利用海砂配制混凝土的試驗(yàn)研究

謝春磊,張 媛,胡曉翔

(內(nèi)蒙古自治區(qū)交通建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督局,呼和浩特 010000)

利用海砂配制混凝土的試驗(yàn)研究

謝春磊,張 媛,胡曉翔

(內(nèi)蒙古自治區(qū)交通建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督局,呼和浩特 010000)

利用海砂及淡化海砂配制混凝土并與河砂混凝土進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)在相同配合比條件下,淡化海砂混凝土與河砂混凝土的工作、力學(xué)、耐久性能較為接近,而使用海砂配制的混凝土的各項(xiàng)性能均較差。實(shí)驗(yàn)表明淡化處理的海砂配制混凝土性能與河砂較為接近,可以應(yīng)用于建筑工程中,而直接使用海砂配制的混凝土工作、力學(xué)、耐久性能均較差,為保證工程質(zhì)量,應(yīng)嚴(yán)禁將海砂直接應(yīng)用于工程建設(shè)。

海砂; 淡化海砂; 混凝土

近年來(lái),我國(guó)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展迅速,作為主要建筑材料的混凝土消耗量巨大。河砂是建筑用砂的主要來(lái)源,但僅僅使用河砂已不能夠滿足工程建設(shè)需求,而且為保護(hù)環(huán)境部分地方政府出臺(tái)了一系列的限制河砂開(kāi)采政策,這進(jìn)一步加劇了建筑用砂的供需矛盾,部分工程面臨無(wú)砂可用的局面[1-3]。

我國(guó)海岸線較長(zhǎng)具有豐富的海砂資源,海砂分布集中,適合進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn),如果能夠?qū)⒑Ｉ盎蚪?jīng)過(guò)處理后的海砂應(yīng)用于工程建設(shè)中,將極大緩解建筑用砂緊缺的困局[4,5]。開(kāi)發(fā)海砂資源面臨的主要問(wèn)題是海砂中含有大量氯鹽等化學(xué)物質(zhì)[6,7],如果使用未經(jīng)淡化處理的海砂,由海砂帶入的侵蝕性物質(zhì)可能降低混凝土的耐久性能,加速鋼筋的銹蝕,導(dǎo)致混凝土剝落、破壞,混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命降低[8,9]。該文使用河砂、海砂及經(jīng)過(guò)淡化處理的海砂制備了不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土并研究混凝土的各項(xiàng)性能,為將海砂資源應(yīng)用于建筑工程中提供依據(jù)。

1 試 驗(yàn)

1.1 原材料

膠凝材料:P O 42.5水泥、Ⅱ級(jí)粉煤灰,兩種膠凝材料的化學(xué)成分見(jiàn)表1。

骨料:碎石使用5～20 mm連續(xù)級(jí)配碎石;試驗(yàn)使用到的三種砂分別是河砂、海砂、使用淡水進(jìn)行淡化處理后的海砂,三種砂的性能指標(biāo)如表2所示。從表2中可以看出試驗(yàn)用的三種砂性能上存在著差別:海砂的細(xì)度模數(shù)較大,屬于粗砂,河砂屬于中砂;淡化處理后海砂中的貝殼物及氯離子含量顯著下降;海砂及淡化海砂的硫酸鹽含量高于河砂;海砂及淡化海砂的棱角比河砂略大;海砂及淡化海砂的堅(jiān)固性比河砂差,兩種砂的壓碎值指標(biāo)也比河砂高。

表1 膠凝材料化學(xué)成分w/%

表2 砂的基本性能

其他原材料:純凈水;聚羧酸減水劑,液體,減水率為24.3%。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

針對(duì)工程需求,使用海砂及淡化海砂對(duì)混凝土配制不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土并與河砂混凝土進(jìn)行對(duì)比,研究海砂及淡化海砂對(duì)混凝土的工作性能、力學(xué)性能及耐久性能的影響?；炷僚浜媳热绫?所示。所有試驗(yàn)均按照國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

表3 混凝土配合比

2 結(jié)果與分析

2.1 混凝土的工作性能

不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土工作性能如表4所示。從表4中可以看出,在相同配合比的條件下,各強(qiáng)度等級(jí)的淡化海砂混凝土與河砂混凝土工作性能較為相近,而使用海砂配制的混凝土其工作性能比河砂混凝土有較大幅度的下降。出現(xiàn)這種情況的主要原因有:海砂中的貝殼物含量較高對(duì)混凝土的工作性能影響較大,大量貝殼物的存在降低了混凝土的工作性能,而淡化海砂經(jīng)過(guò)處理后貝殼物含量較少,使用淡化海砂配制的混凝土工作性能比海砂混凝土有較大的提高;海砂的細(xì)度模數(shù)較高屬于粗砂,顆粒級(jí)配較差,配制的混凝土工作性能也有所下降,而淡化海砂經(jīng)過(guò)處理后級(jí)配有一定的改善,有利于提高所配制混凝土的工作性能;海砂及淡化海砂的棱角性均比河砂要高,這在一定程度上也影響了混凝土的工作性能。

