利用海砂配制混凝土的試驗研究

謝春磊,張 媛,胡曉翔

(內蒙古自治區交通建設工程質量監督局,呼和浩特 010000)

利用海砂配制混凝土的試驗研究

謝春磊,張 媛,胡曉翔

(內蒙古自治區交通建設工程質量監督局,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行對比,發現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、耐久性能較為接近,而使用海砂配制的混凝土的各項性能均較差。實驗表明淡化處理的海砂配制混凝土性能與河砂較為接近,可以應用于建筑工程中,而直接使用海砂配制的混凝土工作、力學、耐久性能均較差,為保證工程質量,應嚴禁將海砂直接應用于工程建設。

海砂; 淡化海砂; 混凝土

近年來,我國的基礎設施建設發展迅速,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源,但僅僅使用河砂已不能夠滿足工程建設需求,而且為保護環境部分地方政府出臺了一系列的限制河砂開采政策,這進一步加劇了建筑用砂的供需矛盾,部分工程面臨無砂可用的局面[1-3]。

我國海岸線較長具有豐富的海砂資源,海砂分布集中,適合進行大規模工業化生產,如果能夠將海砂或經過處理后的海砂應用于工程建設中,將極大緩解建筑用砂緊缺的困局[4,5]。開發海砂資源面臨的主要問題是海砂中含有大量氯鹽等化學物質[6,7],如果使用未經淡化處理的海砂,由海砂帶入的侵蝕性物質可能降低混凝土的耐久性能,加速鋼筋的銹蝕,導致混凝土剝落、破壞,混凝土結構使用壽命降低[8,9]。該文使用河砂、海砂及經過淡化處理的海砂制備了不同強度等級的混凝土并研究混凝土的各項性能,為將海砂資源應用于建筑工程中提供依據。

1 試 驗

1.1 原材料

膠凝材料:P O 42.5水泥、Ⅱ級粉煤灰,兩種膠凝材料的化學成分見表1。

骨料:碎石使用5～20 mm連續級配碎石;試驗使用到的三種砂分別是河砂、海砂、使用淡水進行淡化處理后的海砂,三種砂的性能指標如表2所示。從表2中可以看出試驗用的三種砂性能上存在著差別:海砂的細度模數較大,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固性比河砂差,兩種砂的壓碎值指標也比河砂高。

表1 膠凝材料化學成分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 實驗方法

針對工程需求,使用海砂及淡化海砂對混凝土配制不同強度等級的混凝土并與河砂混凝土進行對比,研究海砂及淡化海砂對混凝土的工作性能、力學性能及耐久性能的影響。混凝土配合比如表3所示。所有試驗均按照國家相關標準進行。

表3 混凝土配合比

2 結果與分析

2.1 混凝土的工作性能

不同強度等級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,各強度等級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。出現這種情況的主要原因有:海砂中的貝殼物含量較高對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,而淡化海砂經過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;海砂的細度模數較高屬于粗砂,顆粒級配較差,配制的混凝土工作性能也有所下降,而淡化海砂經過處理后級配有一定的改善,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度隨時間變化的規律:每組混凝土的強度均隨著齡期的增加而增長;各強度等級的河砂及淡化海砂混凝土強度均較為接近,在低強度等級的混凝土中,淡化海砂混凝土強度略高,中高強度等級的混凝土中河砂混凝土的強度略高;在低強度等級的條件下,海砂混凝土的強度與河砂及淡化海砂混凝土強度較為接近,但在中高強度等級的混凝土中,使用海砂配制的混凝土強度較低與河砂及淡化海砂混凝土強度相差較大。出現這些規律的原因可能有:對比河砂,淡化海砂的顆粒粒級較粗且顆粒的棱角性較大,配制低強度等級的混凝土能夠一定程度上提高混凝土的強度;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域,當受到外力后混凝土將首先從這些薄弱區域開始破壞,這些貝殼物限制著混凝土的最終強度;海砂的顆粒級配較差,相同配合比條件下,所配制的混凝土的密實程度比河砂混凝土低,對混凝土的最終強度也有較大的影響。

2.3 混凝土的耐久性能

對于海砂及淡化海砂在工程中的應用,工程技術人員對氯離子對鋼筋混凝土結構的銹蝕破壞極為擔心。混凝土的氯離子擴散系數與混凝土中易導致鋼筋銹蝕的游離氯離子含量及混凝土密實程度等因素密切相關,氯離子擴散系數越小,混凝土的抗氯離子滲透性能越強,耐久性越好。圖2是使用RCM法測試的各組混凝土氯離子擴散系數。從圖2中可以看出隨著混凝土設計強度等級的提高,各種混凝土的氯離子擴散系數均呈下降趨勢;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。這是因為未經過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性較差,這些都嚴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 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性能與河砂混凝土的力學性能相似,使用海砂配制的混凝土力學性能較低。

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。

試驗證明,使用經過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,可以應用于建筑工程中,而直接使用海砂配制的混凝土工作、力學、耐久性能均較差,為保證工程質量,應嚴禁將海砂直接應用于建筑工程。

[1] 方 銳,陳衛兵.重慶地區機制砂的性能研究及工程應用[J].交通科技與經濟,2011,63(1):27-29.

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

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

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

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

[6] 寧 博,歐陽東.重利用海砂制備高性能混凝土試驗研究[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狀綜述[J].混凝土,2010,11:117-118.

[9] 李學文.建筑用淡化海砂的生產和應用[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