海砂混凝土軸壓力學(xué)特性試驗(yàn)研究

張悅，常師苑，田曉寧，孫磊

（宿州學(xué)院資源與土木工程學(xué)院，安徽 宿州 234000）

1 引言

我國(guó)每年大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施等工程建設(shè)需要消耗大量的建筑用砂，同時(shí)國(guó)家對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)愈發(fā)重視，嚴(yán)厲打擊非法采砂等違法行為，這導(dǎo)致我國(guó)許多地方尤其是沿海城市出現(xiàn)了河砂（江砂）短缺和濫用海砂的現(xiàn)象。海砂作為建筑用砂一方面可以有效地緩解河砂短缺的局面，同時(shí)避免過(guò)度采砂導(dǎo)致的生態(tài)破壞問(wèn)題；另一方面由于海砂攜帶有大量的鹽分會(huì)，對(duì)鋼筋混凝土的力學(xué)性能及耐久性產(chǎn)生不利影響，如鋼筋腐蝕、混凝土膨脹開(kāi)裂等?？茖W(xué)合理地開(kāi)發(fā)和利用海砂資源，緩解河（江）砂資源壓力，避免濫用海砂導(dǎo)致的“海砂屋”等工程事故，逐漸成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。目前學(xué)界和工程界關(guān)于天然河（江）砂混凝土力學(xué)性能以及耐久性等方面的研究已取得了較為豐碩的研究成果，并用于指導(dǎo)工程實(shí)踐。然而關(guān)于海砂對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響規(guī)律尚未取得較為一致的結(jié)論，也在一定程度上限制了海砂混凝土進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)利用?；诖?，本文在借鑒前人研究的基礎(chǔ)上，通過(guò)人工模擬海砂的方法，進(jìn)一步開(kāi)展了一系列的海砂混凝土與普通河沙混凝土抗壓強(qiáng)度的對(duì)比試驗(yàn)研究，綜合考慮水灰比以及養(yǎng)護(hù)齡期等試驗(yàn)參數(shù)的影響，旨在為促進(jìn)海砂資源的開(kāi)發(fā)利用、新建海砂混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及已建海砂混凝土結(jié)構(gòu)的維護(hù)加固提供一定的參考。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

海砂的含鹽量與所處海域、海水濃度以及本身級(jí)配等因素有關(guān)且存在較大差異，因此，參照劉軍和刑鋒等提出的利用河砂模擬海砂的試驗(yàn)方法，配制人工模擬海砂用于制備混凝土。通過(guò)反復(fù)試配最終控制模擬海砂的氯離子含量為0.07%。天然河砂取自淮河，粗骨料統(tǒng)一采用粒徑為5mm～20 mm級(jí)配連續(xù)的碎石，試驗(yàn)拌合水統(tǒng)一采用普通自來(lái)水。本試驗(yàn)結(jié)合海砂混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范及普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程，并參考文獻(xiàn)[9]進(jìn)行試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)，選取水灰比（W/C）分別為0.4、0.45及0.5，養(yǎng)護(hù)齡期分別為7d、28d以及90d。本試驗(yàn)采用直徑150mm，高度300mm的圓柱體試樣，參照ASTM標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法，利用NYL3000B型壓力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試，抗壓強(qiáng)度取三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)試件測(cè)試結(jié)果的平均值。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 不同養(yǎng)護(hù)齡期下混凝土的抗壓強(qiáng)度

