水泥砂土漿的力學(xué)性能試驗(yàn)研究

吳波 曹慧璇 林朗 張濤 張卉婷

(華南理工大學(xué) 亞熱帶建筑科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510640)

我國(guó)每年產(chǎn)生35億噸以上的建筑垃圾[1]，其中約60%為工程建設(shè)(如地鐵、地下管廊、深基坑等)產(chǎn)生的渣土，它們大多采用堆放填埋方式進(jìn)行處置，侵占大量土地。與此同時(shí)，我國(guó)每年生產(chǎn)約15億噸的商品混凝土[2]，消耗大量砂石資源。目前，天然河砂在我國(guó)很多地方已嚴(yán)重緊缺甚至完全斷供，導(dǎo)致混凝土價(jià)格暴漲。若能利用渣土部分或全部替代天然河砂用以制備混凝土，不僅可明顯緩解天然河砂短缺的困境，還可實(shí)現(xiàn)大宗固體廢棄物減排，節(jié)約土地，保護(hù)環(huán)境，具有顯著的生態(tài)效益和巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

對(duì)于渣土循環(huán)利用，目前主要有兩條途徑：一是利用其取代水泥，二是利用其替代天然河砂。文獻(xiàn)[3-6]中將地鐵盾構(gòu)產(chǎn)生的渣土烘干磨細(xì)用來(lái)取代部分水泥以配制混凝土，試驗(yàn)結(jié)果表明隨著渣土取代率的增加，無(wú)論是混凝土的工作性能還是力學(xué)性能都呈現(xiàn)出較明顯的降低，因此渣土取代率不宜超過(guò)膠凝材料總質(zhì)量的10%。顯然，這使得渣土的循環(huán)利用量十分有限。文獻(xiàn)[7-10]中采用塑性指數(shù)將渣土分為高塑性土、中塑性土和低塑性土三類(lèi)，并分別提出5種方法對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理以降低塑性，然后大比例取代天然河砂用以制備水泥砂土漿。這5種方法分別是：(1)直接固化法[7]，即澆筑水泥砂土漿時(shí)向渣土內(nèi)摻入適量粉煤灰作為低聚物粘合材料，同時(shí)加入NaOH溶液和Na2SiO3溶液作為堿激發(fā)劑，并將水泥砂土漿置于60～90 ℃環(huán)境下進(jìn)行固化與養(yǎng)護(hù)；(2)干篩法[8]，即直接采用0.6 mm和4.75 mm的篩網(wǎng)對(duì)處于干燥狀態(tài)的渣土進(jìn)行篩分，并保留粒徑介于0.6～4.75 mm的土顆粒；(3)干篩固化法[8]，即在干篩處理后的粒徑介于0.6～4.75 mm的土顆粒中加入硅灰或者礦渣類(lèi)鈣鹽等固化劑，進(jìn)一步對(duì)細(xì)微土顆粒進(jìn)行固化；(4)濕篩法[9]，即將渣土與水的混合泥漿倒在1.18 mm和0.075 mm的疊套篩上，用自來(lái)水對(duì)其沖洗直至水清澈，然后取兩個(gè)篩上的篩余顆粒(即粒徑0.075 mm以上的土顆粒)并日曬兩天；(5)高溫處理法[10]，即通過(guò)干篩去除渣土中粒徑0.075 mm以下的顆粒，然后將其置于200～1 000 ℃高溫環(huán)境下約30～180 min，最后冷卻至常溫。研究發(fā)現(xiàn)：采用直接固化法所得渣土配制的水泥砂土漿強(qiáng)度偏低，只適合于制備M10以下的水泥砂土漿；干篩法有著工藝簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，但該法難以去除強(qiáng)度較低的粘聚土團(tuán)，使得配制出的水泥砂土漿的力學(xué)性能受到不利影響；相較干篩法，干篩固化法可使水泥砂土漿的性能明顯改善(如抗壓強(qiáng)度提高60%、吸水率降低50%)，但工序相對(duì)繁瑣且成本較高；采用濕篩法或高溫處理法處理后的渣土取代天然河砂制備水泥砂土漿，可實(shí)現(xiàn)與常規(guī)水泥砂漿相近的性能，但前者存在淤泥和污水的二次處理問(wèn)題，而后者的處理溫度需至少達(dá)到800 ℃以上才能實(shí)現(xiàn)預(yù)期效果，處理能耗顯著增加。