表4 混凝土工作性能

2.2 混凝土的力學(xué)性能

從圖1中可以看出,河砂混凝土、淡化海砂混凝土及及海砂混凝土的強(qiáng)度隨時(shí)間變化的規(guī)律:每組混凝土的強(qiáng)度均隨著齡期的增加而增長(zhǎng);各強(qiáng)度等級(jí)的河砂及淡化海砂混凝土強(qiáng)度均較為接近,在低強(qiáng)度等級(jí)的混凝土中,淡化海砂混凝土強(qiáng)度略高,中高強(qiáng)度等級(jí)的混凝土中河砂混凝土的強(qiáng)度略高;在低強(qiáng)度等級(jí)的條件下,海砂混凝土的強(qiáng)度與河砂及淡化海砂混凝土強(qiáng)度較為接近,但在中高強(qiáng)度等級(jí)的混凝土中,使用海砂配制的混凝土強(qiáng)度較低與河砂及淡化海砂混凝土強(qiáng)度相差較大。出現(xiàn)這些規(guī)律的原因可能有:對(duì)比河砂,淡化海砂的顆粒粒級(jí)較粗且顆粒的棱角性較大,配制低強(qiáng)度等級(jí)的混凝土能夠一定程度上提高混凝土的強(qiáng)度;海砂中含有的貝殼物的含量較高,使用海砂配制混凝土后,這些貝殼物成為混凝土中的薄弱區(qū)域,當(dāng)受到外力后混凝土將首先從這些薄弱區(qū)域開(kāi)始破壞,這些貝殼物限制著混凝土的最終強(qiáng)度;海砂的顆粒級(jí)配較差,相同配合比條件下,所配制的混凝土的密實(shí)程度比河砂混凝土低,對(duì)混凝土的最終強(qiáng)度也有較大的影響。

2.3 混凝土的耐久性能

對(duì)于海砂及淡化海砂在工程中的應(yīng)用,工程技術(shù)人員對(duì)氯離子對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的銹蝕破壞極為擔(dān)心。混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)與混凝土中易導(dǎo)致鋼筋銹蝕的游離氯離子含量及混凝土密實(shí)程度等因素密切相關(guān),氯離子擴(kuò)散系數(shù)越小,混凝土的抗氯離子滲透性能越強(qiáng),耐久性越好。圖2是使用RCM法測(cè)試的各組混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)。從圖2中可以看出隨著混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的提高,各種混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)均呈下降趨勢(shì);淡化海砂混凝土的抗氯離子滲透性能與河砂混凝土基本相同,而海砂混凝土的抗氯離子滲透性能較差。這是因?yàn)槲唇?jīng)過(guò)處理的海砂中含有較多的氯離子,而且使用海砂配制的混凝土的密實(shí)性較差,這些都嚴(yán)重影響了混凝土的抗氯離子滲透性能,降低了混凝土的耐久性。

3 結(jié) 論

a.在相同配合比條件下,淡化海砂混凝土與河砂混凝土的工作性能較為接近,使用海砂配制的混凝土工作性能較差。

b.在相同配合比條件下,淡化海砂混凝土的力學(xué)性能與河砂混凝土的力學(xué)性能相似,使用海砂配制的混凝土力學(xué)性能較低。

c.在相同配合比條件下,淡化海砂混凝土的抗氯離子滲透性能與河砂混凝土的氯離子滲透性能相似,使用海砂配制的混凝土抗氯離子滲透性能較差,耐久性較低。

試驗(yàn)證明,使用經(jīng)過(guò)淡化處理的海砂配制混凝土其性能與河砂混凝土較為接近,可以應(yīng)用于建筑工程中,而直接使用海砂配制的混凝土工作、力學(xué)、耐久性能均較差,為保證工程質(zhì)量,應(yīng)嚴(yán)禁將海砂直接應(yīng)用于建筑工程。

[1] 方 銳,陳衛(wèi)兵.重慶地區(qū)機(jī)制砂的性能研究及工程應(yīng)用[J].交通科技與經(jīng)濟(jì),2011,63(1):27-29.

[2] 長(zhǎng)江水利委員會(huì).長(zhǎng)江中下游干流河道采砂規(guī)劃綜述[J].人民長(zhǎng)江,2003,34(6):1-4.

[3] 王圣潔,劉錫清,戴勤奮,等.中國(guó)海砂資源分布特征及找礦方向[J].海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì),2003,23(3):83-89.

[4] 劉 偉,謝友均.海砂特性及海山混凝土力學(xué)性能的研究[J].硅酸鹽通報(bào),2014.1(33):15-22.

[5] 冷發(fā)光,丁 威,周永祥,等.海砂混凝土應(yīng)用技術(shù)的若干要點(diǎn)[J].施工技術(shù),2011,40(4):97-100.

[6] 寧 博,歐陽(yáng)東.重利用海砂制備高性能混凝土試驗(yàn)研究[J].混凝土,2012,1(267):88-93.

[7] 宋少民,李 飛.海砂混凝土耐久性能研究[J].混凝土與水泥制品,2012,2(2):11-14.

[8] 田美靈,唐志波.海砂混凝土耐久性研究現(xiàn)狀綜述[J].混凝土,2010,11:117-118.

[9] 李學(xué)文.建筑用淡化海砂的生產(chǎn)和應(yīng)用[J].廣東建材,2009(1):17-18.

Experimental Research of Using Sea Sand to Compound Concrete

XIE Chun-lei,ZHANG Yuan,HU Xiao-xiang
(Inner Mongolia Communications Construction Engineering Quality Supervision Bureau,Hohhot 010000,China)

Using sea sand and desalted sea sand concrete and comparing to river sand concrete,in the same conditions,we found that work,mechanics,durable performance of desalted sea sand concrete approached to river sand concrete,but the various properties of using sea sand concrete were poor.The experimental results obtained reveal that the performance of desalted sea sand concrete is similar to river sand concrete,so desalted sea sand could be applied to construction engineering.But sea sand contributed to poorer workability,mechanical property and durability in the concrete system.For the sake of assuring the quality of the project,it's strictly forbidden to directly apply sea sand concrete to engineering construction.

sea sand; desalted sea sand;concrete

10.3963/j.issn.1674-6066.2015.05.005

2015-08-10.

謝春磊(1988-),工程師,碩士.E-mail:20041510.xie@163.com