貝殼粉的不同摻量對砂漿性能的影響研究

莊凱王聰

（河海大學港口海岸與近海工程學院，江蘇 南京 210098）

0 引言

我國貝類豐富,近幾年來，中國的各類貝類產品產量逐步上升，在世界產量中處于領先地位[1]。現今我國對廢棄貝殼的利用主要包括加工成飼料添加劑、化工原料以及制造工藝品等。大量的廢棄貝殼在沿海地區(qū)被作為固體垃圾處理，此舉極大地浪費自然資源，并對環(huán)境造成污染，如何高效地處理廢棄貝殼的問題亟待解決[2]。貝殼由95%的碳酸鈣，少量有機貝殼素和一些微量元素組成[3]。貝殼高溫分解得到二氧化碳和氧化鈣，因而可以將高溫處理過的貝殼粉作為砂漿摻合料，這樣做不僅可以大規(guī)模地處理海邊廢棄貝殼，而且會大大降低建材的生產成本和相關的環(huán)境污染。迄今為止，將高溫處理過的貝殼粉作為砂漿摻合料，還處于新興階段。本試驗研究了在MK砂漿中摻加不同摻量的高溫處理過的貝殼粉對于MK砂漿的力學性能和耐久性能的影響，并得出貝殼粉在MK砂漿中的最佳摻量，供貝殼粉的多元應用以參考。

1 試驗

1.1 試驗材料及配比

本試驗研究了高溫處理過的貝殼粉的不同摻量對于MK砂漿的影響，其中貝殼粉的處理過程如下：將貝殼粉過 600μm孔徑的圓孔篩，將直徑小于 600μm的貝殼粉在950℃下放置2h,每小時對貝殼粉進行一次攪動。2h后，將貝殼粉分批球磨2-5min(以實際篩余率與水泥的篩余率對比得到具體球磨時間)，得到與水泥顆粒大小相近的貝殼粉。其它原材料為：海螺牌P.O 42.5普通硅酸鹽水泥，活性偏高嶺土，天然河砂，萘系高效減水劑。

主要配比如下：

1.2 試樣檢測方法

1.2.1 砂漿的制作與養(yǎng)護

先將水泥和貝殼粉共同倒入容器，使用實驗室旋轉鼓式混合機，攪拌 60s；再將MK和河砂裝入容器，攪拌60s；最后將拌入減水劑的水倒入容器，攪拌3min；試樣按GB 177-85的規(guī)范進行成型，在室溫環(huán)境下養(yǎng)護24小時后拆模，編號。按JC/T603-2004規(guī)范，將3根25mm×25mm×280mm棱柱體試樣測量初始長度后，放在（20±3）℃，相對濕度為（50±4）%的空氣中養(yǎng)護；其它試樣在20±2℃，相對濕度95%標準養(yǎng)護室中養(yǎng)護，養(yǎng)護至規(guī)定齡期后，進行相關測試。

表1 水泥砂漿配合比

1.2.2 砂漿的力學性能測試

按 GB 177-85規(guī) 范， 測定砂漿在 3d、7d、28d、90d的抗折強度與抗壓強度。

1.2.3 砂漿的耐久性能測試

（1）抗氯離子滲透性能

采用 RCM 法[4]。該方法將直徑 D=（100±1）mm,高度h=(50±2)mm的圓柱體試樣裝入橡膠筒內，放于筒底部，在和試樣齊高的橡膠筒外側固定兩個環(huán)箍，使試樣側面處于密封。在橡膠筒中倒入300ml的KOH溶液，使得陽極板和試件表面均浸沒在溶液中，將密封好的試樣浸沒在溶液 （含有5%NaCL的KOH溶液）中的塑料支撐板上。

試驗時，將實驗室溫度控制在（20±5）℃，無負荷狀態(tài)，在試樣兩端，加上（30±0.2）V的直流電壓，同步測定初始串聯電流值、電解液初始溫度。試驗結束后，先關閉電源，測定陽極電解液最終溫度。

將試樣從橡膠筒移出，用萬能實驗機劈成兩半。在劈開的試件表面均勻涂抹0.1mol/L的AgNO3溶液，在15min后，有白色硝酸銀沉淀出現。測量白色沉淀分界線到試樣底部的距離，取平均值作為滲透深度。氯離子擴散系數按照下式計算：

