萬海飛，王 華，牛智勇

（宿州學(xué)院資源與土木工程學(xué)院，安徽 宿州 234000）

改革開放以來，中國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展步入快車道，伴隨著基礎(chǔ)建設(shè)工程的迅猛發(fā)展，這些工程在施工過程中產(chǎn)生大量工程渣土[1-3]?，F(xiàn)階段工程渣土的處置方式多以填埋堆放為主，造成了日益嚴(yán)重的垃圾圍村和圍城現(xiàn)象，對環(huán)境帶來惡劣影響?？煽匦缘蛷?qiáng)度材料（Controlled Low Strength Materials，CLSM）是一種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[4-5]。

可控性低強(qiáng)度材料是一種新型的回填材料，具有強(qiáng)度低、流動性好、自流平且能有效利用工程渣土、建筑垃圾和工業(yè)廢棄物，原材料來源廣、制備簡單、易于澆筑、堅(jiān)固耐用、可快速恢復(fù)交通、可全天候施工等優(yōu)點(diǎn)[6-8]。可應(yīng)用于管道工程、路基工程、涵洞及回填工程中，是一種通用的、應(yīng)用廣泛的結(jié)構(gòu)性工程材料[9]。

基于宿州學(xué)院校外的學(xué)府大道正在施工，并產(chǎn)生大量工程渣土，研究出適合宿州學(xué)院學(xué)府大道施工工程的可控性低強(qiáng)度材料，有利于實(shí)現(xiàn)學(xué)府大道工程渣土的資源化利用，既能減少工程渣土外運(yùn)和堆棄，又能有效節(jié)約用于管溝回填的天然骨料。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

水泥：水泥在混凝土中具有膠凝作用，水泥凈漿的質(zhì)量對混凝土的性能起決定性的作用，但由于集料占據(jù)混凝土中的大部分體積，集料的質(zhì)量對水泥混凝土的性能也有很大影響。采用的P.O.42.5級普通硅酸鹽水泥由宿州海螺水泥廠生產(chǎn)。

細(xì)骨料：骨料主要作用是組成骨架結(jié)構(gòu)，使得制備的材料具有一定的強(qiáng)度。由于要制備低強(qiáng)材料，因此選用細(xì)骨料。采用宿州學(xué)院學(xué)府大道的建筑垃圾細(xì)料（d＜4.75 mm）。經(jīng)過破碎烘干，過篩出小于4.75 mm的渣土用于制備。

水：水和膠凝材料成漿后，在水中硬化、保持和繼續(xù)發(fā)展其強(qiáng)度的適應(yīng)本次試驗(yàn)的膠凝材料。

粉煤灰：在混凝土中摻加粉煤灰可節(jié)約水泥和細(xì)骨料、減少用水量、改善流動材料拌和物的和易性。采用淘寶美仕博旗艦店所生產(chǎn)的325目F類I級粉煤灰、325目F類Ⅱ級粉煤灰、325目F類Ⅲ級粉煤灰、325目C類I級粉煤灰、325目C類Ⅱ級粉煤灰、325目C類Ⅲ級粉煤灰。

減水劑：采用淘寶萬山集團(tuán)生產(chǎn)的萘系減水劑。

1.2 試驗(yàn)方法

測試可控性低強(qiáng)度材料流動性的測定儀器是以ASTM規(guī)定的圓柱測試桶，本次試驗(yàn)使用高度為150 mm、內(nèi)徑為75 mm的測試桶，如圖1所示。

圖1 測試桶

首先制備可控低強(qiáng)材料。測量前，將稱量完成的原材料根據(jù)配合比設(shè)計(jì)充分拌制均勻。將圓柱測試桶放在透明的亞克力板上，用鐵鋤把制備好的流動材料倒入圓柱測試桶中，該過程無需振搗壓實(shí)。然后刮平圓柱測試桶上方和周圍的殘?jiān)?，以及清理移動過程中在亞克力板周圍的流動性材料。將圓柱測試桶輕輕提起，待其穩(wěn)定不變后，測量最大坍落擴(kuò)展直徑及與之垂直的直徑，并記錄結(jié)果。為減少偶然誤差，每組試驗(yàn)需重復(fù)開展3次，試驗(yàn)后并計(jì)算3次平均值作為測試結(jié)果。

2 試驗(yàn)過程及結(jié)果

2.1 配合比

本研究使用不同種類及質(zhì)量的粉煤灰來減少拌和物的成本用量并增加流動性，考慮到減水劑會對可控性低強(qiáng)度材料長時(shí)間的強(qiáng)度影響，固定減水劑用量為摻量水泥用量的1%。其中水固比為拌和水與固體拌和物的質(zhì)量比為固定的0.30。水膠比是單位混凝土中水與膠凝材料的質(zhì)量之比。本次試驗(yàn)采用的再生骨料占比為0.8，灰膠比是水泥與膠凝材料的比值，本次采用的灰膠比為0.4、0.5和0.6。

