验）六）工业废弃物制备可控低强度材料及其性能评价摘要:可控低强度材料是一种具有高流动性、低强度、自流平和自密实性的水泥基材料，可用于管道、路基、回填等工程领域。本文综合国内外与可控低强度材料相关的标准，对其定义、配合比及工程性质(流动性、泌水和凝结时间、填充能力、强度等)进行了详细介绍;并结合工业废弃物向资源化利用方向的发展，以粉煤灰、燃烧灰底灰、燃烧循环流化床等工业废弃物为例简要概述了可控低强度材料的研究概况;最后提出了可控低强度材料的配合比设计标准化及避免材料中重金属离子浸出将成为未来研究的热点。关键词：可控低强度材料；回填材料；高流动性；工业废弃物1引言随着我国城市化快速发展，各地的开挖回填工程如市政工程中的管沟开挖回填或公路工程中的三背回填等逐年增多，传统回填材料一般采用开挖沟槽土壤或天然级配砂石，由于管道沟槽空间狭小，传统回填材料与结构物的界面存在死角，导致碾压夯实困难，填充质量难以保证，往往诱发路基沉陷等工程病害。此外，当前我国工业废弃物累计积存量高达100多亿吨，占地面积达5万公顷以上。大量工业废弃物多以填埋和高温堆肥方式处理，处理方式极其不完善，严重危害环境及人类健康。随着环保意识的提高及土壤或天然级配砂石资源的有限性，客观上要求回填材料尽可能地利用工业废弃物，使其变废为宝，实现工业废弃物的资源化利用，可控低强度材料(ControlledLowStrengthMaterialCLSM便是其中之一。CLSM是由水泥、水、外加剂和以粉煤灰为代表的工业废弃物组成的一种高流动性低强度的新型材料，在自重作用下无需或少许振捣，可自行填充，形成自密实结构，可替代传统回填材料同时，CLSM能够大量利用工业废弃物，减少环境污染。因此，利用工业废弃物制备CLSM是解决上述回填问题和实现工业废弃物资源化利用的有效途径之一。2CLSM的定义CLSM被美国混凝土协会(ACI299)定义为“一种自密实的，主要用于密实填充的水泥质材料”，又被称为流动性回填材料、可塑性泥土水泥质材料、可控密实度回填材料、贫水泥回填材料等。美国材料试验协会(ASTM)定义CLSM为“由土壤或骨料、胶凝材料、粉煤灰、水和化学外加剂组成的一种硬化后强度比土壤髙但低于&27MPa的材料。通常CLSM使用很少的粗骨料和较高的水灰比以改善新拌混合料的流动性，掺入少量的水泥提高其粘聚性和可塑性及大量粉煤灰的掺入以改善流动性、强度、耐久性。实际上，CLSM工作性和机械性能不仅受其原材料的影响，也受其应用领域制约。新拌CLSM浆体要具有足够高的流动性，才能实现自流平和自密实特性，以满足填充狭小空间及结构间存在死角的工程需要，通常根据实际工程需要调节水灰比或掺入外加剂（如减水剂、引气剂等）以改变流动度满足实际要求。另外，CLSM28d无侧限抗压强度根据ACI299要求要低于&27MPa，但实际应用中往往要求CLSM抗压强度低于2.1MPa。对于将来需要挖掘的CLSM，它的强度不仅要髙于最低标准值而且要低于未来可挖掘的最髙临界值。一些学者建议需开挖的CLSM28d无侧限抗压强度为0.3-l.lMPa。当CLSM材料28d无侧限抗压强度在0.3MPa-l.IMPa时，小型机械便可开挖，对设备需求低;当强度小于0.3MPa时，人工便可开挖，但强度过低，一般不能满足工程需求；28d抗压强度大于1.1MPa时，不利于未来开挖。与传统回填材料相比，CLSM具有易混合，易放置，自流平，快速浇筑，早期髙抗渗透性，养护后低收缩和低压缩性，在任何龄期可挖掘的特性，是用于道路修补和基础设施重建工程等建筑工业的理想材料。