針對(duì)上述問(wèn)題，文中提出了渣土的干篩研磨預(yù)處理方法，即對(duì)初篩后粒徑相對(duì)較大的土顆粒進(jìn)行適當(dāng)研磨，以盡量減少?gòu)?qiáng)度較低的粘聚土團(tuán)的含量。針對(duì)我國(guó)華南地區(qū)廣泛分布的花崗巖風(fēng)化殘積土和沖洪積土，分別采用干篩研磨法和干篩法進(jìn)行處理，然后部分或全部取代天然河砂以制備水泥砂土漿，通過(guò)其抗壓和抗折試驗(yàn)，初步驗(yàn)證了這兩類(lèi)渣土的大規(guī)模循環(huán)利用是可行的。

1 試驗(yàn)概況

1.1 原材料

文中試驗(yàn)所用水泥為42.5 R級(jí)普通硅酸鹽水泥，3批天然河砂的細(xì)度模數(shù)分別為2.7、2.9和3.1，減水劑采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的RPC-H聚羧酸溶液。

我國(guó)華南地區(qū)的花崗巖地層分布廣泛(以廣東省為例，花崗巖地層面積達(dá)全省陸地面積的30%～40%[11])，花崗巖風(fēng)化殘積土量大面廣。與此同時(shí)，珠江三角洲、長(zhǎng)江中下游平原、華北平原等都屬于典型的沖洪積地貌，沖洪積土蘊(yùn)含豐富。文中研究主要針對(duì)這兩類(lèi)渣土展開(kāi)。

文中試驗(yàn)共采用了3批渣土：第1批為廣州市天河區(qū)新塘公司、新合公司“城中村”改造項(xiàng)目A地塊基坑地下14 m深度處的花崗巖風(fēng)化殘積土(花崗巖風(fēng)化殘積土-1)，第2批為南村萬(wàn)博地鐵站基坑地下25 m處的花崗巖風(fēng)化殘積土(花崗巖風(fēng)化殘積土-2)，第3批為廣花公路地下綜合管廊項(xiàng)目基坑地下5.5 m處的沖洪積土。采用PANalytical AYios型X射線(xiàn)熒光光譜儀對(duì)這3批渣土的化學(xué)成分進(jìn)行檢測(cè)，具體結(jié)果見(jiàn)表1。為便于對(duì)比，表中同時(shí)給出了水泥和天然河砂的化學(xué)成分。從表中可以看出：

(1)花崗巖風(fēng)化殘積土的二氧化硅含量超過(guò)60%，其化學(xué)成分更接近天然河砂而不是水泥，因此相比于取代水泥，采用花崗巖風(fēng)化殘積土取代天然河砂相對(duì)更為合適。

(2)沖洪積土的二氧化硅含量高達(dá)85%，與天然河砂的二氧化硅含量基本相當(dāng)，采用前者取代后者具有較好的可行性。

1.2 渣土處理工藝

花崗巖風(fēng)化殘積土含有許多強(qiáng)度較低的粘聚土團(tuán)，僅采用干篩法無(wú)法使其有效散開(kāi)。為此，本文在干篩法基礎(chǔ)上提出了干篩研磨預(yù)處理方法，即對(duì)初篩后粒徑相對(duì)較大的土顆粒進(jìn)行適當(dāng)研磨，以盡量減少粘聚土團(tuán)的含量。具體步驟如下：

表1 渣土、水泥和天然河砂的化學(xué)成分

(1)對(duì)干燥后的花崗巖風(fēng)化殘積土進(jìn)行篩分，得到A、B、C三組土，其中A組土粒徑小于0.15 mm，B組土粒徑0.15～2.36 mm，C組土粒徑大于2.36 mm，舍去A組土。

(2)將C組土投入高速研磨儀中，研磨6～8 s.

(3)對(duì)研磨后的C組土進(jìn)行篩分，保留粒徑0.15～4.75 mm的部分，并將該部分與B組土混合，得到可用渣土。

按照上述工藝處理后，花崗巖風(fēng)化殘積土-1和花崗巖風(fēng)化殘積土-2的可利用率分別為73%和68%，其可用部分(后文稱(chēng)可用渣土-1和可用渣土-2)的細(xì)度模數(shù)分別為2.4和2.3，相應(yīng)的級(jí)配曲線(xiàn)如圖1所示。由該圖可知，按照天然河砂的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，可用渣土-1屬于2區(qū)中砂，可用渣土-2屬于中砂且大部分落入2區(qū)。

圖1 處理后可用渣土的級(jí)配曲線(xiàn)

