本文首发于《材料导报》，2024, 38(15): 23040087

DOI:10.11896/cldb.23040087http://www.mater-rep.com

0 引言

填筑（回填）作业是工程建设过程中的一个重要环节，是保证主体结构安全及实现周边结构部位防渗、防沉降等功能的技术措施，以建筑工程的基坑回填、城市综合管廊或市政管线/管涵回填、交通工程的“三背”回填、矿山工程的采空区充填等最为典型^[1–3]。传统回填主要通过分层碾压或夯实来达到规定的压实度和强度，对承载力有一定要求的回填区，需要使用级配良好的砂性土或碎石才能得到较高的干密度和较好的力学特性，二八灰土或三七灰土也是传统常用的回填材料^[4,5]。然而，分层碾压或夯实的填筑方式存在施工工艺繁琐、效率低、回填土夯实质量不稳定等弊端，如遇到狭窄、异形、回填深度大不利于实施碾压、夯实的工况条件，则回填工程质量更加难以保证^[6–8]。因回填不密实引发城市地面沉降或地下采空区塌陷，甚至造成建筑物倾斜的工程事故时有发生^[9]。为了提高回填质量，工程上有时也采用低等级混凝土或水泥基灌浆料作为狭窄空间的填筑材料^[10,11]，但由于材料成本高而难以广泛应用；同时，由于混凝土、灌浆料硬化后强度较高，不仅造成浪费，对于需要二次开挖的回填部位反而造成新的困难。

针对传统回填的弊端，一种可以通过管道输送或泵送、自密实、自硬化的低强度流态填筑材料及其应用技术应运而生，用于替代传统碾压或夯实工艺的回填作业。低强度流态填筑材料是一类组成多样、用途广泛的工程材料，在建筑/市政、交通、水利、矿山等行业均有应用^[1,12–15]。由于各行业的自身特点，低强度流态填筑材料的应用场合、性能要求、施工方法、材料组成，以及名称术语都有不同，行业和专业的隔离造成对低强度流态填筑材料缺乏系统的认识，也导致各行业之间不能互相借鉴交流。因此，本文旨在总结梳理前人的研究基础，阐述低强度流态填筑材料的基本概念、特点及其应用情况；同时，对不同行业的低强度流态填筑材料的发展及研究现状、存在问题进行分析和梳理，以期加深和扩展对这类材料的认识，促进跨行业的交流和发展。

1 低强度流态填筑材料的概念、特点和应用方向

1.1 低强度流态填筑材料的概念

低强度流态填筑材料可定义为：以土或工矿业废弃物细颗粒为主要基料，加入适量的胶凝材料、必要的添加剂和水，经搅拌设备充分混合均匀，可采用管道输送/泵送，浇筑时可自密实成型，凝结硬化后形成具有一定强度和其他性能的工程材料。“低强度”主要是相比于浇筑施工的混凝土、砂浆、灌浆料，其硬化体强度较低（28 d抗压强度通常低于10 MPa），且用于岩土工程中的填筑材料，常与土的承载力相比较，因此也不需要太高的强度。ACI 229R规定的可控低强度材料(Controlled Low-Strength Materials，CLSM)28 d无侧限抗压强度不超过8.3 MPa，GB/T51450-2022《金属非金属矿山充填工程技术标准》提到矿山充填体的抗压强度一般为6 MPa以内，多为2~4 MPa(根据不同结构部位要求存在差异)，通常市政工程的回填材料的设计抗压强度多在0.3~1.0 MPa之间。正因为要求强度不高，并不需要像混凝土、砂浆有较为严格的原材料和较为统一的配合比参数，其材料组成具有多样性和非标准特征。

