珊瑚廢棄物對水泥砂漿強(qiáng)度和體積穩(wěn)定性的影響

倪雅倩, 何智海, 石錦炎, 賀一烽, 劉寶舉,5

( 1.紹興文理學(xué)院 土木工程學(xué)院，紹興 312000；2.浙江省巖石力學(xué)與地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，紹興 312000；3.紹興文理學(xué)院歷史文化名城傳承發(fā)展研究中心，紹興 312000；4.中南大學(xué) 土木工程學(xué)院，長沙 410075；5.高速鐵路建造技術(shù)國家工程研究中心，長沙 410075 )

近年來，隨著我國對遠(yuǎn)海的開發(fā)和建設(shè)的重視程度加強(qiáng)，多項(xiàng)海上基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目正在開發(fā)中。在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，混凝土扮演著不可或缺的角色。然而，水泥和骨料等混凝土的傳統(tǒng)原材料在遠(yuǎn)海地區(qū)屬于稀缺資源。從內(nèi)陸地區(qū)向遠(yuǎn)海地區(qū)運(yùn)輸混凝土原材料將消耗大量的勞動力、財(cái)力和物力。據(jù)報(bào)道，每公里運(yùn)輸一噸原材料，將產(chǎn)生0.0089 kg 的碳排放和消耗0.13 MJ 的不可再生能源[1]。因此，因地制宜地利用海洋資源制備海工混凝土是促進(jìn)遠(yuǎn)?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)的關(guān)鍵策略和可持續(xù)途徑之一[2]。我國海域珊瑚礁石資源豐富，在沖刷作用下海島周圍堆積了大量珊瑚礁石。珊瑚礁石主要由死珊瑚礁和其他海洋生物廢棄物組成[3]，其主要礦物成分為文石、鎂質(zhì)方解石和白云石。珊瑚礁石中的CaCO3含量高達(dá)90wt%[4]。由此可見，其類巖石的組成成分使其具備在水泥基材料中應(yīng)用的潛力。

在以往的研究中，研究人員大多將珊瑚廢棄物回收破碎成珊瑚骨料，并替代部分天然骨料制備混凝土[5]。Da 等[6]采用0.25 的水膠比制備出強(qiáng)度等級為C55 的珊瑚骨料混凝土。糜人杰等[7]系統(tǒng)研究了全珊瑚骨料混凝土的基本力學(xué)性能，并發(fā)現(xiàn)其滿足混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)規(guī)范(GB/T 50010—2010)[8]中對普通混凝土的力學(xué)性能的要求。Wang 等[9]采用珊瑚砂(CS)制備超高性能混凝土，并發(fā)現(xiàn)摻入10wt%～20wt%CS 的混凝土抗壓強(qiáng)度均高于基準(zhǔn)組試件。但隨著CS 的含量進(jìn)一步增加至30wt%時，試件的抗壓強(qiáng)度隨之降低并且低于基準(zhǔn)組。韋灼彬等[10]通過正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)隨著珊瑚骨料摻量的增加，珊瑚骨料混凝土的強(qiáng)度先增加后降低。這主要是由于珊瑚骨料自身相對于天然骨料較薄弱，當(dāng)用量較高時不利于混凝土的性能發(fā)展。在長期的沖刷作用下，珊瑚礁廢棄物具有疏松、易破碎、高孔隙率和表面粗糙的特點(diǎn)[11]。Liu 等[12]研究表明，經(jīng)破碎處理的CS 與天然河砂相比具有更高的棱角度。同時，CS 具有較強(qiáng)的吸水性，珊瑚粗骨料1 h 的吸水率是陶粒粗骨料的1.16 倍[13]。此外，珊瑚骨料存在大量貫通孔隙，其孔隙率高達(dá)50%[14]，這使珊瑚骨料混凝土具有更高的需水量，這進(jìn)一步影響了混凝土力學(xué)性能的發(fā)展。Wattanachai 等[15]對珊瑚骨料混凝土的氯離子擴(kuò)散與鋼筋銹蝕行為進(jìn)行了研究，并發(fā)現(xiàn)珊瑚骨料混凝土內(nèi)鋼筋腐蝕程度和氯離子擴(kuò)散速率均顯著高于普通混凝土。Kakooei 等[16-17]的研究也得出了類似的結(jié)論。在相同水灰比的條件下，鋼筋在珊瑚骨料混凝土中的銹蝕速率是普通混凝土的2 倍以上。因此，對于海工混凝土而言，必須控制珊瑚骨料的用量，以保證混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。

