鈦石膏基可控低強(qiáng)度材料強(qiáng)度及體積穩(wěn)定性研究

朱浩澤，于峰泉，耿 健，王向陽(yáng)，秦華彬

(1.浙江大學(xué)建筑工程學(xué)院，杭州 311500；2.寧波市軌道交通集團(tuán)有限公司，寧波 315100； 3.浙大寧波理工學(xué)院，寧波 315100)

0 引 言

鈦石膏是鈦白粉工廠采用硫酸法生產(chǎn)二氧化鈦過(guò)程中為處理過(guò)剩廢酸而加入石灰(或電石渣)進(jìn)行中和后得到的工業(yè)副產(chǎn)石膏。鈦石膏含有一定量的硫酸亞鐵及氧化物，具有含水量高、黏度大、雜質(zhì)含量高等特點(diǎn)[1]。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017年全國(guó)鈦白粉企業(yè)排放鈦石膏約為22 Mt，但綜合利用率僅為10%，其累計(jì)堆存量已超過(guò)130 Mt[2]。雖然目前鈦石膏綜合利用措施較多[3-5]，但均處于試驗(yàn)推廣階段，尚無(wú)法滿足鈦石膏規(guī)模化利用的需求。絕大部分鈦石膏僅能做堆放處置，而長(zhǎng)時(shí)間堆積必然要占用大量土地資源，且經(jīng)過(guò)風(fēng)吹日曬后，鈦石膏細(xì)顆粒失去水分成為粉塵隨風(fēng)飄散于大氣中，污染廠區(qū)周邊環(huán)境。

美國(guó)混凝土協(xié)會(huì)(ACI 229R)將可控低強(qiáng)度材料(controlled low-strength material, CLSM)定義為一種具有高流動(dòng)性，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)的替代傳統(tǒng)回填材料的新型流動(dòng)化回填材料，其28 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不超過(guò)8.3 MPa[6]。CLSM應(yīng)用十分廣泛，可用于回填工程、結(jié)構(gòu)填充、路面基層、礦井填充和橋臺(tái)等工程和構(gòu)造中，并能大幅降低工程成本，其在美國(guó)已得到了廣泛的應(yīng)用[6-7]。CLSM的原材料組成和砂漿或者一般混凝土相似，但是其可用膠凝材料和集料種類來(lái)源更為廣泛，品質(zhì)要求也較低，能夠消納各種固體廢棄物。比如,郝彤等[8]以地鐵盾構(gòu)渣土，加以水泥、粉煤灰等制備低強(qiáng)度流動(dòng)性回填材料,適合在臺(tái)背、檢查井回填中應(yīng)用。保衛(wèi)國(guó)等[9]以黏土、天然砂、水泥制成流動(dòng)化回填材料，用于城市道路管溝回填。張雪松等[10]則以粉煤灰為主并摻入少量水泥，加入減水劑、增稠劑等外加劑，制備了可用于輸油管道填充的CLSM。Wang等[11]利用水泥、明礬污泥、再生骨料制備流動(dòng)化回填材料，用于施工死角存在壓實(shí)不良的場(chǎng)合。CLSM不僅可解決傳統(tǒng)回填材料填充不密實(shí)或存在結(jié)構(gòu)死角等問(wèn)題，也是大量利用固體廢棄物的有效途徑之一，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)廢棄物的資源化利用[12]。

本文以鈦石膏、礦粉、粉煤灰為主要膠凝材料，生石灰為激發(fā)劑，并用建筑渣土取代部分天然砂制備鈦石膏基CLSM。研究了建筑渣土取代率、水固比、鈦石膏摻量與激發(fā)劑摻量4種因素對(duì)CLSM無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度及體積穩(wěn)定性的影響，并通過(guò)XRD和SEM等微觀分析手段對(duì)CLSM性能變化原因進(jìn)行分析。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 原材料

圖1 砂和建筑渣土的粒徑累計(jì)分布Fig.1 Cumulative distribution of particle size of nature sand and construction waste soil