如图1所示，在基料的选择上，包括了工程弃土、建筑垃圾再生砂/粉、工业废渣、尾矿砂、工程泥浆、搅拌站废浆液等低品质非标准化材料。根据基料的选择，不同行业对流态填筑材料具有不同的术语：矿山胶结充填材料的主要基料为分级尾砂或全尾砂，一般经过浓密处理后使用；可控低强度材料主要以砂为细骨料，辅助胶凝材料中添加粉煤灰来改善浆体的流动性，原材料更侧重择优选取而非就地取材；液态粉煤灰则是以粉煤灰作为主要基料；流态固化土以建筑渣土、废弃泥浆为主要基料，并兼容尾矿、废弃石粉、建筑垃圾的再生骨料、再生砂粉和微粉等，不与混凝土争夺砂石，就地取材，具有广阔的应用空间；黏土水泥浆，常用于水利或岩土工程中的防渗层，基料要求含有较多蒙脱石的黏土；气泡轻质土则主要是通过物理发泡产生的泡沫填充在材料中间，以实现轻质化。根据常见的基料粒径范围和强度范围，可以将低强度流态填筑料种类做一个相对性的区分，见图2。

另一方面，在胶材的选择上，低强度流态填筑材料可以大量利用冶金渣、燃煤副产物、水泥窑灰、化工副产品(如电石渣、碱渣、废弃石膏)、农业副产物(如稻壳灰)等低品质固废，并通过协同设计和化学激发制成，作为水泥的替代品^[16]。低强度流态填筑材料的组成，无论是基料还是胶凝材料，都大量使用废弃物或低品质材料，实现固体废弃物的资源化和水泥材料的减量利用，具有突出的包容性和绿色低碳特征。

1.2 低强度流态填筑材料的特点

相比于传统回填材料，低强度流态填筑材料具有以下工艺和性能上的优势：

优异的施工性能：低强度流态填筑材料的拌合物具有大流态的施工性能，可依靠重力垂直自流输送，也可以通过泵送输送。填筑料如能实现自流输送，可以减小施工成本，降低施工作业的故障率。填筑材料浇筑时无需振捣，可实现自流平、自密实。由于去除了压实工艺，对于零星或少量的回填工程，可以显著提高施工效率；对狭窄或异形空间的回填，更具有无可替代的技术优势。因此，流态填筑材料技术对于解决工程建设中回填质量难以控制的行业痛点具有突出的价值^[1]。

较好的匀质性：水泥搅拌桩为原位拌合工艺，经过水泥搅拌桩处理后的固化土存在匀质性差的弊端，而低强度流态填筑料通过对采用的土料或泥浆等基料进行破碎、筛分或前期预匀化处理，后续在水和外加剂的作用下，经过充分搅拌，显著改善了浆体的匀质性。

较低的经济成本：采用流态填筑材料回填，会减少对人工和设备的需求，加快施工速度，能够在狭窄或限制进入的区域施工，还能够回收利用多种低品质固体废弃物，“化废为宝”带来的经济效益凸显。经测算比较，采用低强度流态填筑材料回填的综合造价低于“二八灰土”^[1]。

1.3 低强度流态填筑材料应用方向及性能要求

低强度流态填筑材料具有广泛的应用方向，包括建筑和市政工程的管廊基槽和建筑物深基坑回填、管网埋设回填，也包括矿山工程中的采空区回填、公路工程中桥涵构造物的台背回填等。

依据不同的应用方向，对填筑材料有不同的性能要求。表1为不同应用领域流态填筑材料的主要性能要求。

表1流态填筑材料的工程应用及性能要求

Table 1 Engineering application and performance requirements of flowable filling materials

一般来说，流动性和强度是低强流态填筑材料的基本技术参数。根据不同行业对回填工程的要求，还会测试流态填筑材料拌合物的湿密度、泌水率、屈服应力等，以确保施工的可行性和材料在输送和浇筑过程中的匀质性；对于硬化后的固化体还会考虑其渗透性，用于暴露环境中需要关注其收缩变形、耐久性，用于道路基层时，还需测试加州承载比(CBR)、弯沉值、劈裂抗拉强度等技术指标。