適量使用補(bǔ)充膠凝材料(SCM)是改善混凝土的力學(xué)性能和耐久性的有效措施之一。Cheng 等[18]研究發(fā)現(xiàn)在珊瑚骨料混凝土中加入15wt%的高爐礦渣和5wt%的偏高嶺土后，其氯離子擴(kuò)散系數(shù)分別降低約50%和64%。賈慧娜等[19]將膨潤土與石灰石粉(LP)復(fù)摻加入珊瑚骨料混凝土中，并發(fā)現(xiàn)當(dāng)兩者含量均為15wt%時，珊瑚骨料混凝土的抗氯離子滲透性和抗硫酸鹽侵蝕能力得到增強(qiáng)，其中抗氯離子滲透系數(shù)與硫酸鹽侵蝕下質(zhì)量損失率較基準(zhǔn)組分別降低33.7%和35.7%。由此可見，在珊瑚骨料混凝土中加入適當(dāng)含量的SCM 能夠有效改善其性能。珊瑚粉(CP)為制備珊瑚骨料時所產(chǎn)生的廢料，其可作為潛在的SCM 的替代品。一些研究人員認(rèn)為，CP 的化學(xué)成分與LP 相似，并且小摻量的LP 對水泥基材料的強(qiáng)度具有一定的積極作用[20]。由此可見，CP 具有在水泥基材料中應(yīng)用的潛在性能。

現(xiàn)有的研究表明，單獨(dú)使用CS 或CP 均能在一定程度上改善水泥基材料的力學(xué)性能和耐久性。然而，隨著CS 或CP 摻量的進(jìn)一步增加，水泥基材料的力學(xué)性能與耐久性降低?；诖耍瑸榱藢?shí)現(xiàn)珊瑚廢棄物的高值化利用并解決我國遠(yuǎn)海開發(fā)中混凝土原材料不足的問題，本文提出協(xié)同應(yīng)用CS 與CP 的思路。在CS 替代標(biāo)準(zhǔn)砂的基礎(chǔ)上，摻入少量CP 以制備高體積珊瑚廢棄物基砂漿，并克服大取代率珊瑚廢棄物對砂漿性能造成的不利影響。

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 原材料

采用水泥(Cement，C)與CP 作為膠凝材料，ISO 標(biāo)準(zhǔn)砂與CS 作為細(xì)骨料。CS 為我國南海收集的珊瑚廢物經(jīng)清洗、破碎和篩分所得，并且進(jìn)一步研磨和篩分得到CP。使用Mastersizer-3000型激光顆粒分析儀測試水泥和CP 的粒徑分布，其結(jié)果如圖1所示，水泥和CP 的中值粒徑分別為17.8 μm 和8.1 μm。使用荷蘭帕納科公司生產(chǎn)的Empyrean 型X 射線衍射儀對CP 進(jìn)行表征，并發(fā)現(xiàn)CP 的主要礦物成分為文石與富鎂方解石，這與表1 中的化學(xué)成分測試結(jié)果一致(圖2)。CP有較高的燒失量，這是由于CP 中90wt%以上均為CaCO3，其易受熱分解。由于CS 屬于多孔輕質(zhì)骨料，其與標(biāo)準(zhǔn)砂相比具有較高的吸水率。同時，試驗(yàn)所用水泥為紹興市兆山建材有限公司生產(chǎn)的蘭亭牌P·O 42.5 水泥，減水劑(SP)為減水效果為25%的PCA-I 型聚羧酸高性能減水劑。珊瑚廢棄物基砂漿的制備流程如圖3所示。