鈦石膏：取自寧波某鈦白粉工廠，在50 ℃以下低溫烘干后研磨篩分至100目(0.15 mm)以下備用；礦渣：寶田新型建材有限公司生產(chǎn)的磨細(xì)礦渣；粉煤灰：寧波北侖電廠Ⅱ級(jí)粉煤灰；激發(fā)劑：生石灰，國(guó)藥試劑有限公司生產(chǎn)，分析純，有效CaO含量98%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))；砂：天然砂，細(xì)度模數(shù)為2.42；建筑渣土：寧波某工地現(xiàn)場(chǎng)棄土，去除其中的樹(shù)枝、塑料、大粒徑碎石等雜物，烘干至恒重后過(guò)4.75 mm篩備用，細(xì)粒含量為37.74%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，塑限ωp=15.3%，塑性指數(shù)Ip=11.2。主要原材料化學(xué)組成見(jiàn)表1，砂和建筑渣土的粒徑累計(jì)分布見(jiàn)圖1。由圖1可知，建筑渣土相較于天然砂細(xì)粒含量更高，將其取代部分天然砂，可以改變細(xì)集料的粒徑分布，隨著建筑渣土取代率從0%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))增加至60%，細(xì)集料整體粒徑逐漸減小，這對(duì)于提高CLSM工作性能是有利的[13]。

表1 主要原材料化學(xué)組成Table 1 Chemical composition of main raw materials

1.2 試驗(yàn)配合比

在粉煤灰與礦粉質(zhì)量之比為3 ∶1，膠集比(膠凝材料與細(xì)集料質(zhì)量之比)為1 ∶1的條件下，共設(shè)計(jì)了13組配合比的鈦石膏基CLSM，具體配合比如表2所示。

表2 CLSM配合比Table 2 Mixture proportions of CLSM

1.3 試驗(yàn)方法

由于目前國(guó)內(nèi)沒(méi)有專門針對(duì)CLSM試驗(yàn)的相關(guān)規(guī)范，本文主要參考美標(biāo)ASTM中關(guān)于CLSM的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)[14-15]，并結(jié)合我國(guó)JTG E30—2005《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》[16]中無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度測(cè)試方法以及JGJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》[17]中體積穩(wěn)定性測(cè)試方法來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)。無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試件采用70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm的立方體試塊，試件澆筑脫模后置于(20±2) ℃標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù)至待測(cè)齡期(3 d、7 d、14 d、28 d和56 d)，試驗(yàn)時(shí)控制加載速率1 mm/min，破碎試樣用無(wú)水乙醇終止水化，在45 ℃下烘干至恒重，用于XRD和SEM分析；體積穩(wěn)定性試驗(yàn)采用兩端帶測(cè)量銅釘?shù)?0 mm×40 mm×160 mm試件，分別測(cè)量4 d、5 d、7 d、9 d、11 d、14 d、17 d、21 d、28 d、56 d的長(zhǎng)度。試驗(yàn)結(jié)果均由3組平行試件測(cè)量所得。

2 結(jié)果與討論

2.1 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度

不同建筑渣土取代率、水固比、鈦石膏摻量和生石灰摻量下CLSM的抗壓強(qiáng)度變化特征分別如圖2～圖5所示。

由圖2可知，CLSM抗壓強(qiáng)度在28 d內(nèi)隨著建筑渣土取代率增加而增大，而28 d后隨著建筑渣土取代率的增加，強(qiáng)度發(fā)展變得緩慢。當(dāng)養(yǎng)護(hù)齡期為28 d時(shí)，T1與T4兩組CLSM抗壓強(qiáng)度分別為2.93 MPa和4.21 MPa，二者相差1.28 MPa；而當(dāng)養(yǎng)護(hù)齡期為56 d時(shí)，其分別為4.62 MPa和4.52 MPa，二者僅相差了0.10 MPa，相較于28 d抗壓強(qiáng)度的增長(zhǎng)率分別為57.68%和7.36%。由此可見(jiàn)，建筑渣土取代部分天然砂，對(duì)CLSM早期強(qiáng)度有一定的促進(jìn)作用，而對(duì)其后期強(qiáng)度發(fā)展有削減作用。根據(jù)ACI 229R[6]可知，實(shí)際工程中為了將來(lái)二次開(kāi)挖，CLSM后期強(qiáng)度發(fā)展緩慢是有利的。