根据美国混凝土协会（ACI116R）定义CLSM的使用范围，CLSM可广泛应用于建筑基坑、沟槽和挡土墙的回填、基脚结构、路基和多用途床层的结构填充及地下结构的孔隙填充等。CLSM与混凝土相比，在组成方面，两者相似，均由胶凝材料、粗细骨料、水及化学外加剂组成，区别在于每种材料的掺量差异较大。在性能方面，两者差异大，CLSM因髙流动性具有自流平、自密实性，其不需养护，浇筑时无需或少许振捣或压实，强度远低于混凝土或水泥，也不要求有较好的抗冻融性、抗磨蚀、抗化学侵蚀能力，其粘滞性如同泥浆或灌浆，灌注后数小时便足以承受交通荷载而不致沉陷。3CLSM配合比美国各州公路部门推荐了不同的CLSM配合比，分别如表1所示。从表中可知，各州各部门所推荐的CLSM的组成材料相似，均为水泥、粉煤灰、水、砂等，而CLSM的配合比在不同的地方差异很大，尚未有明确的标准，大多数只是个范围值，需要经过具体的试拌才能确定。这可能是因为各个地区的原材料的化学组成及性能差异大所致。另外，从表1、2中可知，各州推荐的CLSM的组成材料相似，均为水泥、粉煤灰、水、砂等。其中，水泥的用量很低，粉煤灰用量则很髙，是水泥用量的1-20倍，部分CLSM几乎完全是粉煤灰体系。CLSM浆体的髙流动性使水胶比通常大于1,且含气量也较髙，远大于普通混凝土水胶比（0.3-0.5。大掺量粉煤灰的使用使CLSM拌合物需水量较大，一般在150-450kg/m3。表1美国各州公路部门推荐CLSM配合比美国各州水泥火山灰质材细集料水kg/m3含气量％kg/m3料kg/m3kg/m3亚拉巴马州361961696302N11001586297N1163391586290N1163391586290N却无法3070245202N佛罗里达州44-890aa5-3544-8989-356aa15-35乔治亚州44-890aa15-3544-8989-356aa15-35北卡罗纳州24-89aaa0-3559-89aaa0-35南卡罗纳州303561483272b303561483321b维吉尼亚州aaaaa注：a根据试扮方式俄日的那个；b允许含气量超过30%。目前，尚未有被大家广泛认可的比较成熟的CLSM混合料配合比的设计方法，同时，也没有类似ACI211所提供的混凝土推荐配合比。相对于混凝土而言，CLSM工程要求没有明确的标准，性能要求低;对原材料要求简单，使原材料选择多样化，其组成材料并不一定要符合对各项组成材料规定的相关规范或标准，只要制备的CLSM的性能满足工程需要即可，这使CLSM的配合比难以像混凝土按照统一标准设计，提供可被大家广泛应用的CLSM典型配合比变得比较困难或不太现实。此外，CLSM于1964年被美国首次报道用于德克萨斯西北部的澳大利亚河道回填工程，相对于混凝土而言，是一种新型材料，国内外与之相关的参考资料十分有限，大家对其认识和研究尚处于发展阶段。因此，一般CLSM具体的配合比要根据实际试拌情况和所使用的原材料而定。CLSM研究概况近年来，国内外主要对利用不同工业废弃物制备CLSM进行可行性分析及其性能研究。随着对CLSM研究的逐渐深入，其材料组成已不局限于与混凝土类似的材料组成范围内，许多混凝土不可利用的工业废弃物现已成功应用于CLSM，ACI299也提出任何可利用工业废弃物只要在实验前进行性能测试均可用于取代骨料制备CLSM。本节主要通过不同工业废弃物制备CLSM简要概述其研究进展。