2 低强度流态填筑材料在不同行业的发展及现状

2.1 矿山胶结充填材料

中国每年尾矿排放量超过10亿吨，总排放量为100余亿吨^[9,21,22]。大量尾矿的地面处置对空气、水、土壤环境产生了不利的影响。1957年加拿大率先采用分级尾砂加硅酸盐水泥的胶结充填采矿技术，既解决了尾矿地表堆存带来的安全与环境问题，同时可以消纳大量超细尾矿等固体废弃物^[23]。矿山胶结充填主要是利用采矿过程中产生的尾砂或达到一定浓度的尾矿浆与胶凝材料混合搅拌均匀，通过充填管道输送到地下采场，充填到矿山采空区，硬化后形成支撑矿柱，达到控制围岩变形、地表沉陷，保护环境与控制地压的效果。胶结充填采矿法的发展可以大致分成三个阶段，即低浓度胶结充填、高浓度胶结充填及膏体充填(如表2所示)。

表2 采空区回填方式

Table2 Gob backfill method

长期充填实践发现，充填浓度越高，对于充填体强度增长越有利，同样强度要求下，提高充填料浆浓度能大大减少水泥用量，降低充填成本。在此思路下，膏体充填成为当前矿山充填技术研究的主流。与以往回填技术相比，膏体充填采矿技术促使采矿率进一步提高，同时，具有水泥耗量低、尾砂利用率高、硬化速度快等特点，在技术经济、环保、安全等方面具有显著优势。膏体充填料浆由于塑性黏度和屈服应力大，输送方式主要采用依靠料浆重力作用的自流方式和借助外力的泵压输送方式，常以充填倍线(从系统入口至出口的任一点管道长度与垂直高差之比的最大值)作为判断充基料能否自流输送的依据^[24]。近年来，随着开采深度的不断延伸，系统重力势能不断增大，特定情况下可满足自流输送。表3汇总了国内外部分金属矿山膏体充填工程中的主要参数^[3]。

表 3国内外膏体充填采矿法应用矿山实例

Table 3 Application examples of paste filling mining method at home and abroad

充填料选择方面，膏体充填料一般取决于矿山附近可利用的固体废弃物。图3总结了国内外关于回填中利用各种工业废弃物的大致比例(数据来源^[25])。随着目前采矿业选矿效率的提高，从图3可以看出，磨细尾矿逐渐成为膏体充填的主要原材料。此外，还包括一些煤矸石、天然砂石、再生骨料等。由于废石等大颗粒骨料无法实现管道运输，需要额外破碎、筛分至所需粒度，增加了施工程序的复杂性，因此在膏体回填过程中利用率较低。为保证回填质量，任何废料用于回填前，需对其物理、化学等性质进行测试，充填料的细粒分数和密度会影响膏体的流动性能，充填料的颗粒形态、粒径分布、化学及矿物组成对膏体回填中胶凝材料用量、水化活性的影响作用同样不容忽视。

充填胶凝材料的类型和用量显著影响膏体回填的强度。据计算，硅酸盐水泥在胶结充填材料成本达60%~80%^[26]，同时，水泥对超细尾矿和含泥量高的材料固结性能差，浆体易出现离析、泌水现象。对此，新型充填胶凝材料体系成为矿山充填研究热点。图4总结了近年来膏体充填中用于替代水泥的材料占比(数据来源^[25])，粉煤灰、矿渣、硅灰等是最广泛使用的水泥替代品。此外，碱激发类胶凝材料、赤泥、高水材料、半水磷石膏胶凝材料在膏体充填中也有相应的应用^[26–28]。粉煤灰由于材料本身存在“滚珠效应”，改善管路输送性能的同时，有利于充填体后期强度的提升。陈嘉生^[29]采用水泥:粉煤灰:尾砂=1:2:8制备的粉煤灰细砂胶结体90 d强度可达2 MPa以上。谢长江^[30]使用高炉矿渣替代40%~50%的水泥制备而成的胶结充填料可降低19.4%~24.2%充填成本。杨志强^[31]针对有潜在活性的金川水淬镍渣尾砂，采用脱硫石膏、电石渣、水泥熟料等组成复合激发剂，配制成胶砂比1:4，料浆浓度79%的充填料浆，其28 d强度可达6.3 MPa。新型胶凝材料的利用进一步降低了充填材料成本、提高工业废渣利用率，同时材料本身特殊的性质有效减少了充填体料浆泌水现象，更有利于改善井下充填环境。

