海水凈漿迷你坍落擴展度試驗及立方體抗壓強度試驗研究

賴貴才

（上海市政工程設(shè)計研究總院（集團(tuán)）有限公司深圳分公司）

0 引言

隨著全球城市化建設(shè)的迅速發(fā)展，混凝土結(jié)構(gòu)被大量地運用。作為混凝土的主要原材料，河砂和淡水每年消耗量達(dá)到數(shù)十億噸，造成世界許多地區(qū)面臨著河砂及淡水資源短缺、河流決堤、河床失穩(wěn)等與人民大眾息息相關(guān)的問題。人們逐漸把目光轉(zhuǎn)向廣袤的海洋資源，開始利用豐富的海水資源和海砂資源來制作水泥基材料。因為利用海水和海砂來制備水泥基材料不僅可以帶來顯著的經(jīng)濟效益和環(huán)保價值，而且還能解決建設(shè)遠(yuǎn)洋島嶼過程中材料運輸困難等問題，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)對于海水、海砂在水泥基材料當(dāng)中的應(yīng)用進(jìn)行了較為廣泛的研究。但大部分學(xué)者是運用自制的海水、淡化后的海砂進(jìn)行試驗研究。而針對運用原態(tài)的海水、海砂進(jìn)行制備水泥基產(chǎn)品的研究仍十分匱乏。本文分別制備淡水與海水的凈漿，并對兩種凈漿進(jìn)行迷你坍落擴展度試驗及立方體抗壓強度試驗研究，分析海水對硅酸鹽水泥漿體立方體抗壓強度的影響。

1 試驗原材料

為了能夠真實反映原態(tài)海水對普通硅酸鹽水泥的影響。本章試驗原材料為：

⑴水泥：42.5R 普通硅酸鹽水泥（OPC），表觀密度為3080kg/m3。

⑵淡水：采用廣州自來水，在26℃下測得淡水密度為995.98kg/m3。

⑶海水：取自深圳大梅沙的原態(tài)海水，密度在26℃下測得，密度為1012.48kg/m3。除此以外還委托中國科學(xué)院廣州化學(xué)研究所分析測試中心通過ICP-MS 測試儀器對試驗所用淡水以及海水的化學(xué)成分進(jìn)行測定，如表1 所示，并與規(guī)范[1]中的人造海水的化學(xué)成分作對比，可以發(fā)現(xiàn)，原態(tài)海水主要離子含量與規(guī)范當(dāng)中的人造海水相近，說明原態(tài)海水具備較好的代表性。

表1 淡水海水化學(xué)成分

2 配合比設(shè)計

在本試驗當(dāng)中，為方便與文章[2]做對比，并且更好地了解原態(tài)海水對于硅酸鹽水泥的影響，減少水灰比對試件抗壓強度等試驗結(jié)果所帶來的影響。在其試驗基礎(chǔ)上，本試驗所設(shè)計水灰比（質(zhì)量比）統(tǒng)一為0.48，具體配合比如表2 所示。

表2 凈漿體配合比

3 凈漿拌制步驟及試件制作

本試驗中凈漿的拌制參考規(guī)范ASTM C305-14《Standard Practice for Mechanical Mixing ofPastes and Mortars of Plastic Consistency》[3]，用15L 小型攪拌機進(jìn)行攪拌，然后裝模，詳細(xì)制作步驟如下：

⑴將攪拌葉片和攪拌鍋擦拭干凈并晾干；

⑵然后將所需用水全部倒入攪拌機中；

⑶把所需水泥全部倒入攪拌機中，倒入后等待30s，讓水泥把水充分吸收；

⑷啟動攪拌機，攪拌60s；

⑸停止攪拌15s，同時將鍋壁和攪拌葉上的水泥漿體刮入鍋中；

⑹啟動攪拌機，攪拌120s；

⑺然后將凈漿裝入模具中，用振搗臺進(jìn)行振實，在振搗期間，用泥刀把試件表面氣泡刮去，并且抹平；

⑻制模完成后，用塑料薄膜將其表面蓋住，起到保持濕度的作用，放置24h 后脫模，最后放進(jìn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)，每天灑水養(yǎng)護(hù)。

4 試驗方法

4.1 迷你坍落度擴展度試驗

迷你坍落擴展度試驗是由Okamura 和Ouchi[4]提出。該試驗所需用到的儀器有：迷你坍落擴展度筒、兩根鐵板、光滑平整不吸水的平板、兩把直角鋼尺、一把直尺、抹刀以及抹布，試驗儀器以及迷你坍落度筒尺寸如圖1 所示。

圖1 迷你坍落度擴展度測試筒

漿體的坍落度通過測量漿體坍落后下降高度獲得。擴展度是通過測量坍落漿體的最大擴展直徑和與之垂直的直徑獲得，測量結(jié)束后，需要對這兩者取平均值，再將此平均值與筒底部直徑作差得到擴展度。坍落后的漿體拌合物形狀越接近圓形，說明漿體越接近均質(zhì)。所以，通過該試驗?zāi)苤庇^地判斷漿體拌合物的流動性。

