摻合料對(duì)海水海砂混凝土強(qiáng)度的影響研究

嚴(yán)明 李迎濤 張于

(1.總裝備部后勤部華東辦事處，上海 200031; 2.后勤工程學(xué)院，重慶 401311)

目前，混凝土配制所用的砂和水主要是淡水和淡砂，它們的不斷消耗對(duì)資源和環(huán)境產(chǎn)生了很大的負(fù)面影響。而在遠(yuǎn)離陸地淡水緊缺的海島上，修建混凝土工程時(shí)由于成本利益的需求以及海水海砂建材資源化的趨勢(shì)，很多時(shí)候不得不采用海水海砂來(lái)配制混凝土。利用海水海砂來(lái)配制混凝土，混凝土不僅會(huì)受到外界海水的侵蝕，同時(shí)由海水海砂帶來(lái)的有害鹽類(lèi)也會(huì)對(duì)混凝土內(nèi)部產(chǎn)生侵蝕，其結(jié)果可能產(chǎn)生各種不同程度的破壞，這種破壞在宏觀上反映為水泥石或水泥混凝土的破損、開(kāi)裂、混凝土表面剝離等，同時(shí)還會(huì)引起水泥石或水泥混凝土強(qiáng)度下降以及混凝土中的鋼筋發(fā)生銹蝕。由此對(duì)混凝土拌合物的工作性能，混凝土硬化后的強(qiáng)度、變形和耐久性均會(huì)產(chǎn)生較大的影響，尤其是海水海砂配制的混凝土強(qiáng)度問(wèn)題，一直是受到廣泛關(guān)注的研究課題。

因此，摻合不同摻合料到海水海砂混凝土中，以此來(lái)提高海水海砂混凝土的長(zhǎng)期強(qiáng)度，并進(jìn)行了不同原材料配比、不同養(yǎng)護(hù)方式和不同齡期條件下的強(qiáng)度試驗(yàn)，旨在為海水海砂拌制混凝土提供技術(shù)參考資料。

1 試驗(yàn)方案

1)原材料。水泥采用42.5R級(jí)普通硅酸鹽水泥。河砂的細(xì)度模數(shù)為2.2，海砂的細(xì)度模數(shù)為2.1，碎石粒徑為5 mm～20 mm。粉煤灰的比表面積為4 578 cm2/g，表觀密度為2.87 g/cm3。礦渣的比表面積為8 066 cm2/g，表觀密度為2.92 g/cm3。減水劑采用萘系高效減水劑，摻量為0.5%，減水率為22%～25%。拌合水采用淡水(自來(lái)水)和海水。

2)配合比。考慮目前大部分土木工程所用的混凝土流動(dòng)性比較大，結(jié)合目前預(yù)拌混凝土實(shí)際使用配合比，采用的膠砂和混凝土配合比如表1，表2所示。

表1 膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)配合比

3)試驗(yàn)方法。通過(guò)不同原材料、不同配合比、不同養(yǎng)護(hù)環(huán)境條件下膠砂試件和混凝土試件強(qiáng)度變化來(lái)評(píng)定海水海砂對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響，養(yǎng)護(hù)方式選擇標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)、淡水干濕交替養(yǎng)護(hù)、海水浸泡以及海水干濕交替養(yǎng)護(hù)共四種。其中，干濕交替養(yǎng)護(hù)為標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d后，浸泡6 h，自然滴干1 h，60℃烘干16 h，冷卻1 h。

表2 混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)配合比

2 結(jié)果與討論

對(duì)原材料配比、不同養(yǎng)護(hù)條件和不同齡期下的膠砂試件進(jìn)行了強(qiáng)度試驗(yàn)，抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果表明，采用海水海砂配制的試件在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，其早期強(qiáng)度比采用淡水中砂配制的試件高，同時(shí)采用海水中砂配制的試件強(qiáng)度也較高。這主要是由于海水中含鹽量較大，而這一部分鹽類(lèi)摻入到試件中起到早強(qiáng)劑的作用，因此試件的早期強(qiáng)度與帶入到試件內(nèi)部的鹽類(lèi)含量有很大關(guān)系，帶入的鹽多，早期強(qiáng)度高，帶入的鹽少，早期強(qiáng)度低。