事实上，进行回填后的充填体涉及到传热、渗透、力学、化学多因素的耦合作用^[3]。除抗压强度指标之外，其耐久性是影响安全开采的重要因素。不同的胶结充填原材料(不同来源的尾矿、胶凝材料、水)的特性、固化条件以及围岩环境都将影响膏体充填体硬化强度及耐久性。因此在实际应用之前，有必要针对性的对其长期性能进行研究。

2.2 可控低强度材料

美国提出的可控低强度材料(CLSM)是低强度流态填筑材料这一概念的主要构成，也有人称之为可流动填料、自密实回填材料、土壤水泥浆等^[15,32,33]。根据美国混凝土协会定义，可控低强度材料是一种主要用于管沟回填的、具有自我充填性的、28 d无侧限抗压强度不超过8.3 MPa(Φ150 mm×300 mm圆柱试件^[34])的低强度水泥基回填材料。从组成上来讲，CLSM主要由水泥、辅助胶凝材料、细骨料及必要的水组成，有时候也会加入一些外加剂(减水剂、引气剂等)，图5展示了CLSM典型配比(数据来源^[35])。CLSM的显著特点是高流动性和低强度，具有原材料来源广、制备工艺和设备简单、挖掘成本低、大量利用废弃资源等优势，广泛用于管道、孔洞、矿井、桥台等工程回填中^[36]。

CLSM最早应用于1964年，美国垦务局通过向开挖土中加入水泥、水，拌和均匀后用于德克萨斯州西北部的加拿大河渡槽项目，该回填方式节约了40%的施工成本^[37]。1970年左右，北美的不同公司陆续开发了类似于CLSM的材料产品，并申请了专利^[38]。1994年，ACI 229委员会发布了全面涵盖CLSM配比、性能、应用的技术报告，CLSM作为一种多功能建筑材料，迅速获得认可和规模化应用。据统计，美国南卡罗来纳州2001年CLSM用量达到11500立方米^[35]。由于CLSM强度要求远低于结构混凝土，近些年来，学者开始研究利用各种建筑垃圾、工业副产品等废弃资源来替代水泥、砂制备CLSM，以达到固废利用，节约工程造价的目的。图6总结了可用于制备CLSM的原材料(数据来源^[39])，其中粉煤灰、高炉矿渣等超细粉的加入，因其本身的“滚珠效应”提高了浆体的流动性，同时后期的火山灰效应保证了硬化强度。除此之外，铸造砂、橡胶粉、废弃玻璃、渣土淤泥等作为替代细骨料也有相应研究并得到了工程实际应用^[15,39,40]。

为保证施工效率，CLSM通常需要提高用水量来保证其具有较高流动性以实现自流平。除用水量外，Kaliyavaradhan^[39]研究了各类工业副产品用于CLSM对其工作性能的影响，结果表明，原材料的形状、粒度分布、比重、吸水性对CLSM的流动性、离析泌水和凝固时间均有显著影响，需要通过合理调整配比设计以适应工业固废的特点。为了保证CLSM服役期间的稳定性，根据不同设计要求，其强度应在0.3 MPa至8.3 MPa之间，如果要求可开挖性，其理想强度应低于2.1 MPa。由于强度和耐久性之间的正相关性，CLSM较低的强度可能会对耐久性有不利影响。然而目前研究集中于各种固废材料用于CLSM的流动性和强度测试，涉及CLSM耐久性研究较少。Lachemi^[38]研究中发现掺入较大量水泥窑灰表现出较高的干燥收缩，同时其抗干湿/冻融循环能力下降。Qian^[41]利用建筑渣土替代砂制备CLSM，结果表明若全部取代砂土，经过10次干湿或冻融循环将损失50％以上的初始强度。除原材料影响外，Folliard^[42]研究表明，若降低养护环境的温湿度，CLSM的强度发展较为缓慢，不利于长期性能的稳定性。Okuyucu^[33]分别对比了相对湿度（RH）为100%和50%时的强度增长率及干燥收缩，结果显示50%RH条件下固化试样强度增长率显著降低，干燥应变增大。总之，组成材料的特性、组份比例及其服役环境是控制CLSM新拌性能、硬化性能和耐久性能的关键因数。因此，当利用不同材料配制CLSM时，应充分考虑原材料的特点，有针对性的进行配合比设计，以保证CLSM更好的服役于工程实际当中。