具體試驗步驟如下：

⑴用兩根鐵板把迷你坍落擴展度筒固定在不吸水的光滑、平整平面上（本試驗采用瓷磚平面）。

⑵緩慢地將新拌漿體倒入坍落擴展度筒中，直至筒被填滿，用抹刀把筒頂面多余漿體抹去，然后把頂面漿體抹平。另外，還需用抹布將坍落擴展度筒周圍掉落的漿體擦掉。

⑶緩慢地把筒提起，提起的過程中需保持豎直方向不變，待筒完全提起后，漿體會發(fā)生坍落并向四周流動擴展，直到漿體完全停止流動后再進(jìn)行下一個步驟。

⑷首先用直尺測量漿體的下降高度，精確至0.1mm。然后將兩把直角鋼尺沿漿體擺放好，兩者需相互垂直。當(dāng)坍落漿體呈圓餅狀，測量漿體兩個方向的直徑，精確至1mm，對這兩個直徑數(shù)據(jù)取平均值即為擴展度。若為不規(guī)則圓形，則需再取對角線方向測量兩次，取其平均值。

4.2 立方體抗壓強度試驗

本章節(jié)中凈漿立方體抗壓強度試驗參考ASTM C109-16《Compressive Strength of Hydraulic Cement Mortars》[5]當(dāng)中的規(guī)定，以及為了方便本次試驗以及后續(xù)試驗的開展，凈漿立方體抗壓試件尺寸采用40mm×40mm×40mm。分為海水凈漿和淡水凈漿兩組，每組分為7 天、28 天、90 天三個齡期，每個齡期有3 個試件用于凈漿立方體抗壓試驗。養(yǎng)護(hù)到試驗齡期前一天時，將試件從養(yǎng)護(hù)室取出，將表面的水分擦干，然后進(jìn)行自然風(fēng)干，使試件充分干燥。加載速度控制在0.9kN/s，凈漿抗壓強度試驗機器采用YAW-300C 型號抗折抗壓試驗機進(jìn)行加載測試。

5 試驗結(jié)果及分析

5.1 迷你坍落擴展度結(jié)果

兩組凈漿的迷你坍落度和擴展度均測試兩次，并且取兩次測試結(jié)果的平均值作為最終結(jié)果，坍落度結(jié)果如表3 所示，其坍落擴展度結(jié)果如表4 所示。其實際坍落擴展情況如圖2 所示。通過結(jié)果可以看出，海水凈漿的坍落度與擴展度相較于淡水凈漿均偏低，所以海水凈漿的流動性比淡水凈漿的流動性要差一些，但兩者的坍落擴展形狀均接近圓餅狀，偏均質(zhì)。

表3 新拌凈漿體坍落度

表4 新拌凈漿體坍落擴展度

圖2 凈漿擴展形狀圖

5.2 立方體抗壓強度結(jié)果

凈漿立方體抗壓強度試驗結(jié)果如表5 和圖3 所示，從結(jié)果可以得知，在7 天、28 天、180 天這三個齡期中，每一組凈漿強度的數(shù)值波動均較小。在這三個齡期當(dāng)中，海水凈漿的立方體抗壓強度均明顯高于淡水凈漿。7天齡期中海水凈漿強度較淡水凈漿強度高18.20%（與淡水凈漿強度的百分比值），28 天齡期中海水凈漿強度較淡水凈漿強度高15.80%，在180 天齡期中海水凈漿強度較凈漿強度高10.59%。從中可以看出，海水凈漿強度較淡水凈漿強度所高出的比率隨著齡期的增長而逐漸減少。所以，在早期，海水對于硅酸鹽水泥凈漿的早期強度發(fā)展影響比較明顯，但是這種影響隨著齡期的推移會逐漸減少。

表5 凈漿立方體抗壓強度

圖3 凈漿體強度對比圖

6 結(jié)論

⑴利用海水進(jìn)行硅酸鹽水泥凈漿的制備，發(fā)現(xiàn)海水凈漿的流動性比淡水凈漿流動性要低，其中原因是首先從表1 可以看出，海水的化學(xué)成分相較于淡水的化學(xué)成分而言，其Cl-、Na+、SO42-+SO32-、Mg2+這幾種離子含量明顯高于淡水，那么海水當(dāng)中富含的SO42-+SO32-會與水泥當(dāng)中的Ca 產(chǎn)生快速反應(yīng)，生成鈣礬石而造成漿體變稠而導(dǎo)致的。

⑵海水凈漿的立方體強度在三個齡期中都大于淡水凈漿，但是強度的差距隨著齡期的增長而縮小，7 天、28 天、180 天齡期中強度的差距分別為18.20%、15.80%、10.59%，呈現(xiàn)出逐漸遞減的趨勢。