由圖3可知，在固定建筑渣土取代率(60%)、生石灰摻量(5%)和鈦石膏摻量(50%)的情況下，水固比由0.40增加至0.46時(shí)，對(duì)應(yīng)的56 d強(qiáng)度分別為4.52 MPa、3.27 MPa、2.53 MPa、2.28 MPa，說(shuō)明CLSM抗壓強(qiáng)度隨著水固比的增加而降低。這是因?yàn)樗鳛橹匾脑牧现唬錇樵牧系乃磻?yīng)、離子交換反應(yīng)及團(tuán)粒化作用等提供了反應(yīng)發(fā)生的液體環(huán)境[18]，但是水固比的增加，超過(guò)了反應(yīng)所需的用水量，過(guò)量拌合水并未及時(shí)全部參與水化反應(yīng)，除了從漿體表面析出，剩余部分殘留于內(nèi)部，并在內(nèi)部形成許多孔隙，從而削弱了CLSM試件的強(qiáng)度。

圖2 不同建筑渣土取代率下CLSM抗壓強(qiáng)度變化特征Fig.2 Compressive strength characteristics of CLSM with different construction waste soil replacements

圖3 不同水固比下CLSM抗壓強(qiáng)度變化特征Fig.3 Compressive strength characteristics of CLSM with different water-solid ratios

圖4 不同鈦石膏摻量下CLSM抗壓強(qiáng)度變化特征Fig.4 Compressive strength characteristics of CLSM with different titanium gypsum content

圖5 不同生石灰摻量下CLSM抗壓強(qiáng)度變化特征Fig.5 Compressive strength characteristics of CLSM with different lime content

由圖4可知，在同一齡期下CLSM抗壓強(qiáng)度隨著鈦石膏摻量的增加而逐漸降低。當(dāng)鈦石膏摻量為40%時(shí)，CLSM的28 d和56 d強(qiáng)度分別為2.65 MPa、3.01 MPa；當(dāng)鈦石膏摻量達(dá)到70%時(shí)，CLSM的28 d和56 d強(qiáng)度分別為1.58 MPa、1.86 MPa，分別下降了40.38%和38.21%。

由圖5可知，當(dāng)生石灰摻量從3%增加至9%時(shí)，相較于28 d，CLSM 56 d抗壓強(qiáng)度分別增長(zhǎng)了0.20 MPa、0.28 MPa、0.62 MPa和0.39 MPa，可見(jiàn)提高生石灰摻量會(huì)促進(jìn)CLSM后期抗壓強(qiáng)度的增長(zhǎng)。生石灰摻量增加，保證了試樣孔隙溶液Ca(OH)2濃度，使體系堿度能維持在一個(gè)較高的水平，有利于后期粉煤灰和礦渣中的玻璃相繼續(xù)溶解。值得注意的是，生石灰摻量為3%與5%的試樣56 d時(shí)強(qiáng)度分別為1.68 MPa和1.86 MPa，且增長(zhǎng)相對(duì)更加緩慢，根據(jù)ACI 229R[6]可知，當(dāng)抗壓強(qiáng)度低于2.1 MPa時(shí)，非常有利于后期二次開(kāi)挖，因此生石灰摻量不宜大于5%。