2.3 流态固化土

土是一种天然性、碎散性、三相性的非均质材料，土经过加固处理后用于工程建设是普遍做法。20世纪初，美国、日本等国家开始研究水泥加固土，发现经过水泥加固后的土体能够有效控制沉降、降低渗透性^[43]。20世纪中期，固化稳定（Solidification/stabilization）技术以其高效、易实施等优点被广泛用于护坡、地基加固、污染土壤固化领域^[44]。20世纪70年代以后，针对土体的不同性质，土体加固材料逐渐开始使用矿渣、粉煤灰等固废来替代水泥、石灰，发展为专用胶凝材料——岩土固化剂^[45–48]。岩土固化剂是一类能够改善土体性质、提高土体稳定性和强度的复合胶凝材料。

20世纪80年代，日本为解决狭窄或异形空间回填困难、施工质量差的问题，提出“流动化处理土”施工技术，其方法是在渣土中加入适量水、胶凝材料，经搅拌制备成具有一定流动性的浆体，运输到工程现场进行浇筑施工，其施工流程如图7所示^[1]。“流动化处理土”是一种绿色施工技术，施工原材料可以充分利用地基开挖土或者淤泥，同时很好的解决固化土施工过程中匀质性问题，是对传统稳定土（灰土等）技术的继承和发展。

我国在2017年北京城市副中心综合管廊基槽回填工程中，提出了“预拌流态固化土”（简称“流态固化土”）的概念，是首个在国内市政工程中规模化应用的案例（填筑量约20万立方米），其后在成都、深圳、雄安等地得到了不同规模的推广^[1]。周永祥^[1]详细阐述了流态固化土的基本性能，指出流态固化土是一种可以协同处置多种废弃物的绿色建材。顾欢达^[49]提出利用拌合物180±20 mm、28 d无侧限抗压强度80~100 kPa作为“流动化处理土”的技术指标。范猛^[43]、王艺程^[50]、黄锐^[51]等人通过试验发现，水固比可以较好的控制流态固化土工作性的变化，而灰土比与硬化后的强度呈正相关。由于各地区土体的复杂多样性，学者们进行了广泛的研究。朱瑜星^[14]研究采用盾构渣土制备流态固化土，发现水固比0.5~0.53、灰土比0.15条件下，其流动性、强度均满足管网回填要求。邹培林^[52]利用铺设管道开挖土制备流态固化土，并测试了其流动性、干缩性和强度，得出流动性、无侧限抗压强度的预估公式。因水泥固化淤泥效果较差，冯忠民^[53]在单一水泥作为胶凝材料的基础上掺加粉煤灰、磷石膏组成复合固化材料对淤泥进行流动固化处理，测试了水泥-泥浆比、粉煤灰-水泥、不同养护环境比对其强度、变形能力及耐久性的影响。上述文献均已证明通过合适配合比设计，流态固化土流动性和强度可以满足工程需求。值得注意的是，流态固化土本身的用水量大，其耐久性逐渐引起了学者的重视。根据试验配比和试验方法的不同，其干缩应变测试结果在1000-8000 me^[1,41,54,55]，远超过水泥胶砂的收缩值。不可避免地，流态固化土硬化后由于大量未水化的自由水蒸发导致其干湿、冻融循环能力差^[41,53,56]。因此，综合来看，目前流态固化土尚不适宜暴露在大气或水中，而适合在埋入地下的条件中使用，在潮湿环境中流态固化土硬化后强度可以不断增长。

值得一提的是，流态固化土是一种以土为主要基料的低强度流态填筑料。国内对此有多种称呼，常见的是来自日文的“流动化处理土”，也有称为自密实固化土、预拌固化土或液态固化土等。在此建议统一称为“流态固化土”。