強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果還表明，采用海水海砂配制的試件在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件和淡水干濕交替養(yǎng)護(hù)下，后期強(qiáng)度均出現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)。而采用淡水中砂配制的試件在海水浸泡和海水干濕交替養(yǎng)護(hù)下后期強(qiáng)度也都出現(xiàn)較為明顯的下降趨勢(shì)，其中在海水干濕交替養(yǎng)護(hù)下，采用淡水中砂配制的試件90 d的強(qiáng)度不到海水海砂配制的試件的70%，這主要是因?yàn)樵诤Ｋ饔孟?，海水中鹽類(lèi)離子向試件內(nèi)遷移，在毛細(xì)孔內(nèi)產(chǎn)生較大的結(jié)晶壓，導(dǎo)致試件強(qiáng)度的下降。而采用海水海砂配制的試件在海水情況下，由于環(huán)境內(nèi)外濃度差較小，遷移速度較小，毛細(xì)孔壓力較小，強(qiáng)度基本沒(méi)有下降。但在淡水情況下，采用海水海砂配制的試件內(nèi)的鹽類(lèi)離子向外遷移，在干濕交替的作用下，鹽類(lèi)離子不斷結(jié)晶和溶解，在毛細(xì)孔內(nèi)產(chǎn)生較大的結(jié)晶壓，導(dǎo)致試件強(qiáng)度下降。

海水海砂拌制混凝土與淡水中砂拌制混凝土在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下各齡期的抗壓強(qiáng)度對(duì)比結(jié)果表明，采用海水海砂拌制混凝土在180 d以?xún)?nèi)各齡期的強(qiáng)度均高于采用淡水拌制的混凝土各齡期強(qiáng)度，但后期強(qiáng)度增長(zhǎng)趨勢(shì)減緩，甚至不再增長(zhǎng)。而海砂與中砂對(duì)混凝土的強(qiáng)度的影響較小，采用海砂與中砂拌制的混凝土的各齡期強(qiáng)度基本相同。這與海水中所含的鹽類(lèi)離子較多，而海砂中所含的鹽類(lèi)離子較少有關(guān)。

摻和了粉煤灰、礦渣等摻合料的混凝土在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下各齡期的抗壓強(qiáng)度對(duì)比結(jié)果表明，摻加摻合料的海水海砂混凝土的早期強(qiáng)度比不摻摻合料的海水海砂拌制的混凝土的強(qiáng)度偏低，這主要是由于摻加摻合料后，水泥用量減小，摻合料二次反應(yīng)較晚。但摻加摻合料后的海水海砂混凝土的后期強(qiáng)度下降趨勢(shì)明顯延緩，甚至略有增長(zhǎng)，其中摻加礦渣的海水海砂混凝土后期強(qiáng)度增長(zhǎng)趨勢(shì)最為明顯，而摻加粉煤灰的海水海砂混凝土后期強(qiáng)度增長(zhǎng)量是最大的。

3 結(jié)語(yǔ)

采用海水海砂配制混凝土在海島混凝土工程中是可行的，其早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度均比采用淡水中砂配制的混凝土高。通過(guò)干濕交替加速養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度試驗(yàn)，采用海水海砂配制的混凝土沒(méi)有出現(xiàn)明顯的強(qiáng)度下降。摻加摻合料后的海水海砂混凝土的后期強(qiáng)度下降趨勢(shì)明顯延緩，其中摻加礦渣的海水海砂混凝土后期強(qiáng)度增長(zhǎng)趨勢(shì)最為明顯，而摻加粉煤灰的海水海砂混凝土后期強(qiáng)度增長(zhǎng)量是最大的。

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