2.2 體積穩(wěn)定性

不同建筑渣土取代率、水固比、鈦石膏摻量和生石灰摻量下CLSM的體積變化特征分別如圖6～圖9所示。

由圖6可知，在同一齡期下，隨著建筑渣土對(duì)天然砂取代率的增加，CLSM的56 d膨脹率逐漸降低。T1試樣在齡期7 d時(shí)的膨脹率為0.07%，在56 d時(shí)，則增至0.94%；T4試樣在齡期7 d時(shí)膨脹率僅為0.01%，在56 d時(shí)才增至0.35%，并且在28 d后體積變化基本穩(wěn)定。由此可見(jiàn)，加入建筑渣土可以有效改善CLSM的膨脹特性，相較于未摻建筑渣土的T1試樣，T4試樣56 d膨脹率下降了62.77%。究其原因，可能與建筑渣土失水收縮的性質(zhì)有關(guān)。

圖6 不同建筑渣土取代率下CLSM體積變化特征Fig.6 Volume characteristics of CLSM with different construction waste soil replacements

圖7 不同水固比下CLSM體積變化特征Fig.7 Volume characteristics of CLSM with different water-solid ratios

圖8 不同鈦石膏摻量下CLSM體積變化特征Fig.8 Volume characteristics of CLSM with different titanium gypsum content

圖9 不同生石灰摻量下CLSM體積變化特征Fig.9 Volume characteristics of CLSM with different lime content

由圖7可知，CLSM膨脹率隨著水固比的增加而增大。當(dāng)水固比為0.40時(shí)，CLSM試樣56 d膨脹率為0.35%；當(dāng)水固比為0.46時(shí)，CLSM試樣56 d膨脹率為0.56%，提高了60%。造成這種現(xiàn)象的原因主要是,水固比的增加使得CLSM內(nèi)部的孔隙增多，體系內(nèi)粒子之間的間距變大，硬化體內(nèi)部的黏結(jié)力較低，而在高水固比情況下，水化生成鈣礬石以及氫氧化鈣晶體產(chǎn)生的膨脹力大于硬化體內(nèi)部的黏結(jié)力，從而導(dǎo)致CLSM體積膨脹增加。

由圖8可知，CLSM試樣的膨脹率隨鈦石膏摻量的增加而顯著降低。當(dāng)鈦石膏摻量在40%～50%時(shí)，CLSM體積呈膨脹的趨勢(shì)；當(dāng)鈦石膏摻量為60%時(shí)，CLSM體積呈先收縮后膨脹的變化規(guī)律；而當(dāng)鈦石膏摻量為70%時(shí)，CLSM體積呈收縮趨勢(shì)，并在14 d時(shí)收縮達(dá)到最大，收縮率為0.27%。分析原因，隨著鈦石膏摻量的增加，礦渣與粉煤灰的相對(duì)摻量減少，使得生成的具有膨脹作用的鈣礬石量減少，從而導(dǎo)致CLSM內(nèi)部早期的膨脹作用小于建筑渣土的失水收縮，出現(xiàn)體積收縮現(xiàn)象。此外，原材料中鈦石膏、建筑渣土等固廢摻量較高，使得水化反應(yīng)是在這些成分的包圍之下進(jìn)行的，一定程度上阻礙了礦渣與粉煤灰中活性硅鋁質(zhì)玻璃體的溶出速率，延緩了水化過(guò)程。因此，為了避免CLSM體積出現(xiàn)較大膨脹或者收縮導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)，鈦石膏摻量宜控制在60%～70%。

由圖9可知，在高鈦石膏摻量(70%)情況下，CLSM 56 d收縮率會(huì)隨生石灰摻量增加而先增大后減小，并且當(dāng)生石灰摻量大于5%時(shí)，CLSM體積后期仍然保持收縮減小的趨勢(shì)。出現(xiàn)該現(xiàn)象原因有兩方面：一方面，生石灰摻量的增大導(dǎo)致其自身水化產(chǎn)生的氫氧化鈣晶體數(shù)量有所增加；另一方面，生石灰摻量的增加也提高了體系整體堿度，并在堿激發(fā)和硫酸鹽激發(fā)協(xié)同作用下，促進(jìn)了礦渣和粉煤灰的水化程度，促使生成更多鈣礬石和水化硅酸鈣凝膠密實(shí)孔隙，提高硬化體內(nèi)部抵抗收縮的能力，使CLSM后期體積收縮減小，起到一定補(bǔ)償收縮作用。