2.4 其他低强度流态填筑材料

其他类型的低强度流态填筑材料还有液态粉煤灰、气泡混合轻质土、黏土水泥浆等。

液态粉煤灰是将少量水泥、大掺量粉煤灰、水、外加剂经过拌合后配制而成，主要用于解决“路基三背”难以回填压实的工程问题。液态粉煤灰具有轻质性、高流动性、回填速度快的优势，但同时研究中发现也存在前期强度低、收缩大、水稳性较差等问题^[57,58]。

21世纪初，陈忠平^[59]等人从日本引进气泡混合轻质土技术，即在原料土中按照一定比例添加固化剂、水和预先制作的气泡群，进行充分混合、搅拌后形成的轻型土工材料，其密度一般在相当于普通水泥混凝土的1/8~1/5，抗压强度一般在0.3~5 MPa，除了轻质性和高流动性外，由于其独特的孔隙结构，还具有良好的隔音，隔热性能^[60,61]，主要应用于道路加宽、桥台填土、边坡治理、管线回填等工程。然而，由于气泡混合轻质土引入气泡施工过程复杂，导致材料施工成本偏高^[43]，同时，刘楷^[62]、赵运会^[63]等人对其进行了干湿循环、冻融循环测试发现，耐久性是制约其发展的重要因素。泡沫混凝土以水泥浆与气泡混合，组成上一般不掺加土，除用于回填外，也可以作为保温墙体材料使用。

黏土水泥浆主要是由粘土浆、水泥、水玻璃组成的悬浊液, 稳定性高、抗渗透性能好，是一种既可以加固岩土体又可以防渗堵水的工程材料^[64,65]。它们之间的主要区别和特点如下表4所示。

表 4其他流态填筑材料主要区别和特点

Table 4 The main differences and characteristics of other flowable filling materials

3 低强度流态填筑材料存在的问题

3.1 流动性和其他性能之间的矛盾

流态填筑材料中的自由水，少部分和胶凝材料反应生成水化产物，作为强度的主要来源，剩余大部分自由水填充在固体颗粒之间，为浆体提供必要的流动性。值得注意的是，浆体含水率过高会导致泌水、离析现象的产生，同时不利其快速凝结及硬化强度的发展。研究表明流态填筑材料用于地下回填工程具有良好的体积稳定性^[1,66]，这是因为地下环境通常温度、湿度较为恒定，固化体的收缩变形较小；工程实践经验也证明，填筑于地下的低强度填筑材料，一般不需要考虑干燥收缩这一技术指标。然而，在干燥的环境下，流态填筑材料会发生严重的失水，从而产生较大的收缩应变，甚至导致硬化体开裂；同时，大量的自由水蒸发，会进一步导致硬化体的孔隙率变大，降低了流态填筑材料的长期服役性能，尤其是耐干湿、抗冻融能力。因此，流态填筑材料若应用于半暴露或暴露环境下，要考虑其收缩变形及其在暴露环境条件下的耐久性能。  

降低流态填筑材料固化体的干燥收缩，一方面可以从胶凝材料角度设计低收缩的固化剂，周永祥等^[67]研究表明，采用多种固废协同的固化剂，其固化土的干燥收缩比水泥固化土减少将近一半；另一方面需要采取措施（包括对基料颗粒级配的调整），控制填筑料的单方用水量；第三方面，则可以对暴露环境中的固化体采取相应的防护措施。

3.2 流态填筑材料配合比设计

流态填筑材料在配制过程中，利用粉煤灰球形颗粒效应，可以通过大掺量粉煤灰来减少拌和物用水量和提高拌和物工作性^[68,69]，但是粉煤灰掺量的增加，对于早期快速凝结不利。此外，通过在浆体中加入引气剂也被视为一种为流态填筑材料提供流动性的有效措施^[32]。值得注意的是，引气量不宜过多，否则会影响硬化结构的强度和耐久性能。