圖1 水泥和珊瑚粉(CP)的粒徑分布曲線Fig.1 Particle size distribution of cement and coral powder(CP)

圖2 CP 的XRD 圖譜Fig.2 XRD pattern of CP

圖3 珊瑚廢棄物基砂漿的制備流程Fig.3 Preparation process of coral waste-based mortar

表1 原材料的化學(xué)組成Table 1 Chemical composition of raw materials

1.2 試驗(yàn)準(zhǔn)備

為實(shí)現(xiàn)珊瑚廢棄物在砂漿中的綜合利用，使用CS 取代部分標(biāo)準(zhǔn)砂(0wt%、10wt%、20wt%、30wt%和40wt%)，并且CP 取代部分水泥(10wt%)制備砂漿。以往研究表明，隨著CP 取代量的增加，水泥凈漿的力學(xué)性能下降。10wt%CP 取代量下，珊瑚粉基水泥凈漿的表現(xiàn)出較好的力學(xué)性能[21-22]。因此，本文中設(shè)置CP 的取代量為10wt%。珊瑚廢棄物基砂漿的配合比如表2所示。使用低水膠比以降低樣品的孔隙率。同時，通過調(diào)整減水劑用量來保證水泥砂漿的流動性在(150±10) mm范圍內(nèi)。為了防止摻加CS 影響混合物的流動性，CS 被預(yù)浸泡以達(dá)到飽和面干狀態(tài)，如圖4所示。

圖4 不同狀態(tài)下的珊瑚砂(CS)：(a) 干燥；(b) 飽和面干Fig.4 Different states of coral sand (CS): (a) Dry;(b) Saturated surface dry

表2 珊瑚廢棄物基砂漿配合比Table 2 Mix proportions of coral waste-based mortar

1.3 力學(xué)性能

力學(xué)性能采用40 mm×40 mm×160 mm 的砂漿試塊進(jìn)行測試。試件成型24 h 后，脫模移置溫度為(20±2)℃和濕度為90%±5%的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。采用無錫建儀儀器機(jī)械有限公司生產(chǎn)的STYE-300C 型壓力試驗(yàn)機(jī)測定硬化試件養(yǎng)護(hù)7 天、28 天、60 天和90 天后的抗折強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度。

1.4 體積穩(wěn)定性

依據(jù)ASTM C1698—2009[23]，將水泥砂漿澆筑在直徑Φ29 mm×430 mm 的波紋管中。采用北京儀創(chuàng)時代科技有限公司生產(chǎn)的YC-BWS 型自收縮測定儀進(jìn)行測定，一端固定在量程為3 mm 和精度為1 μm 的千分表上，并且另一端為調(diào)節(jié)螺栓。

依據(jù)GB/T 50082—2009[24]，干燥收縮試驗(yàn)采用25 mm×25 mm×280 mm 的試件進(jìn)行測試。在試件的兩端預(yù)埋測頭，并在試件硬化后，將其移至溫度為(20±2)℃和相對濕度為60%±5%的干燥收縮環(huán)境下。

1.5 孔隙結(jié)構(gòu)

孔隙結(jié)構(gòu)分析選取標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 天的樣品進(jìn)行測試。將約5 g 的樣品碎塊浸泡在異丙醇中，并在真空環(huán)境中干燥后進(jìn)行測試。樣品的孔徑分布由Micromeritics-3020 型孔隙度分析儀測定。

1.6 微觀形貌

SEM 測試選取標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 天的樣品，并將尺寸為2～5 mm 的試塊浸入到異丙醇中防止其進(jìn)一步水化。隨后，將樣品放至真空干燥器內(nèi)干燥至恒重。在試驗(yàn)前，對樣品表面進(jìn)行噴金處理，并使用JSM-6360 LV 型掃描電鏡儀觀察其微觀形貌。