Fig.1 Grading curves of the usable excavated soils after processing

對(duì)于沖洪積土，觀察發(fā)現(xiàn)其基本沒(méi)有粘聚土團(tuán)，因此直接采用干篩法進(jìn)行處理。即對(duì)干燥后的沖洪積土進(jìn)行篩分并舍去粒徑大于4.75 mm的部分，得到可用渣土-3。按此處理后，沖洪積土的可利用率為98.4%，細(xì)度模數(shù)為3.1，級(jí)配曲線(xiàn)見(jiàn)圖1。由該圖可知，按照天然河砂的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，可用渣土-3屬于2區(qū)粗砂。

1.3 配合比設(shè)計(jì)

共設(shè)計(jì)3批13組水泥砂土漿試件，試件尺寸均為40×40×160 mm，每組試件包括3個(gè)相同試件。第1批和第2批試件分別采用可用渣土-1和可用渣土-2部分取代天然河砂，取代率考慮0、30%、50%和70%共4種情況；第3批試件采用可用渣土-3部分或全部取代天然河砂，取代率考慮0、30%、50%、70%和100%共5種情況。各組試件的配合比見(jiàn)表2。

1.4 試驗(yàn)方法

試件澆筑過(guò)程中，水泥砂土漿的稠度按照《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法》JGJ/T 70—2009[14]進(jìn)行測(cè)定。試件澆筑完成后，將其置于濕度95%±5%、溫度20±1 ℃的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

試件的抗折和抗壓試驗(yàn)按照《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法(ISO法)》GBT 17671—1999[15]進(jìn)行?？拐墼囼?yàn)采用量程100 kN的MTS萬(wàn)能材料試驗(yàn)系統(tǒng)，加載速率40 N/s；抗壓試驗(yàn)采用量程200 kN的UTM 5205型電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，加載速率2.4 kN/s。

表2 試件的配合比1)

1)第1、2和3批試件分別采用細(xì)度模數(shù)2.7、2.9和3.1的天然河砂。

試件的彈性模量按照《鋼絲網(wǎng)水泥用砂漿力學(xué)性能試驗(yàn)方法》GBT 7897—2008[16]進(jìn)行測(cè)定，其中荷載采用量程200 kN的UTM5205型電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)施加，加載速率1 kN/s，應(yīng)變采用粘貼于試件側(cè)面的標(biāo)距30 mm的應(yīng)變片進(jìn)行測(cè)量。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1工作性能

為保證水泥砂漿具有良好的工作性能，《砌筑砂漿配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》JGJ/T 98—2011[17]建議水泥砂漿的稠度宜介于50～90 mm。據(jù)此，制備水泥砂土漿時(shí)通過(guò)調(diào)整聚羧酸減水劑的用量以使其稠度滿(mǎn)足上述要求，具體見(jiàn)表2和圖2。

圖2 減水劑摻量隨渣土取代率的變化情況

Fig.2 Variation of water reducer consumption with replacement ratio of excavated soil

圖中減水劑摻量及其與膠凝材料的質(zhì)量比都是針對(duì)減水劑固含量而言，從圖中可以看出：

1)當(dāng)采用基于花崗巖風(fēng)化殘積土的可用渣土-1和可用渣土-2部分取代天然河砂時(shí)，為確保水泥砂土漿具有良好的工作性能，聚羧酸減水劑的用量隨渣土取代率的增加明顯增大，這主要是因?yàn)閮深?lèi)可用渣土含有細(xì)微顆粒所致。一方面，這些細(xì)微顆粒的比表面積明顯大于河砂，導(dǎo)致前者的吸水性遠(yuǎn)大于后者，從而造成水泥砂土漿的工作性能大幅降低[3-6]；另一方面，這些細(xì)微顆粒還可能對(duì)聚羧酸系減水劑的Polycarboxylates(PC)分子產(chǎn)生強(qiáng)烈吸附作用[3-6]，加之PC分子與土顆粒之間存在插層作用[18]，使得大量PC分子被細(xì)微顆粒所消耗，致使減水效果大打折扣。為彌補(bǔ)上述兩方面負(fù)面效應(yīng)，需摻加更多減水劑以確保水泥砂土漿的工作性能。但值得指出的是，即使對(duì)于渣土取代率70%的情況，以固含量計(jì)，減水劑的最大摻量也僅為膠凝材料質(zhì)量的1.1%左右，該比值在配制強(qiáng)度較高的混凝土?xí)r是較為常見(jiàn)的(一般介于0.7%～1.95%[19])。