类似于混凝土配合比设计，改善骨料的级配有利于颗粒的紧密堆积和浆体的流动性。流态填筑材料一般很少像混凝土那样使用大量粗粒径骨料，10 mm以上的颗粒会通常会影响流动性，通常使用5 mm或10 mm以下的基料，即使偶尔也有较大粒径的基料，但含量往往较少。需要注意的是，并非基料越细越好，如当基料中细颗粒含有较多的黏土颗粒时，巨大的比表面积会吸附大量的水分，因此，要达到相同的流动性则需要更多的水。一般而言，材料中含有较多粒径分布在0.075 mm~5 mm之间的颗粒，材料容易在较小用水量情况下获得较好的流动性。也应该注意，如果小于0.075 mm的颗粒太少，则会导致填筑材料的拌合物黏聚性不良，容易发生分层，影响材料在输送和浇筑过程中的匀质性。同时，研究学者通过在流态填筑材料中加入减水剂后发现效果不佳，尤其是对于含黏土颗粒的浆体中，黏土颗粒对减水剂的吸附作用反而会引起拌和物性能的劣化^[70]。由此可见，如何在保证流动性的前提下，降低用水量，是目前制约流态填筑材料发展的难题之一。

流态填筑材料主要由基料和胶结材料组成，其基料主要立足于就地取材，且选择范围很广；除水泥外，其他专用胶凝材料以多种固废协同配制而成，可见，流态填筑材料的组成方案差异性很大。因此，需要根据实际工程需求，遵循“因材”(依据原材料物理化学性质)、“因地”(依据当地原材料成本)、“因用”(依据填筑工程要求)的原则制备流态填筑材料。探寻低强度流态填筑材料的配合比通用方法和关键控制参数的范围，仍然是今后配合比设计研究的重点和难题。

3.3 性能测试方法标准化

流态填筑材料在不同应用场景下的性能要求和测试方法存在显著差异，这使得其通用性和跨行业的交叉融合仍存在着挑战。以拌和物测试方法为例，有的按照混凝土的坍落度和扩展度方法进行测试，也有按照砂浆扩展度方法测试；此外，美国、日本均使用圆柱筒来测试流态填筑材料的流动度，具体规格如下表 5所示。

表 5 拌和物性能测试方法

Table 5 Test methods for properties of mixtures

为此，笔者对同一种流态填筑料的拌和物，分别采用砂浆扩展度仪、日本式圆柱筒和美国式圆柱筒测试扩展度(如下图8所示)，测得的扩展度数据分别为：180mm、160mm和205mm。综合而言，混凝土坍落度仪适合有粗骨料的拌和物，不适合以细颗粒为主的流态填筑材料拌和物；考虑到流态填筑材料可能含有5~10 mm的颗粒，因而砂浆扩展度仪也不适合，且砂浆截锥桶上口较小，装料不便；此外，日本式圆柱筒对拌和物流动性的区分度不如美国式圆柱筒明显。因此，推荐使用美国式圆柱筒作为测试流态填筑材料拌和物的工作性，同时，为了区别于砂浆的扩展度，建议将测试指标统一称之为“流动扩展度”。该测试方法和术语，已在多个工程项目中使用，方便适用。并经笔者推荐，术语与测试方法已经纳入到四川省地方标准《预拌流态固化土工程应用技术标准》DBJ51/T188-2022和中国市政工程协会标准《流态填筑料回填工程技术标准》等标准中。

无侧限抗压强度测试：目前出台的相关规范，根据不同试验场景规定了流态填筑材料的抗压强度值。其中，GB/T51450-2022中建议使用Φ75 mm × 150 mm 圆柱体试块测试；ACI 229R则建议使用Φ150 mm × 300 mm 圆柱体，其无侧限抗压强度一般在0.7 MPa ~ 8.3MPa之间，实际应用过程中通常不超过2.1 MPa，以便于将来的二次开挖；T/CECS 1037-2022中建议使用100 mm× 100mm× 100 mm立方体试块，若设计无明确要求，其强度不宜小于0.4 MPa。考虑与《水泥土配合比设计规程》JGJ/T 233等配套标准相协调，DBJ51/T 188-2022采用70.7mm× 70.7 mm× 70.7 mm立方体试块，若设计无明确要求，建议其无侧限抗压强度不小于0.3 MPa，不宜大于8.0 MPa；对于需要二次开挖的工程，强度不宜高于1.0 MPa。此外，部分研究学者^[67,71]在试验过程中参照 GB/T 17671-2021成型40 mm× 40 mm× 160 mm棱柱体试块进行测试。可以发现，抗压强度试件的尺寸、规定强度等方面存在显著差异，对具体工程需求的适用性有待进一步验证。