2 結(jié)果與討論

2.1 珊瑚基砂漿力學(xué)性能

圖5 為不同摻量的CS 對砂漿抗壓強(qiáng)度與抗折強(qiáng)度的影響結(jié)果。摻加少量CS 提升了砂漿的力學(xué)性能。在28 天，30%CS-10%CP/M(砂漿)的抗壓強(qiáng)度與抗折強(qiáng)度較基準(zhǔn)組分別提高了29.5%和15.4%。這主要是由于CS 表面粗糙多孔，水泥的水化產(chǎn)物便于嵌入其聯(lián)通的孔隙結(jié)構(gòu)中，這使CS 與水泥漿體間緊密結(jié)合。然而，隨著CS 摻量的進(jìn)一步增加至40wt%，試樣的強(qiáng)度較摻入30wt%CS 的試件略有降低。40%CS-10%CP/M 的強(qiáng)度仍略高于基準(zhǔn)組，并且其28 天抗壓強(qiáng)度與抗折強(qiáng)度較基準(zhǔn)組分別提高了4%與9%。研究表明CS具有較高的壓碎值與孔隙率，其物理性能劣于標(biāo)準(zhǔn)砂[25]。當(dāng)摻加過多的CS 時，其骨架作用減弱，從而導(dǎo)致砂漿的強(qiáng)度降低，這與Arumugam 等[26]研究結(jié)果相一致。值得一提的是，隨著CS 摻量的增加，其抗壓強(qiáng)度增長率提高。在90 天，摻入0wt%、10wt%、20wt%、30wt%和40wt%CS 的試件抗壓強(qiáng)度與28 天相比分別提高了8.6%、10.9%、12.7%、14.4%和18.0%。這可能是由于CS的潛在反應(yīng)活性及其內(nèi)養(yǎng)護(hù)作用使砂漿的抗壓強(qiáng)度增益變大。 Wang 等[9]認(rèn)為，CS 具有良好的內(nèi)養(yǎng)護(hù)作用，并在水化過程中，CS 緩慢地釋放出水分，促進(jìn)界面過渡區(qū)(ITZ)周圍未水化的水泥顆粒的進(jìn)一步水化，并提高ITZ 的密實(shí)度，從而達(dá)到增強(qiáng)試件強(qiáng)度的作用。因此，聯(lián)合應(yīng)用適當(dāng)含量的CS 與CP 對于砂漿的力學(xué)性能是可行的。

圖5 CS 對砂漿力學(xué)性能的影響Fig.5 Effect of CS on mechanical properties of mortar

2.2 CS 對珊瑚基砂漿自收縮的影響

CS 對于水泥砂漿自收縮的影響結(jié)果如圖6所示。在水泥水化過程中，由于內(nèi)部相對濕度的降低，形成毛細(xì)彎液面，這導(dǎo)致毛細(xì)收縮應(yīng)力增加，從而導(dǎo)致水泥砂漿自收縮應(yīng)變增大[27]。隨著CS 取代率的增加，砂漿的自收縮應(yīng)變逐漸降低。這主要是由于CS 為水泥砂漿提供了內(nèi)養(yǎng)護(hù)水。內(nèi)部固化可以提供水分并減緩隨時間而加劇的收縮應(yīng)變[28]。此外，低活性的CP 取代水泥也有益于降低砂漿的自收縮應(yīng)變。由于CS 的密度小于標(biāo)準(zhǔn)砂，等質(zhì)量取代標(biāo)準(zhǔn)砂時將導(dǎo)致水泥漿體體積分?jǐn)?shù)減少，這也是自收縮應(yīng)變降低的原因之一。在28 天時，基準(zhǔn)組的自收縮值為575 μm/m，而CS含量為10wt%、20wt%、30wt%和40wt%的砂漿自收縮值分別為474、451、411 和381 μm/m，這與基準(zhǔn)組相比分別降低了17.57%、21.57%、28.52%和33.74%。飽水CS 可被視為內(nèi)部儲水器，并提供內(nèi)部固化水以抵消砂漿的自干燥[29]。隨著水化反應(yīng)的進(jìn)行，CS 緩慢釋放水分，進(jìn)而補(bǔ)償水泥砂漿的內(nèi)部濕度。這緩解了由于失水而產(chǎn)生的壓力，并重新平衡了膠凝材料的內(nèi)部壓力，從而抑制了砂漿的收縮變形。 Wang 等[9]研究聯(lián)合應(yīng)用CS 和CP 對超高性能混凝土(UHPC)自收縮的影響，并發(fā)現(xiàn)與不含有CS 的UHPC 相比，珊瑚基混凝土具有更低的自收縮變形和更好的耐久性。