2)當(dāng)采用基于沖洪積土的可用渣土-3部分或全部取代天然河砂時(shí)，雖然聚羧酸減水劑的用量也隨渣土取代率的增加而增大，但增幅明顯小于可用渣土-1和可用渣土-2所對(duì)應(yīng)工況，這主要是因?yàn)榭捎迷?3的細(xì)微顆粒含量少于可用渣土-1和可用渣土-2所致(可用渣土-3和可用渣土-2的細(xì)微顆粒含量分別約為2.4%和13%)。

2.2 抗折強(qiáng)度

圖3所示為3批13組水泥砂土漿的7、14和28 d抗折強(qiáng)度。從圖中可以看出：

1)當(dāng)采用基于沖洪積土的可用渣土-3部分或全部取代天然河砂時(shí)，隨著渣土取代率的增加，水泥砂土漿的7、14和28 d抗折強(qiáng)度均未呈現(xiàn)單調(diào)變化趨勢(shì)，其數(shù)值只是在對(duì)比組(渣土取代率為0)的相應(yīng)抗折強(qiáng)度上、下波動(dòng)且波動(dòng)幅度有限。當(dāng)渣土取代率為30%、50%、70%和100%時(shí)，水泥砂土漿的28 d抗折強(qiáng)度分別為對(duì)比組的97.5%、100.7%、100.5%和97.4%，這表明采用可用渣土-3部分或全部取代天然河砂不會(huì)對(duì)水泥砂土漿的抗折性能產(chǎn)生劣化。

2)當(dāng)采用基于花崗巖風(fēng)化殘積土的可用渣土-1和可用渣土-2部分取代天然河砂時(shí)，隨著渣土取代率的增加，水泥砂土漿的7、14和28 d抗折強(qiáng)度都呈現(xiàn)出先有所上升而后逐漸降低的趨勢(shì)。與對(duì)比組(渣土取代率為0)相比，渣土取代率30%時(shí)，采用可用渣土-1/可用渣土-2的水泥砂土漿的7、14和28 d抗折強(qiáng)度分別提高2.5%/4.3%、6.3%/5.7%和6.4%/1.9%；渣土取代率50%時(shí)，采用可用渣土-1/可用渣土-2的水泥砂土漿的7、14和28 d抗折強(qiáng)度分別改變-1.1%/0.8%、0.2%/-1.3%和-4.0%/-5.6%；渣土取代率70%時(shí)，采用可用渣土-1/可用渣土-2的水泥砂土漿的7、14和28 d抗折強(qiáng)度分別降低9.9%/16.2%、4.5%/3.0%和7.8%/7.2%。這表明采用可用渣土-1或可用渣土-2取代30%天然河砂并不會(huì)對(duì)水泥砂土漿的抗折性能產(chǎn)生不利影響，而當(dāng)兩類(lèi)渣土的取代率提升至50%和70%時(shí)，雖然水泥砂土漿的抗折強(qiáng)度有所降低，但28 d抗折強(qiáng)度的最大降幅分別不超過(guò)6%和8%。

為解釋上述現(xiàn)象，對(duì)摻有花崗巖風(fēng)化殘積土的14 d水泥砂土漿進(jìn)行取樣并開(kāi)展壓汞測(cè)試，其孔隙尺寸分布(按半徑計(jì)，以下同)隨渣土取代率的變化情況如圖4所示。壓汞測(cè)試采用AutoPore IV 9500全自動(dòng)壓汞儀，其壓力范圍為0～228 MPa，孔隙尺寸測(cè)定范圍為2.5 nm～500 μm。與此同時(shí)，采用EVO18掃描式電子顯微鏡對(duì)摻有花崗巖風(fēng)化殘積土的7 d水泥砂土漿的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀測(cè)，其放大4 000～5 000倍的微觀結(jié)構(gòu)隨渣土取代率的變化情況見(jiàn)圖5。

圖3 抗折強(qiáng)度隨渣土取代率的變化情況

Fig.3 Variation of flexural tensile strength with replacement ratio of excavated soil

從圖4可以看出，隨著渣土取代率的增加，水泥砂土漿的孔隙率總體呈現(xiàn)出先減小而后逐漸增大的趨勢(shì)。結(jié)合圖4和圖5可知，當(dāng)渣土取代率為0時(shí)，砂漿內(nèi)部有大量C-S-H凝膠，孔隙較少，微觀結(jié)構(gòu)致密；當(dāng)渣土取代率較小(30%)時(shí)，水泥砂土漿內(nèi)部依舊可觀察到大量C-S-H凝膠，渣土的填充效應(yīng)使水泥砂土漿的微觀結(jié)構(gòu)更趨致密，進(jìn)而導(dǎo)致其孔隙率減小，抗折強(qiáng)度有所提高；