2.2 試驗(yàn)過程

為了更好地研究粉煤灰對可控低強(qiáng)材料流動性的影響，避免其他因素對試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。本次試驗(yàn)采用控制變量法，控制水固比為0.3，減水劑摻量占比為1%，再生骨料占比為0.8不變，只改變膠凝材料粉煤灰的級別和種類。共設(shè)計(jì)6組試驗(yàn)，組1采用F類I級粉煤灰，組2采用F類Ⅱ級粉煤灰，組3采用F類Ⅲ級粉煤灰，組4采用C類I級粉煤灰，組5采用C類Ⅱ級粉煤灰，組6采用C類Ⅲ級粉煤灰，每組試驗(yàn)均包含3種灰膠比。試驗(yàn)6種類型的粉煤灰在灰膠比分別為0.4、0.5、0.6時(shí)制備的可控性低強(qiáng)度材料流動性的強(qiáng)弱。試驗(yàn)結(jié)果均采用3次試驗(yàn)取平均值，減少試驗(yàn)的偶然誤差。表1為粉煤灰不同種類和級別制備的可控性低強(qiáng)度材料流動性試驗(yàn)結(jié)果。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及流動性測試結(jié)果表

2.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

本試驗(yàn)研究粉煤灰的種類和類別對可控性低強(qiáng)度材料的影響，試驗(yàn)分析對照每一組試驗(yàn)時(shí)，控制水固比、減水劑摻量和粉煤灰的種類和級別，對比灰膠比在0.4、0.5、0.6時(shí)的流動性。

圖2是6種粉煤灰作用下不同灰膠比的可控低強(qiáng)材料的流動性。

圖2 6種粉煤灰作用下不同灰膠比的可控低強(qiáng)材料的流動性

由圖可以明顯看到，6種粉煤均表現(xiàn)出隨著灰膠比增加而流動性減小的趨勢，這說明無論采用哪種粉煤灰，灰膠比增加會導(dǎo)致材料流動性降低，且在3種灰膠比中，在0.4時(shí)均能取得最好的流動性。同時(shí)還可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)灰膠比保持不變時(shí)，隨著粉煤灰等級變化，材料的流動性減小的趨勢。以灰膠比為0.4為例，在6種粉煤灰的作用下，混合材料的流動性分別為242 mm、238 mm、237 mm、212 mm、208 mm和204 mm。在F類I級粉煤灰的作用下，混合材料的流動性達(dá)到最大值。

由此可知粉煤灰的等級越高，混合材料越能取得較好的流動性。得出控制其他變量時(shí)，灰膠比在0.4時(shí)，制備出的可控性低強(qiáng)度材料的流動性強(qiáng)于灰膠比為0.5、0.6時(shí)的流動性材料。

同時(shí)，結(jié)合表1和圖2數(shù)據(jù)，在F類I級粉煤灰作用下，灰膠比為0.4、0.5和0.6時(shí)，流動性分別為242 mm、214 mm和203 mm；F類I級粉煤灰在3種灰膠比下流動性差別為16.12%。在F類Ⅱ級粉煤灰作用下，灰膠比為0.4、0.5和0.6時(shí)，流動性分別為238 mm、208 mm和198 mm；F類Ⅱ級粉煤灰在3種灰膠比下流動性差別為16.8%。在F類Ⅲ級粉煤灰作用下，灰膠比為0.4、0.5和0.6時(shí)，流動性分別為237 mm、206 mm和194 mm；F類Ⅲ級粉煤灰在3種灰膠比下流動性差別為18.1%。在C類I級粉煤灰作用下，灰膠比為0.4、0.5和0.6時(shí)，流動性分別為212mm、187 mm和171mm；C類I級粉煤灰在3種灰膠比下流動性差別為19.34%。在C類Ⅱ級粉煤灰作用下，灰膠比為0.4、0.5和0.6時(shí)，流動性分別為208 mm、184 mm和168 mm；C類Ⅱ級級粉煤灰在3種灰膠比下流動性差別為19.23%。在C類Ⅲ級粉煤灰作用下，灰膠比為0.4、0.5和0.6時(shí)，流動性分別為204 mm、191 mm和169 mm；C類Ⅲ級級粉煤灰在3種灰膠比下流動性差別為17.16%。由結(jié)果可知，在F類I級粉煤灰作用下，水膠比的變化對混合材料流動性的影響不大。在其他粉煤灰的作用下，水膠比的變化對混合材料的影響較大。另由試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)灰膠比、水固比、減水劑摻量和再生骨料占比相同時(shí)，粉煤灰級別對制備出的流動性材料影響很小，F(xiàn)類I級粉煤灰和F類Ⅲ級粉煤灰的流動性差別為2.1%，C類I級粉煤灰和C類Ⅲ級粉煤灰的流動性差別為3.9%。

3 結(jié)論

控制水固比、減水劑摻量和粉煤灰的種類和級別，對比灰膠比在0.4、0.5、0.6時(shí)的流動性，灰膠比為0.4制備出的F類I級粉煤灰可控性低強(qiáng)度材料流動性最好。

粉煤灰的等級越高，混合材料越能取得較好的流動性?？刂扑瘫取p水劑的摻量、再生骨料占比以及灰膠比，變化粉煤灰的種類時(shí)發(fā)現(xiàn)：F類粉煤灰對比與C類粉煤灰制備出的可控性低強(qiáng)度材料的流動性更高，且流動性強(qiáng)度提升約為15.7%。

控制水固比、減水劑的摻量、再生骨料占比以及灰膠比，變量為粉煤灰的級別時(shí)，F(xiàn)類粉煤灰和C類粉煤灰的級別對制備出的可控性低強(qiáng)度材料的流動性影響很小，F(xiàn)類I級粉煤灰和F類Ⅲ級粉煤灰的流動性差別僅為2.1%，C類I級粉煤灰和C類Ⅲ級粉煤灰的流動性差別為3.9%。