圖6 CS 對砂漿自收縮的影響Fig.6 Effect of CS on autogenous shrinkage of mortar

2.3 CS 對珊瑚基砂漿干燥收縮的影響

CS 對于水泥砂漿干燥收縮的影響結(jié)果如圖7所示。當(dāng)CS 摻量小于30wt%時，隨著CS 摻量的增加，砂漿的干燥收縮應(yīng)變降低。當(dāng)試件處于干燥環(huán)境下，砂漿試件表面水分迅速蒸發(fā)。CS 內(nèi)部儲存的水分能夠補(bǔ)充干燥散失的水分，并在短時間內(nèi)使砂漿內(nèi)部維持相對穩(wěn)定的濕度[30]。基準(zhǔn)組的120 天干燥收縮應(yīng)變?yōu)?14 μm/m，CS 取代率為10wt%、20wt%和30wt%的珊瑚基砂漿收縮應(yīng)變值分別為683、648 和594 μm/m，這與基準(zhǔn)組相比分別降低了16.09%、20.39%和27.03%。與標(biāo)準(zhǔn)砂相比，CS 表面粗糙多棱角，且內(nèi)部存在較多的孔隙。隨著水化反應(yīng)的進(jìn)行，水泥水化產(chǎn)物部分能夠滲入CS 表面的孔隙中，產(chǎn)生嚙合效應(yīng)。這使兩者間咬合力增加，從而有利于抵抗砂漿收縮產(chǎn)生的應(yīng)力。然而，隨著CS 摻量的進(jìn)一步增加，其干燥收縮應(yīng)變隨之增大。摻入40wt%CS 的珊瑚基砂漿120 天干燥收縮應(yīng)變值為671 μm/m，這與基準(zhǔn)組相比降低了17.57%，但與30%CS-10%CP/M 相比增加了12.9%。這主要是由于CS 具有較高的孔隙率，這使其干燥收縮應(yīng)變增加。同時，CS 摻量過多導(dǎo)致砂漿的力學(xué)性能降低，并且抵抗干燥收縮應(yīng)變變形的能力下降，這也是砂漿干燥收縮應(yīng)變增大的原因之一。

圖7 CS 摻量對砂漿干燥收縮的影響Fig.7 Effect of CS content on drying shrinkage of mortar

2.4 CS 對珊瑚基砂漿微觀形貌的影響

為了能夠較明顯地對比與分析CS 對水泥砂漿微觀結(jié)構(gòu)的影響，選取0%CS-10%CP/M 與30%CS-10%CP/M 進(jìn)行SEM 測試。如圖8所示，基準(zhǔn)組的標(biāo)準(zhǔn)砂與基體之間存在明顯的薄弱界面區(qū)。摻入30wt%CS 的試件相較于基準(zhǔn)組有明顯不同，CS 與基體間的粘結(jié)更緊密，且無明顯薄弱區(qū)。同時，部分水泥水化產(chǎn)物與CS 緊密結(jié)合，形成良好的嚙合作用。因此，CS 能夠較好地改善水泥砂漿的ITZ，Cheng 等[31]也得出類似的結(jié)論。這主要是由于CS 的內(nèi)養(yǎng)護(hù)能夠促進(jìn)水泥水化從而產(chǎn)生水化硅酸鈣(C-S-H)凝膠并填充骨料周圍的孔隙，進(jìn)而改善ITZ 的性能。同時，由于CS 的主要成分為CaCO3，其與水泥基體存在潛在的反應(yīng)。圖9為500 倍下的不同切面的CS 與水泥漿體間的ITZ圖像。圖9(a)為CS 橫切面，可以觀察到CS 孔隙呈蜂窩狀，但均被水泥漿體有效填充，并且硬化漿體與CS 連成一片，密實(shí)度較高。圖9(b)為CS的縱切面，CS 骨料表現(xiàn)為長條狀孔洞，并且水泥漿體滲入孔洞內(nèi)部。硬化水泥基體與CS 緊密咬合。從CS 不同切面與水泥漿體間的結(jié)合程度可以看出CS 能有效改善砂漿的ITZ 性能，這對界面起到良好的優(yōu)化作用。