2.3 XRD分析

圖10是力學(xué)性能較優(yōu)的T4組CLSM不同齡期的XRD譜。從圖中可知，試樣的水化產(chǎn)物主要為鈣礬石、水化硅酸鈣和水化剩余的二水石膏，以及隨原材料帶入的石英。鈣礬石衍射峰在3 d時(shí)就已經(jīng)出現(xiàn)，說(shuō)明此時(shí)已經(jīng)有鈣礬石晶體產(chǎn)生，并且隨齡期的增長(zhǎng)其衍射峰強(qiáng)度仍在增加。此外，從圖中還可以看出，石膏衍射峰強(qiáng)度隨著齡期增長(zhǎng)而不斷下降，表明石膏仍在持續(xù)消耗。礦渣和粉煤灰中鋁質(zhì)玻璃體不斷溶解與水化，并與液相中溶解的石膏形成鈣礬石，其具體反應(yīng)方程式如下：

(1)

圖11是T1組和T4組CSLM試樣28 d齡期的XRD譜。從圖中可以看到，兩組CLSM試樣28 d齡期時(shí)水化產(chǎn)物的峰值強(qiáng)度相差不大，但是T4組CLSM試樣中石膏衍射峰強(qiáng)度相對(duì)更低。究其原因，石膏中過(guò)量的Ca2+會(huì)與渣土中礦物結(jié)晶表面帶有的Na+、K+等離子進(jìn)行交換反應(yīng)，使土膠粒的雙電層厚度變薄，土顆粒相互靠近產(chǎn)生凝聚變得緊密，從而進(jìn)一步提高強(qiáng)度[18]。此外，在T4組試樣中并未找到高嶺石、伊利石等黏土礦物的衍射峰，這與本試驗(yàn)所用建筑渣土中黏土礦物含量較低且結(jié)晶度非常低有關(guān)。

圖10 T4組CLSM不同齡期的XRD譜Fig.10 XRD patterns of group T4 CLSM under different curing ages

圖11 不同建筑渣土取代率下CLSM的XRD譜Fig.11 XRD patterns of CLSM with different construction waste soil replacements

圖12 不同鈦石膏摻量下CLSM的XRD譜Fig.12 XRD patterns of CLSM with different titanium gypsum content

圖12是T7組、T9組和T10組CLSM試樣28 d齡期的XRD譜。從圖中可以看出CLSM 28 d齡期時(shí)水化產(chǎn)物以鈣礬石、水化硅酸鈣和部分剩余二水石膏晶體為主，并且石膏衍射峰隨著鈦石膏摻量增加而明顯增強(qiáng)，表明體系中只有部分鈦石膏參與反應(yīng)，生成鈣礬石，大部分未反應(yīng)鈦石膏在體系中起填充孔隙的作用。同時(shí)鈣礬石的衍射峰隨著鈦石膏摻量增加呈降低趨勢(shì)，這是因?yàn)橹饕獏⑴c水化反應(yīng)提供生成鈣礬石的礦渣和粉煤灰的相對(duì)摻量減少，導(dǎo)致硬化漿體內(nèi)部形成的水化產(chǎn)物數(shù)量呈減少的趨勢(shì)，使得CLSM試樣的抗壓強(qiáng)度也隨之減小。

SiO2+3Ca(OH)2+nH2O→3CaO·SiO2·(n+3)H2O

(2)

3Ca(OH)2+Al2O3+nH2O→3CaO·Al2O3·(n+3)H2O

(3)