圖4 孔隙尺寸分布隨渣土取代率的變化情況

Fig.4 Variation of pore size distribution with replacement ratio of excavated soil

(a) 取代率=0 (×5 000)

(b) 取代率=30% (×4 000)

(c) 取代率=50% (×4 000)

(d) 取代率=70% (×4 000)

但當(dāng)渣土取代率較大(50%、70%)時(shí)，水泥砂土漿內(nèi)部的水化產(chǎn)物減少且可觀察到一定數(shù)量的針狀A(yù)Ft晶體，這是由于過(guò)量渣土對(duì)水泥水化反應(yīng)存在一定負(fù)面影響[20]，致使水泥砂土漿內(nèi)部的C-S-H凝膠等水化產(chǎn)物減少，微觀結(jié)構(gòu)相較對(duì)比組(渣土取代率為0)顯得疏松多孔，這些孔隙為AFt晶體的生成提供了空間，導(dǎo)致AFt晶體增多[21]。由于可提供強(qiáng)度的C-S-H凝膠等水化產(chǎn)物減少，而AFt晶體對(duì)強(qiáng)度貢獻(xiàn)不大[22-23]，因此當(dāng)渣土取代率較大時(shí)，水泥砂土漿的抗折強(qiáng)度有所降低。

2.3 抗壓強(qiáng)度

圖6所示為3批13組水泥砂土漿的7、14和28 d抗壓強(qiáng)度。從圖中可以看出：

1)當(dāng)采用基于沖洪積土的可用渣土-3部分或全部取代天然河砂時(shí)，隨著渣土取代率的增加，水泥砂土漿的7、14和28 d抗壓強(qiáng)度僅微幅波動(dòng)，總體上與對(duì)比組(渣土取代率為0)的相應(yīng)抗壓強(qiáng)度基本相當(dāng)。當(dāng)渣土取代率為30%、50%、70%和100%時(shí)，水泥砂土漿的28 d抗壓強(qiáng)度分別為對(duì)比組的96.4%、98.7%、102.3%和95.8%，這表明采用可用渣土-3部分或全部取代天然河砂不會(huì)使水泥砂土漿的抗壓強(qiáng)度出現(xiàn)劣化。

2)當(dāng)采用基于花崗巖風(fēng)化殘積土的可用渣土-1和可用渣土-2部分取代天然河砂時(shí)，隨著渣土取代率的增加，水泥砂土漿的7、14和28 d抗壓強(qiáng)度總體呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì)。與對(duì)比組(渣土取代率為0)相比，渣土取代率30%時(shí)，采用可用渣土-1/可用渣土-2的水泥砂土漿的7、14和28 d抗壓強(qiáng)度分別改變-6.2%/-6.8%、-8.7%/1.5%和-4.1%/0.5%；渣土取代率50%時(shí)，采用可用渣土-1/可用渣土-2的水泥砂土漿的7、14和28 d抗壓強(qiáng)度分別降低13.0%/22.0%、13.8%/17.2%和5.2%/15.4%；渣土取代率70%時(shí)，采用可用渣土-1/可用渣土-2的水泥砂土漿的7、14和28 d抗壓強(qiáng)度分別降低26.2%/37.2%、22.7%/29.7%和14.7%/22.3%。這表明采用可用渣土-1或可用渣土-2取代30%天然河砂并不會(huì)對(duì)水泥砂土漿的28 d抗壓強(qiáng)度產(chǎn)生明顯不利影響，而當(dāng)兩類(lèi)渣土的取代率提升至50%時(shí)，雖然水泥砂土漿的抗壓強(qiáng)度有所降低，但28 d抗壓強(qiáng)度的最大降幅也就在15%左右。