圖8 骨料與水泥基體間的界面過渡區(qū) (ITZ)圖像Fig.8 Interfacial transition zone (ITZ) images between cement matrix and aggregate

圖9 不同切面CS 與漿體間的ITZ 圖像Fig.9 ITZ images between cement matrix and CS in different directions

2.5 CS 對珊瑚基砂漿孔結(jié)構(gòu)的影響

圖10 顯示了水泥砂漿在28 天時的孔徑累計(jì)曲線與分布曲線。一般而言，孔隙結(jié)構(gòu)分為凝膠孔隙(＜10 nm)、中等毛細(xì)孔隙(10～50 nm)、大毛細(xì)孔(50～100 nm)和有害孔(＞100 nm)[32]。隨著CS 摻量的增加，水泥砂漿的凝膠孔與有害孔含量減少，并且毛細(xì)孔含量增加。這主要是由于飽和面干的CS 具有內(nèi)養(yǎng)護(hù)效應(yīng)。隨著水化反應(yīng)的進(jìn)行，CS 釋放出的水分彌補(bǔ)砂漿中散失的水分，從而提高水化程度，增加了水化產(chǎn)物的含量。更多孔隙被水化產(chǎn)物所填充，這使有害孔隙的含量減少。由累計(jì)曲線可知，CS 摻量為30wt%的試樣的累計(jì)孔隙含量最低，為0.018 cm3/g，其較基準(zhǔn)組降低了23.2%。內(nèi)養(yǎng)護(hù)作用促進(jìn)了未水化顆粒的二次水化，其生成的產(chǎn)物填充水泥砂漿中的孔隙，從而提高水泥砂漿的密實(shí)性。然而，隨著CS 摻量的進(jìn)一步增加，CS 摻量為40wt%的試樣的孔隙結(jié)構(gòu)明顯劣化，其累計(jì)孔隙體積增加，為0.025 cm3/g，較基準(zhǔn)組增加19.1%。這是由于CS在砂漿中的占比過大，漿體不足以填充CS 中的孔隙所導(dǎo)致的。

圖10 CS 對砂漿孔結(jié)構(gòu)的影響Fig.10 Effect of CS on pore structure of mortar

2.6 機(jī)制討論

在遠(yuǎn)海環(huán)境獲取混凝土原材料具有一定的困難，因此本文提出綜合利用珊瑚廢棄物的概念，將CS 與CP 分別取代細(xì)骨料與水泥生產(chǎn)高體積珊瑚廢棄物基砂漿。研究結(jié)果表明，聯(lián)合應(yīng)用適當(dāng)含量的CS 與CP 對于砂漿的力學(xué)性能與體積穩(wěn)定性是可行的。一方面，CP 與CS 相比，具有更細(xì)的粒徑，因此能夠更好地起到填充作用，彌補(bǔ)CS 多孔的問題。另一方面，CS 與CP 相比，其內(nèi)養(yǎng)護(hù)效果更顯著，能夠促進(jìn)水泥水化。聯(lián)合應(yīng)用CS 和CP 使二者的優(yōu)點(diǎn)充分發(fā)揮，并且在砂漿體系中形成互補(bǔ)。