4.1粉煤灰粉煤灰是我国排放量最多也是利用效率最高的工业废弃物之一，它是从燃煤电厂排出的燃煤烟气中捕集下来的细灰。世界范围内燃煤电厂每年以废弃物形式产生数百万吨粉煤灰，在一些发达国家或国内一线城市将粉煤灰广泛应用于水泥厂和商品混凝土搅拌站等。然而在一些相对落后的国家和城市，仍有大量的粉煤灰未被利用，多以废渣形式填埋处理。粉煤灰的主要氧化物为SiO,A10,FeO,FeO,CaO,TiO等，具有较好的火山灰活性，是制223232备CLSM最主要也是最常用的原料，一般与其他的工业废弃物一起掺入使用。美国混凝土协会（ACI299规定:粉煤灰（C级和F级）可以用相对低掺量的水泥来激发它的火山灰活性，以生产CLSM材料。JinsongQian等和VahidAlizadeh等均研究发现所有CLSM的流动度为200mm以上，低掺量的粉煤灰（W20%）有利于改善CLSM的流动度，且随着掺量的增加流动度增加，且一个小时内的流动度损失小且慢;而髙掺量粉煤灰（±80%）则反之;然而，在第二个小时及之后，流动度损失与第一个小时相反。同时，粉煤灰有利于改善CLSM的匀质性，随着粉煤灰掺量的增加，CLSM的新拌浆体出现离析和泌水现象的几率越低。此外，VahidAlizadeh也发现CLSM的容重随着粉煤灰掺量不同变化不大，均在2100kg/m3左右;CLSM的28d抗压强度为0.85MPa-8.2MPa，且随着粉煤灰掺量的增加而增加。据此，作者认为粉煤灰在CLSM中的作用效果与在混凝土中类似，通过“滚轴摩擦”效应、“微集料填充”效应及火山灰反应的作用，改善CLSM的工作性、强度、抗渗性及耐久性。水泥窑灰水泥窑灰，又称为旁道灰，是水泥窑所排出的气体中携带的一种分散性很好的细颗粒材料。它的化学组成与水泥相似，含有SiO2,Al203，,CaO,碱土金属及硫酸盐，其中碱土金属和硫酸盐的含量髙于水泥。目前，全世界每年产生近3亿吨水泥窑灰，大部分水泥窑灰在水泥生产过程中再次利用或在髙速公路、土壤固化、水泥砂浆及混凝土中应用。而美国等国家因水泥窑灰较好的胶凝性能作为制备CLSM的原料。M.Lachemi等和PierceCE等均研究发现所有的水泥窑灰基CLSM都表现出很好的流动性，在需水量不变的情况下，CLSM的流动性、填充能力、泌水率、凝结时间、抗冻融循环和抗干湿循环能力随着水泥窑灰含量的增加而降低，而粘度、收缩性随着水泥窑灰含量的增加而增加。但水泥窑灰含量增加对CLSM抗压强度的影响不大，加入矿渣可改善CLSM强度，为了使CLSM的抗压强度低于2.1MPa，矿渣的加入量要低于50kg/m3。此外，研究发现最髙掺入10%的水泥窑灰和4%水泥或最髙仅掺水泥窑灰30%可获得符合要求的CLSM。燃烧底灰燃烧底灰中含有大量的SiO2及Ca0,活性髙，很多学者将燃烧底灰用于制备建筑材料，如在水泥粘合剂、砖、复合土工材料及第二建筑材料中广泛应用。一些研究学者也提出燃烧底灰可替代天然砂应用于CLSM中，以改善CLSM的工作性和机械性能。DicksonY.S.等和GuangyinZhen等研究发现用髙达80%废弃物(底灰和河道淤泥之和)取代水泥制备的CLSM完全满足普通CLSM的性能要求。随着BA/DS增加，CLSM的流动度和泌水率增加，几乎无沉降现象发生;此外，随BA或DS掺量增加，凝结时间也和抗压强度均增加，能明显改善CLSM的强度。故底灰可改善CLSM的流动性和泌水率、降低凝结时间及提髙强度。同时，所制备的CLSM的渗滤液中的重金属离子的浓度远低于美国EPA监管标准。