耐久性测试：流动性和强度是流态填筑材料的基本技术参数，为了确保服役期间的稳定性，应进一步测试其长期性能。然而，目前关于低强度流态填筑材料耐久性能尚缺乏系统研究。ASTM D559、ASTM D560中针对水泥固化土的干湿循环试验方法做了详细规定，国内JTG E51 中规定了干燥收缩、干湿循环及冻融循环的评价方法，但上述标准主要针对压实固化土。与此同时，众多学者针对低强度流态填筑材料的研究主要集中在固废利用，引入多种非标准化材料后其长期服役性能有待提升，应该作为下一步的重点研究方向。

4 结语及展望

低强度流态填筑材料是一类组成多样、用途广泛的工程材料，在建筑/市政工程、交通、水利、矿山等行业均有应用，但在不同行业，其应用场合、性能要求、施工方法、材料组成，以及名称术语均有不同，可用低强度流态填筑材料这一概念，统领相关行业、各类不同组成的材料体系。与混凝土相比，低强度流态填筑料的材料体系包容性强，原材料选择范围广，可以使用水泥混凝土难以利用的各种固体或液态废弃物，特别是对于含水率很高的液态废弃物，如废弃工程泥浆、赤泥、尾矿泥等，用于流态填筑料体系，一般不需要再经过时间漫长且成本高昂的脱水环节，大大提高了处置效率，降低了资源化利用成本，从而为规模化消纳创造了条件。因此，以低强度流态填筑料为中心，可以建立起一套多种废弃物协同处置的新体系，协同处置建筑垃圾(特别是渣土类建筑垃圾)、工业固废等目前城市亟需消纳处理的大宗低质固废，形成一个上下游联动的绿色化产业链条，为固体废弃物综合利用提供新的解决方案。

低强度流态填筑料具有重要的工程价值和社会意义，应用前景广阔，除了目前在建筑、市政、交通和矿山工程中的回填，也可以用于临时地坪、临时或低等级道路，随着技术进步和材料性能的提高，流态填筑料还有望扩展应用到“浇筑式地基”和“浇筑式路基”，以及地下工程和水利工程的防水和防渗，建立新的技术体系。

低强度流态填筑材料需要针对不同的工程需求，进行更加广泛而深入的研究，从材料体系、性能要求、施工作业、质量控制等多个环节进行系统性研究，特别需要关注用于地下回填时，材料体系较高的pH值、可能存在的重金属浸出物对地下水土的影响；还需注意，之前用于地下填筑的材料体系，用于半暴露或暴露于大气环境中，即将面临干燥收缩、碳化(可能影响水化产物的稳定性)、干湿循环、冻融循环等问题的挑战。因此，亟需开展流态填筑材料耐久性研究，并通过胶凝材料选择、组成方案优化和施工工艺改善，提高其性能优势，从而为扩大应用范围和保证工程质量奠定基础。

参考文献略。

主要作者简介：

周永祥，博士，研究员，博士生导师。CCPA岩土稳定与固化技术分会 秘书长，中国建筑学会建筑材料分会副理事长兼秘书长。主要研究方向为：混凝土、固化土及固废利用。zhouyx@bjut.edu.cn 

 霍孟浩，硕士研究生学历。2020年毕业于石家庄铁道大学土木工程专业，获工学学士学位，2023年毕业于中国建筑科学研究院，获工学硕士学位。主要研究领域为高性能混凝土材料、岩土固化材料。现就职于北京市朝阳区住房和城乡建设委员会。