CS 作為一種輕質(zhì)骨料，具有密度低、孔隙率高、吸水率高和比表面積較大等特點(diǎn)，是良好的內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料。采用飽和面干的CS 摻入水泥砂漿中，對于水泥漿體的水化程度、砂漿的孔隙結(jié)構(gòu)與ITZ 均有優(yōu)化作用。隨著水泥水化的進(jìn)行，水泥砂漿內(nèi)部水分被不斷消耗，CS 內(nèi)水分釋放以維持砂漿內(nèi)部的相對濕度，這使未水化顆粒進(jìn)一步水化。由于CS 存在較多的聯(lián)通孔隙，水泥漿體更易滲透和填充其表面的空洞或大孔隙。水泥基體與CS 互鎖，并形成嚙合結(jié)構(gòu)，進(jìn)而促進(jìn)ITZ 密實(shí)性的增加。同時，CS 表面與標(biāo)準(zhǔn)砂相比更粗糙，這導(dǎo)致骨料與水泥漿體之間的粘結(jié)力增強(qiáng)，從而強(qiáng)化界面。此外，CS 的主要成分為CaCO3，其與水泥基體存在潛在的化學(xué)作用。ITZ 作為水泥基材料中的薄弱區(qū)域，在一定程度上決定了砂漿的性能，這是珊瑚廢棄物基砂漿力學(xué)性能優(yōu)化的原因之一。值得一提的是，CS 的儲水作用也能改善其體積穩(wěn)定性。綜上所述，聯(lián)合應(yīng)用CS 與CP 能夠制備出性能更優(yōu)異的珊瑚廢棄物基砂漿，這滿足海工水泥基材料的設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié) 論

為了提高珊瑚廢棄物的用量并改善大體積珊瑚廢棄物水泥組分的性能，本文提出聯(lián)合應(yīng)用珊瑚砂(CS)和珊瑚粉(CP)的新思路，并發(fā)現(xiàn)二者的協(xié)同作用能夠有效提高水泥砂漿的力學(xué)性能與體積穩(wěn)定性，這對因地制宜的開發(fā)海工混凝土具有重要意義。主要結(jié)論如下：

(1) 聯(lián)合應(yīng)用CS 與CP 制備的珊瑚廢棄物基砂漿(M)相比于天然骨料制備的水泥砂漿具有更優(yōu)越的力學(xué)性能。當(dāng)CS 的取代率為30wt%時，砂漿的抗壓強(qiáng)度最高，并且其28 天抗壓強(qiáng)度相比與0%CS-10%CP/M 增加29.5%。隨著CS 摻量的進(jìn)一步增加，40%CS-10%CP/M 的28 天力學(xué)性能有所降低，但仍然略高于基準(zhǔn)組，其較0%CS-10%CP/M增加4%；

(2) 珊瑚廢棄物基砂漿的自收縮應(yīng)變顯著低于普通砂漿，這有助于降低水泥基材料的自收縮開裂風(fēng)險(xiǎn)。隨著CS 取代水平的增加，砂漿的自收縮逐漸降低。當(dāng)CS 取代水平為40wt%時，其28天自收縮應(yīng)變較基準(zhǔn)組降低了33.74%；

(3) 珊瑚廢棄物基砂漿的干燥收縮應(yīng)變隨CS摻量的增加呈先降低后增加的趨勢。當(dāng)CS 摻量小于30wt%時，砂漿的干燥收縮應(yīng)變隨著CS 摻量的增加而降低。但隨著CS 摻量進(jìn)一步增加，40%CS-10%CP/M 的干燥收縮應(yīng)變有所增加，但仍然低于基準(zhǔn)組；

(4) 相比于標(biāo)準(zhǔn)砂，CS 與硬化水泥基體具有更加緊密的結(jié)合，并且沒有發(fā)現(xiàn)明顯的界面過渡區(qū) (ITZ)。這主要是由于飽水CS 具有良好的內(nèi)部固化作用和機(jī)械嚙合作用；

(5) 摻入30wt%CS 能夠明顯優(yōu)化珊瑚廢棄物基砂漿的孔隙結(jié)構(gòu)，其累計(jì)孔隙體積為0.018 cm3/g，較0%CS-10%CP/M 降低了23.2%。但隨著CS 摻量進(jìn)一步增加，摻入40wt%CS 孔隙結(jié)構(gòu)劣化，累計(jì)孔隙體積增加，為0.025 cm3/g，較基準(zhǔn)組增加19.1%。