圖6 抗壓強(qiáng)度隨渣土取代率的變化情況

Fig.6 Variation of compressive strength with replacement ratio of excavated soil

為解釋上述現(xiàn)象，按照《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》JGJ 52—2006[24]對(duì)可用渣土-2和第2批試件所用天然河砂的壓碎指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)定，前者和后者的壓碎指標(biāo)分別為33.0%和8.0%，顯然后者的抗壓能力明顯高于前者。結(jié)合圖4和圖5可知，當(dāng)渣土取代率為30%時(shí)，水泥砂土漿的微觀結(jié)構(gòu)相較對(duì)比組(渣土取代率為0)更趨致密，有利于提高水泥砂土漿的抗壓強(qiáng)度，但抗壓能力較高的天然河砂被部分替換成了可用渣土-2，反過(guò)來(lái)又會(huì)對(duì)水泥砂土漿的抗壓強(qiáng)度造成不利影響，正、反兩方面因素共同作用，最終導(dǎo)致水泥砂土漿的28 d抗壓強(qiáng)度與對(duì)比組大體相當(dāng)；但當(dāng)渣土取代率為50%和70%時(shí)，不僅抗壓能力較高的天然河砂被大量替換成了可用渣土-2，而且水泥砂土漿內(nèi)部的水化產(chǎn)物和微觀結(jié)構(gòu)與對(duì)比組相比也逐漸劣化，兩方面不利因素共同作用，使得水泥砂土漿的28 d抗壓強(qiáng)度相較對(duì)比組偏低。

2.4 彈性模量

圖7所示為3批13組水泥砂土漿的28 d彈性模量。從圖中可以看出：

1)當(dāng)采用基于沖洪積土的可用渣土-3部分或全部取代天然河砂時(shí)，隨著渣土取代率的增加，水泥砂土漿的彈性模量基本不變且與對(duì)比組(渣土取代率為0)大體相當(dāng)。結(jié)合前文抗折和抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)結(jié)果可知，實(shí)際工程中采用可用渣土-3完全取代天然河砂是可能的。

2)當(dāng)采用基于花崗巖風(fēng)化殘積土的可用渣土-1和可用渣土-2部分取代天然河砂時(shí)，隨著渣土取代率的增加，水泥砂土漿的彈性模量總體上逐漸減小。與對(duì)比組(渣土取代率為0)相比，渣土取代率30%、50%和70%時(shí)，采用可用渣土 -1/可用渣土-2的水泥砂土漿的彈性模量分別降低2.6%/0.3%、8.8%/9.4%和15.6%/18.0%。這表明采用可用渣土-1或可用渣土-2取代30%天然河砂并不會(huì)對(duì)水泥砂土漿的彈性模量產(chǎn)生明顯不利影響，而當(dāng)兩類(lèi)渣土的取代率提升至50%時(shí)，雖然水泥砂土漿的彈性模量有所降低，但最大降幅小于10%。綜合考慮前文抗折和抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)結(jié)果，建議實(shí)際工程中可用渣土-1和可用渣土-2的取代率以不超過(guò)50%為宜。

圖7 彈性模量隨渣土取代率的變化情況

Fig.7 Variation of elastic modulus with replacement ratio of excavated soil

3 結(jié)論

(1)為確保水泥砂土漿具有良好工作性能，聚羧酸減水劑用量隨渣土取代率的增加逐漸增大，采用可用渣土-1和可用渣土-2時(shí)該增幅明顯大于采用可用渣土-3的情況；但即使渣土取代率高達(dá)70%，減水劑的最大摻量(以固含量計(jì))也僅為膠凝材料質(zhì)量的1.1%左右。

(2)當(dāng)采用基于沖洪積土的可用渣土-3部分或全部取代天然河砂時(shí)，隨著渣土取代率的增加，水泥砂土漿的抗折和抗壓強(qiáng)度以及彈性模量總體上都與對(duì)比組(渣土取代率為0)大體相當(dāng)，實(shí)際工程中采用可用渣土-3完全取代天然河砂是可能的。

(3)當(dāng)采用基于花崗巖風(fēng)化殘積土的可用渣土-1和可用渣土-2部分取代天然河砂時(shí)，隨著渣土取代率的增加，水泥砂土漿的抗折強(qiáng)度呈現(xiàn)出先有所上升而后逐漸降低的趨勢(shì)，而抗壓強(qiáng)度和彈性模量總體呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì)；采用此兩類(lèi)可用渣土取代30%天然河砂并不會(huì)對(duì)水泥砂土漿的力學(xué)性能產(chǎn)生明顯不利影響；當(dāng)兩類(lèi)渣土的取代率提升至50%時(shí)，與對(duì)比組(渣土取代率為0)相比，水泥砂土漿的28 d抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和彈性模量的最大降幅分別約為6%、15%和10%。綜合考慮抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和彈性模量等因素，實(shí)際工程中該類(lèi)可用渣土的取代率建議不超過(guò)50%。