圖14是T4組和T7組CLSM試樣28 d齡期時(shí)的XRD譜。從圖中可以看到，兩組CLSM試樣28 d齡期時(shí)鈣礬石與水化硅酸鈣等反應(yīng)產(chǎn)物的衍射峰強(qiáng)度均相差不大。然而，從前面抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)可知，水固比0.40試樣的28 d抗壓強(qiáng)度要高于水固比0.46的試樣，這表明在水化產(chǎn)物數(shù)量相近的情況下，CLSM的抗壓強(qiáng)度大小還與內(nèi)部結(jié)構(gòu)密實(shí)度有關(guān)。隨著水固比的增加，多余未參加水化反應(yīng)的自由水除了從漿體表面析出，還有剩余部分殘留于內(nèi)部，造成內(nèi)部孔隙增加，從而削弱了強(qiáng)度。

圖13 不同生石灰摻量下CLSM的XRD譜Fig.13 XRD patterns of CLSM with different lime content

圖14 不同水固比下CLSM的XRD譜Fig.14 XRD patterns of CLSM with different water-solid ratios

2.4 SEM分析

通過(guò)掃描電鏡可以觀察到CLSM不同齡期時(shí)的產(chǎn)物形貌、顆粒大小和分布情況，水化產(chǎn)物產(chǎn)生和微觀結(jié)構(gòu)連續(xù)變化，可以反映CLSM性能變化的原因。圖15是T4組CLSM試樣不同齡期的SEM照片，從圖中可以看出，鈣礬石晶體和水化硅酸鈣(C-S-H)是CLSM的主要水化產(chǎn)物，同時(shí)還有反應(yīng)剩余的鈦石膏，SEM分析結(jié)果與XRD分析保持一致。通過(guò)對(duì)比CLSM試樣各齡期的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可以發(fā)現(xiàn)，試樣3 d齡期時(shí)的水化產(chǎn)物主要是水化硅酸鈣凝膠和鈣礬石，但鈣礬石晶體呈細(xì)針狀，尺寸較短小，此時(shí)整體結(jié)構(gòu)較為疏松。水化至7 d時(shí)，試樣內(nèi)部結(jié)構(gòu)更為密實(shí)，鈣礬石晶體數(shù)量有所增多，反應(yīng)生成的鈣礬石與水化硅酸鈣凝膠彼此相互交叉包裹，逐漸填充到孔隙中，提高硬化漿體的密實(shí)度，同時(shí)反應(yīng)剩余的鈦石膏厚板狀晶體穿插在結(jié)構(gòu)內(nèi)部，也起到了一定支撐結(jié)構(gòu)骨架的作用。當(dāng)繼續(xù)水化至28 d時(shí)，鈣礬石的數(shù)量還在持續(xù)增加，呈發(fā)散簇狀的結(jié)晶網(wǎng)，且晶體尺寸也較大。鈣礬石晶體與水化硅酸鈣凝膠之間密集連生和交叉結(jié)合，不僅使硬化體結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，還在結(jié)構(gòu)體內(nèi)部起到了骨架支撐的作用，同時(shí)水化產(chǎn)物將未反應(yīng)的鈦石膏、粉煤灰和礦粉顆粒包裹住。

圖15 T4組CLSM不同齡期SEM照片F(xiàn)ig.15 SEM images of group T4 CLSM under different curing ages