圖1給出了水灰比（W/C）分別為0.4、0.45以及0.5時(shí)，海砂混凝土以其對(duì)應(yīng)的普通混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著養(yǎng)護(hù)齡期增加的變化曲線。通過(guò)圖中的變化曲線可以看出，不管是海砂混凝土還是普通混凝土，其在不同水灰比下的抗壓強(qiáng)度均隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增加而提高，但其增長(zhǎng)速率逐漸降低。養(yǎng)護(hù)齡期從7d至28d的強(qiáng)度增幅明顯大于齡期從28d至60d的強(qiáng)度增幅，說(shuō)明當(dāng)養(yǎng)護(hù)齡期超過(guò)一定的天數(shù)后，混凝土的抗壓強(qiáng)度將逐漸趨于恒定。此外，從圖1還可以看出，在給定的水灰比條件下，海砂混凝土的抗壓強(qiáng)度略高于相應(yīng)的普通混凝土。海砂混凝土在養(yǎng)護(hù)7d時(shí)的抗壓強(qiáng)度相對(duì)于普通混凝土分別提高了約5%（W/C=0.4）、8.1%（W/C=0.45）和11.2%（W/C=0.5）。海砂混凝土在養(yǎng)護(hù)28d時(shí)的抗壓強(qiáng)度相對(duì)于普通混凝土分別提高了約1%（W/C=0.4）、3.4%（W/C=0.45）和5.8%（W/C=0.5）。海砂混凝土在養(yǎng)護(hù)60d時(shí)的抗壓強(qiáng)度相對(duì)于普通混凝土分別提高了約1%（W/C=0.4）、2.8%（W/C=0.45）和5.7%（W/C=0.5）。上述對(duì)比結(jié)果說(shuō)明海砂混凝土的早期強(qiáng)度增長(zhǎng)較快，后期確定增長(zhǎng)緩慢，與天然海砂的試驗(yàn)結(jié)果一致。

圖1 不同水灰比下混凝土抗壓強(qiáng)度隨齡期的變化曲線

3.2 不同水灰比下混凝土的抗壓強(qiáng)度

為了便于分析水灰比對(duì)海砂混凝土以及普通混凝土抗壓強(qiáng)度的影響，圖2進(jìn)一步給出了養(yǎng)護(hù)齡期分別為7d、28d以及60d時(shí)，海砂混凝土以其對(duì)應(yīng)的普通混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著水灰比（W/C）增大的變化曲線?？梢?jiàn)混凝土的抗壓強(qiáng)度與水灰比的大小密切相關(guān)，在養(yǎng)護(hù)齡期相同的條件下，海砂混凝土抗壓強(qiáng)度隨水灰比的增大逐漸降低，與普通混凝土的抗壓強(qiáng)度相比除了量值稍大之外，變化規(guī)律基本一致。通過(guò)圖2并結(jié)合圖1中對(duì)不同養(yǎng)護(hù)齡期下，隨著水灰比的增加，海砂混凝土抗壓強(qiáng)度相對(duì)于普通混凝土抗壓強(qiáng)度的增幅可以看出，在保持養(yǎng)護(hù)齡期相同的條件下，水灰比越小，海砂混凝土的抗壓強(qiáng)度相對(duì)于普通混凝土的抗壓強(qiáng)度增幅越大。

圖2 不同養(yǎng)護(hù)齡期下混凝土抗壓強(qiáng)度隨水灰比的變化曲線

4 結(jié)論

綜合上述試抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果可以看出，不管是海砂混凝土還是普通混凝土，水灰比和養(yǎng)護(hù)齡期都是影響其抗壓強(qiáng)度的關(guān)鍵因素?；炷猎谳^小的水灰比和較大的養(yǎng)護(hù)齡期條件下總是呈現(xiàn)較大的抗壓強(qiáng)度。此外，海砂混凝土的抗壓強(qiáng)度普遍高于相應(yīng)的普通混凝土的抗壓強(qiáng)度，說(shuō)明海砂可以在一定程度上激發(fā)混凝土的水化反應(yīng)，進(jìn)而提高其抗壓強(qiáng)度。如果單純以抗壓強(qiáng)度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，不考慮海砂攜帶的氯離子和硫酸根離子等腐蝕性離子對(duì)混凝土內(nèi)部鋼筋的侵蝕效應(yīng)，在天然河砂資源日益枯竭的形勢(shì)下，可以采用海砂混凝土用于海岸或島礁等區(qū)域的素混凝土結(jié)構(gòu)工程的建設(shè)。