式中DRCM,0——RCM法測定的混凝土氯離子擴散系數，m2/s；

T——陽極電解液初始和最終溫度的平均值，K；

h——試件高度，m；

t——通電實驗時間，s；

Xd——氯離子擴散深度，m；

α——輔助變量

（2）干縮率

按照JC/T603-2004規(guī)范，將3根25mm×25mm×280mm棱柱體試樣測量初始長度后，放置在（20±3）℃，相對濕度為（50±4）%的空氣中養(yǎng)護到規(guī)定齡期，測試試樣在齡期為 0d，1d，4d，7d，14d，28d，56d，90d，112d 時 的 長 度 ，并計算相對于第0d試樣長度的收縮率。

1.3 試驗結果及分析

1.3.1 貝殼粉的不同摻量對MK砂漿力學性能的影響

由圖1分析可知，摻加不同摻量貝殼粉的MK砂漿抗折強度在前期增長速度較快，貝殼粉摻量為5%的MK砂漿，在由3d-28d的增大比例可達到23%，未摻加貝殼粉的MK砂漿的增大比例為18%，摻加適當比例的高溫處理過的貝殼粉可以增強砂漿的早強特性，養(yǎng)護到28d時所有砂漿強度值已基本穩(wěn)定，28d-90d時已無較大增長；在MK砂漿中貝殼粉摻量從0%逐步升到10%的過程中，砂漿在28d的抗折強度分別為 9.35 MPa、10.26 MPa、9.66 MPa、9.02MPa 呈先升后降的趨勢，從而可以看出摻加適當比例的高溫處理過的貝殼粉可以提升砂漿的抗折強度上限值，提升砂漿的力學性能，而貝殼粉摻加過量時則會降低砂漿的抗折強度上限值，對砂漿的力學性能產生不利影響。由圖2分析可知，由于砂漿抗壓強度與抗折強度的對應關系，抗壓強度的增長與強度分布規(guī)律與抗折強度基本一致；在砂漿中摻加適量的高溫處理過的貝殼粉，摻量為5%-8%時，能提升砂漿的力學性能，摻加過量則會對砂漿的力學性能產生不利影響，這與吳澤輝[5]的研究結論趨于一致。

1.3.2 貝殼粉的不同摻量對MK砂漿耐久性能的影響

（1）貝殼粉的不同摻量對MK砂漿氯離子擴散系數的影響

由圖3分析可知，MK砂漿在28d與90d的氯離子擴散系數分布規(guī)律基本一致，隨著砂漿中貝殼粉摻加比例的升高，均呈先降后升的趨勢，但數值之間差距不大，最大值較最小值的增幅為9.3*10-13m2/s；貝殼粉摻量為5%的MK砂漿的氯離子擴散系數最小，小于未摻加貝殼粉的MK砂漿；可以看出摻加一定量的高溫處理過的貝殼粉，能略微增強MK砂漿的抗氯離子滲透性能，摻量為5%-8%時，貝殼粉的對MK砂漿的抗氯離子滲透性能提升效果最好，這與2.3.1中對于砂漿的力學性能的分析對應，砂漿的力學性能較好從側面反映了砂漿自身的密實性較好，從而砂漿的抗氯離子滲透性能較好。

（2）貝殼粉的不同摻量對MK砂漿干縮率的影響

由圖4分析可知，MK砂漿干縮率在早期增長速度較快，后期增長平緩，趨于穩(wěn)定值；隨著貝殼粉的摻量的升高，MK砂漿干縮率呈先升后降的趨勢，貝殼粉的摻量為5%-8%時的MK砂漿干縮率較大，高于未摻加貝殼粉的MK砂漿的干縮率7%-13%；這表明摻加一定量的貝殼粉會增大MK砂漿原有的干縮率，對MK砂漿的耐久性產生少許的不利影響。

2 結論

（1）摻加適當摻量的高溫處理過的貝殼粉能增大MK砂漿的抗折強度與抗壓強度，當貝殼粉在MK砂漿中的摻量為5%-8%時，對MK砂漿的力學性能提升效果最明顯。

（2）摻加適當摻量的貝殼粉能增強MK砂漿的抗氯離子滲透性能，當貝殼粉在MK砂漿中的摻量為5%-8%時，對MK砂漿抗氯離子滲透性能提升效果最好。

（3）摻加一定量的高溫處理過的貝殼粉會增大MK砂漿原有的干縮率，會使MK砂漿相對更容易發(fā)生開裂，因而在對裂縫控制有嚴格要求的工程中需謹慎使用這種砂漿。