而GuangyinZhen等也发现当BA掺入量为80%时，BA对CLSM的机械性能的影响弊大于利。将BA在900°C下热处理，与粉磨BA相比，强度分别降低了26%,29%和65%。这是因为热处理底灰产生了钙铝黄长石(Ca2Al2SiO7)和磷灰石(Ca(P0)(OH)新相覆盖在颗粒表面阻止了水化所需的水和离子的迁移。另外，通过XRD,FI-5 43IR,EDS等对CLSM进行微观分析，发现粉磨BA有助于钙矶石晶相的大量形成，而钙矶石晶相有利于强度的发展，并填充在CLSM浆体的孔隙，从而使CLSM的强度增加。因此，作者认为水泥窑灰能改善CLSM的强度，但能产生泌水、增加凝结时间等不利影响，而这些不利影响均在可控范围之内。4.4循环硫化床燃烧灰循环流化床燃烧灰(Circulatingfluidizedbedcombustionash，CFBC灰)是由煤粉与固硫剂石灰石以一定的比例混合后，在温度为800-850C的流化床锅炉经燃烧固硫后排放的一种固体废弃物。与普通粉煤灰相比，CFBC灰含有较多S03,SiO2和Al203，少量f-Ca0和玻璃体。先前有研究表明CFBC灰在不需要添加剂情况下具有非常好的胶凝性能并能可提供很好的强度。然而，固硫灰与煤粉炉普通粉煤灰差异较大，较髙的f-Ca0和CaSO、4含量是固硫灰髙活性和髙膨胀性的主要原因之一，一般并不作为矿物掺合料应用于混凝土材料中。目前，国内外大多数用CFBC灰作为公路路基及围海造地的填埋材料，但绝大部分还堆放于储灰场。用CFBC灰制备CLSM是解决CFBC灰大量堆积问题的有效途径之一。文献发现CLSM拌合物流动度、泌水率及孔隙率与固硫灰掺量呈线性递减关系，而容重和吸收率则反之。这是因固硫灰颗粒表面疏松多孔，有大量与外界相通的气孔，导致固硫灰需水量较大。文献认为固硫灰具有一定的自硬性，其含有少量的可水化矿物会对整个体系的早期水化起到催化促进作用，加速早期水化产物的生成。但Chang-SeonShon发现CLSM早期强度低且发展缓慢，而后期强度增长亦较为稳定。同时，Chang一SeonShun和王玲研究均发现固硫灰一粉煤灰复掺，CLSM早期强度明显优于单掺，复掺可产生强度“超叠加”效应，大幅度提髙CLSM硬化浆体的强度。有学者提出是因为两者相互激发及复合掺合料的微粉效应加强所致。此外，研究也发现固硫灰制备的CLSM膨胀性很小或几乎没有。这可能是因为固硫灰风化后形成稳定相，使固硫灰中的危险成分限定在稳定相中，或因固硫灰较为疏松，使水化产生的Ca(OH)2有足够的膨胀空间Ca(OH)2。综上所述，作者认为固硫灰制备的CLSM不论早期强度发展快慢，固硫灰对CLSM的强度发展仍具有促进作用。4.5废弃轮胎在过去的5年中，我国可循环使用的废弃轮胎的数量已髙达100000公吨以上。由于轮胎难分解，一般用填埋方式处理。但这种处理方式会缩短填埋场的使用寿命，引起填埋场地表面膨胀及损害填埋场的防漏涂层。此外，燃烧废弃轮胎产生的二氧化芑严重危害环境。因此，许多学者考虑将橡胶粉磨，用于制备CLSM是解决上述问题的有效途径之一。因橡胶的髙弹性、髙强度、好的耐化学腐蚀性及密度低于普通轻集料的密度，将橡胶粉末取代天然砂掺入CLSM中，橡胶颗粒与胶凝材料协同作用，可改善CLSM的工作性及机械性能，如降低容重，增加塑性，提髙抗冲击能力和可扩展性，增加吸收能力，提髙绝热系数及耐火性能等。相关学者研究表明当橡胶颗粒的掺入量髙于40%时，将严重影响CLSM新拌浆体的性质，建议橡胶颗粒的掺入量低于25%。Her-