圖16是T1組和T4組CLSM試樣28 d齡期的SEM照片，從圖中可以看到，建筑渣土取代率為60%的CLSM試樣的內(nèi)部密實(shí)程度要好于建筑渣土取代率0%的試樣，這與建筑渣土的離子交換和團(tuán)粒化作用有關(guān)。圖17是T7組和T10組CLSM試樣28 d齡期的SEM照片，可以看出,T10組試樣相較于T7組，孔隙較多，生成的鈣礬石等水化產(chǎn)物的數(shù)量也較少，鈣礬石、水化硅酸鈣以及未反應(yīng)鈦石膏晶體之間的連接較為“疏松”，隨著鈦石膏摻量的減少，礦粉和粉煤灰相對(duì)摻量增加，試樣中水化產(chǎn)物的數(shù)量也明顯增多。從圖中也可以清楚地看到，粉煤灰顆粒表層溶蝕跡象明顯，水化產(chǎn)物之間的交織連接程度更高，漿體整體結(jié)構(gòu)更加致密，試樣強(qiáng)度更高。圖18是T11組和T13組CLSM試樣28 d齡期的SEM照片，可以看到，T11組試樣在28 d齡期時(shí)水化產(chǎn)物主要為鈣礬石和水化硅酸鈣，但數(shù)量較少且鈣礬石晶體呈細(xì)針狀，尺寸非常小。生石灰摻量增加至9%時(shí)，在SEM照片中可以看到，厚板狀石膏晶體表面反應(yīng)痕跡明顯，試樣的水化產(chǎn)物數(shù)量明顯增加，針棒狀鈣礬石呈發(fā)散狀，錯(cuò)亂穿插分布在結(jié)構(gòu)體內(nèi)，同時(shí)連接著建筑渣土團(tuán)聚顆粒，使?jié){體結(jié)構(gòu)連接更加緊密。

圖16 不同建筑渣土取代率下CLSM的SEM照片F(xiàn)ig.16 SEM images of CLSM with different construction waste soil replacements

圖17 不同鈦石膏摻量下CLSM的SEM照片F(xiàn)ig.17 SEM images of CLSM with different titanium gypsum content

圖18 不同生石灰摻量下CLSM的SEM照片F(xiàn)ig.18 SEM images of CLSM with different lime content

3 結(jié) 論

(1)建筑渣土的摻入對(duì)鈦石膏基CLSM早期強(qiáng)度有一定的促進(jìn)作用，而對(duì)其后期強(qiáng)度發(fā)展有削減作用。增大水固比與鈦石膏摻量均會(huì)降低CLSM的抗壓強(qiáng)度，而增大生石灰摻量則會(huì)提高其強(qiáng)度，并且當(dāng)生石灰摻量在3%～5%時(shí)，56 d抗壓強(qiáng)度低于2.1 MPa，非常有利于后期二次開(kāi)挖。

(2)鈦石膏基CLSM體積膨脹率會(huì)隨著建筑渣土取代率的增加而不斷減小。增大水固比會(huì)提高膨脹率，而增大鈦石膏摻量則會(huì)顯著降低膨脹率，當(dāng)鈦石膏摻量為70%時(shí)，CLSM體積呈收縮趨勢(shì)，并在14 d時(shí)收縮達(dá)到最大，收縮率為0.27%。為了避免CLSM體積出現(xiàn)較大膨脹或者收縮導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)，鈦石膏摻量應(yīng)控制在60%～70%。此外，提高生石灰的摻量可以改善CLSM的收縮，起到一定補(bǔ)充收縮作用。

(3)通過(guò)對(duì)不同配合比CLSM試樣進(jìn)行XRD和SEM微觀分析，發(fā)現(xiàn)鈦石膏基CLSM主要水化產(chǎn)物為鈣礬石、水化硅酸鈣以及反應(yīng)剩余的二水石膏，大量針棒狀鈣礬石晶體穿插其中并膠結(jié)起來(lái)形成致密結(jié)晶網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，為CLSM硬化漿體強(qiáng)度的形成提供了基礎(chǔ)。同時(shí)在不同因素影響下，鈦石膏基CLSM水化產(chǎn)物數(shù)量與內(nèi)部結(jié)構(gòu)的差異導(dǎo)致了其宏觀性能的變化。增大建筑渣土取代率和生石灰摻量可以使硬化漿體內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，而鈦石膏摻量的增加會(huì)導(dǎo)致水化產(chǎn)物數(shù)量呈減少的趨勢(shì)，使得抗壓強(qiáng)度和體積膨脹率都有所降低。