再生砖骨料在泡沫混凝土浆体中沉降规律研究

doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.1050

摘要/Abstract

摘要：

将泡沫混凝土用作台背回填材料能够解决“桥头跳车”问题，而在泡沫混凝土中抛入再生砖骨料（recycled brick aggregate， RBA），可以降低泡沫混凝土水化热并节约成本，且施工工艺简单。但不同粒径的RBA颗粒抛入后在泡沫混凝土中的沉降规律尚不明确，为保证工程质量，本文利用有限元分析软件建立沉降模型，模拟了RBA颗粒在泡沫混凝土浆体中的沉降情况，分析了浆体流变学参数、骨料粒径及抛填高度对颗粒沉降的影响。发现当颗粒在浆体中运动时，若假定浆体无限深，颗粒的最终运动状态与抛填高度无关，浆体的屈服应力决定了颗粒是持续沉降还是悬浮于浆体中，而塑性黏度则决定了颗粒的最终沉降速度。通过测试浆体的密度和屈服应力，可以确定能够沉降到浆体底部的RBA的最小粒径。为方便在实际工程中应用，本文给出了抛填高度在1~3 m，五种泡沫混凝土浆体RBA的临界粒径（能够持续沉降至底部的最小粒径）。

关键词: 泡沫混凝土, 再生砖骨料, 抛填, 流变参数, 沉降, 数值模拟

Abstract:

Using foamed concrete for back-filling effectively resolves the issue of "vehicle bumping at bridgeheads". However， this method is associated with high costs and significant hydration heat release. Incorporating recycled brick aggregate （RBA） into foamed concrete as a dumped rip-rap concrete not only simplifies the construction process， but also reduces the hydration heat of foamed concrete and lowers costs. Nevertheless， it remains uncertain whether RBA particles of varying sizes will continue to settle to the bottom of foamed concrete slurry， which may potentially compromise the quality of the back-filling construction. In this study， finite element analysis software was utilized to develop a settlement model for simulating the settling behavior of RBA particles in foamed concrete. Furthermore， the effects of rheological parameters， RBA size， and dumping height were systematically examined. As particles move through a slurry， the final motion state of the particles is independent of the dumping height in an infinitely deep slurry. Yield stress of the slurry determines whether the particles are continuously settling or hovering in the slurry， while plastic viscosity dictates the terminal settling velocity. The minimum particle size of RBA that can settle to the bottom of the slurry can be determined by testing the density and yield stress of the slurry. To facilitate engineering applications， the critical particle size—the smallest particle size can settle to the bottom— of RBA in the five types of foamed concrete slurries at dumping heights ranging from 1 m to 3 m is presented.

Key words: foamed concrete, recycled brick aggregate, dump, rheological parameter, settlement, numerical simulation

中图分类号:

TU528

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图/表 15

图1 试验中不同粒径的RBA

Fig.1 RBA with different particle sizes in experiment

表1 RBA表观密度测试结果

Table 1 Test results of apparent density of RBA

Particle number	1	2	3	4	5
Apparent density/（kg·m^-3）	1 956	2 045	1 810	1 905	1 892

表2 配合比

Table 2 Mixture proportion

Sample No.	Density grade	Cement mass/kg	Water mass/kg	Foam volume/m³	Dosage of water-reducing （mass fraction）/%	Density/（kg·m^-3）
FCS-600	A06	500	225	0.74	0.19	670
FCS-800	A08	667	300	0.58	0.15	880
FCS-1000	A10	833	375	0.43	0.09	1 100
FCS-1200	A12	1 000	450	0.27	0.07	1 320
FCS-1400	A14	1 166	525	0.12	0.06	1 590
CP-1800	—	1 500	675	0.00	0.01	1 830

图2 浆体流变参数曲线

Fig.2 Rheological parameters curves of slurry

表3 浆体流变参数

Table 3 Rheological parameters of slurry

Sample No.	Yield stress/Pa	Plastic viscosity/（Pa·s）	R²
FCS-600	7.19	0.23	0.998
FCS-800	7.78	0.36	0.986
FCS-1000	8.88	0.46	0.996
FCS-1200	13.83	0.59	0.987
FCS-1400	23.52	0.77	0.998
CP-1800	9.52	0.32	0.994

图3 1 m抛填高度RBA沉降模型与示意图

Fig.3 RBA settlement model （1 m） and schematic diagram

图4 RBA沉降深度测试结果

Fig.4 Measured results of settlement depth of RBA

表4 模拟结果与试验结果对比

Table 4 Comparison between numerical simulation results and test results

RBA diameter/mm	Settlement depth/mm
RBA diameter/mm	Method 1	Method 2	Simulation result
4.75	62	62	67
9.50	109	103	107
16.00	202	200	205
19.00	266	273	278

图5 在1 m深泡沫混凝土浆体中RBA的沉降深度

Fig.5 Settlement depth of RBA particles in 1 m deep foamed concrete slurry

图6 塑性黏度对RBA沉降深度和沉降速度的影响

Fig.6 Influence of plastic viscosity on settlement depth and settling velocity of RBA

图7 屈服应力对RBA沉降深度和沉降速度的影响

Fig.7 Influence of yield stress on settlement depth and settling velocity of RBA

图8 不同粒径RBA在1 m深浆体的沉降深度与沉降速度

Fig.8 Settlement depth and settling velocity of RBA with different particle sizes in 1 m depth slurry

图9 不同粒径RBA在无限深浆体沉降时的沉降深度与沉降速度

Fig.9 Settlement depth and settling velocity of RBA with different particle sizes in infinitely deep slurry

图10 不同抛填高度时RBA在浆体沉降时的沉降深度与沉降速度

Fig.10 Settlement depth and settling velocity of RBA in slurry under varying dumping heights

表5 不同泡沫混凝土浆体中RBA颗粒的临界粒径

Table 5 Critical particle size of RBA in different foamed concrete slurry

Dumping height/m	Critical particle size/mm
Dumping height/m	FCS-600	FCS-800	FCS-1000	FCS-1200	FCS-1400	CP-1800
1	16	19	28	39	54	33
2	15	18	26	32	44	26
3	14	17	24	29	37	22

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