利用海砂配制混凝土的试验研究

谢春磊,张 媛,胡晓翔

(内蒙古自治区交通建设工程质量监督局,呼和浩特 010000)

利用海砂配制混凝土的试验研究

谢春磊,张 媛,胡晓翔

(内蒙古自治区交通建设工程质量监督局,呼和浩特 010000)

利用海砂及淡化海砂配制混凝土并与河砂混凝土进行对比,发现在相同配合比条件下,淡化海砂混凝土与河砂混凝土的工作、力学、耐久性能较为接近,而使用海砂配制的混凝土的各项性能均较差。实验表明淡化处理的海砂配制混凝土性能与河砂较为接近,可以应用于建筑工程中,而直接使用海砂配制的混凝土工作、力学、耐久性能均较差,为保证工程质量,应严禁将海砂直接应用于工程建设。

海砂; 淡化海砂; 混凝土

近年来,我国的基础设施建设发展迅速,作为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来源,但仅仅使用河砂已不能够满足工程建设需求,而且为保护环境部分地方政府出台了一系列的限制河砂开采政策,这进一步加剧了建筑用砂的供需矛盾,部分工程面临无砂可用的局面[1-3]。

我国海岸线较长具有丰富的海砂资源,海砂分布集中,适合进行大规模工业化生产,如果能够将海砂或经过处理后的海砂应用于工程建设中,将极大缓解建筑用砂紧缺的困局[4,5]。开发海砂资源面临的主要问题是海砂中含有大量氯盐等化学物质[6,7],如果使用未经淡化处理的海砂,由海砂带入的侵蚀性物质可能降低混凝土的耐久性能,加速钢筋的锈蚀,导致混凝土剥落、破坏,混凝土结构使用寿命降低[8,9]。该文使用河砂、海砂及经过淡化处理的海砂制备了不同强度等级的混凝土并研究混凝土的各项性能,为将海砂资源应用于建筑工程中提供依据。

1 试 验

1.1 原材料

胶凝材料:P O 42.5水泥、Ⅱ级粉煤灰,两种胶凝材料的化学成分见表1。

骨料:碎石使用5～20 mm连续级配碎石;试验使用到的三种砂分别是河砂、海砂、使用淡水进行淡化处理后的海砂,三种砂的性能指标如表2所示。从表2中可以看出试验用的三种砂性能上存在着差别:海砂的细度模数较大,属于粗砂,河砂属于中砂;淡化处理后海砂中的贝壳物及氯离子含量显著下降;海砂及淡化海砂的硫酸盐含量高于河砂;海砂及淡化海砂的棱角比河砂略大;海砂及淡化海砂的坚固性比河砂差,两种砂的压碎值指标也比河砂高。

表1 胶凝材料化学成分w/%

表2 砂的基本性能

其他原材料:纯净水;聚羧酸减水剂,液体,减水率为24.3%。

1.2 实验方法

针对工程需求,使用海砂及淡化海砂对混凝土配制不同强度等级的混凝土并与河砂混凝土进行对比,研究海砂及淡化海砂对混凝土的工作性能、力学性能及耐久性能的影响。混凝土配合比如表3所示。所有试验均按照国家相关标准进行。

表3 混凝土配合比

2 结果与分析

2.1 混凝土的工作性能

不同强度等级的混凝土工作性能如表4所示。从表4中可以看出,在相同配合比的条件下,各强度等级的淡化海砂混凝土与河砂混凝土工作性能较为相近,而使用海砂配制的混凝土其工作性能比河砂混凝土有较大幅度的下降。出现这种情况的主要原因有:海砂中的贝壳物含量较高对混凝土的工作性能影响较大,大量贝壳物的存在降低了混凝土的工作性能,而淡化海砂经过处理后贝壳物含量较少,使用淡化海砂配制的混凝土工作性能比海砂混凝土有较大的提高;海砂的细度模数较高属于粗砂,颗粒级配较差,配制的混凝土工作性能也有所下降,而淡化海砂经过处理后级配有一定的改善,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,这在一定程度上也影响了混凝土的工作性能。

表4 混凝土工作性能

2.2 混凝土的力学性能

从图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强度随时间变化的规律:每组混凝土的强度均随着龄期的增加而增长;各强度等级的河砂及淡化海砂混凝土强度均较为接近,在低强度等级的混凝土中,淡化海砂混凝土强度略高,中高强度等级的混凝土中河砂混凝土的强度略高;在低强度等级的条件下,海砂混凝土的强度与河砂及淡化海砂混凝土强度较为接近,但在中高强度等级的混凝土中,使用海砂配制的混凝土强度较低与河砂及淡化海砂混凝土强度相差较大。出现这些规律的原因可能有:对比河砂,淡化海砂的颗粒粒级较粗且颗粒的棱角性较大,配制低强度等级的混凝土能够一定程度上提高混凝土的强度;海砂中含有的贝壳物的含量较高,使用海砂配制混凝土后,这些贝壳物成为混凝土中的薄弱区域,当受到外力后混凝土将首先从这些薄弱区域开始破坏,这些贝壳物限制着混凝土的最终强度;海砂的颗粒级配较差,相同配合比条件下,所配制的混凝土的密实程度比河砂混凝土低,对混凝土的最终强度也有较大的影响。

2.3 混凝土的耐久性能

对于海砂及淡化海砂在工程中的应用,工程技术人员对氯离子对钢筋混凝土结构的锈蚀破坏极为担心。混凝土的氯离子扩散系数与混凝土中易导致钢筋锈蚀的游离氯离子含量及混凝土密实程度等因素密切相关,氯离子扩散系数越小,混凝土的抗氯离子渗透性能越强,耐久性越好。图2是使用RCM法测试的各组混凝土氯离子扩散系数。从图2中可以看出随着混凝土设计强度等级的提高,各种混凝土的氯离子扩散系数均呈下降趋势;淡化海砂混凝土的抗氯离子渗透性能与河砂混凝土基本相同,而海砂混凝土的抗氯离子渗透性能较差。这是因为未经过处理的海砂中含有较多的氯离子,而且使用海砂配制的混凝土的密实性较差,这些都严重影响了混凝土的抗氯离子渗透性能,降低了混凝土的耐久性。

3 结 论

a.在相同配合比条件下,淡化海砂混凝土与河砂混凝土的工作性能较为接近,使用海砂配制的混凝土工作性能较差。

b.在相同配合比条件下,淡化海砂混凝土的力学性能与河砂混凝土的力学性能相似,使用海砂配制的混凝土力学性能较低。

c.在相同配合比条件下,淡化海砂混凝土的抗氯离子渗透性能与河砂混凝土的氯离子渗透性能相似,使用海砂配制的混凝土抗氯离子渗透性能较差,耐久性较低。

试验证明,使用经过淡化处理的海砂配制混凝土其性能与河砂混凝土较为接近,可以应用于建筑工程中,而直接使用海砂配制的混凝土工作、力学、耐久性能均较差,为保证工程质量,应严禁将海砂直接应用于建筑工程。

[1] 方 锐,陈卫兵.重庆地区机制砂的性能研究及工程应用[J].交通科技与经济,2011,63(1):27-29.

[2] 长江水利委员会.长江中下游干流河道采砂规划综述[J].人民长江,2003,34(6):1-4.

[3] 王圣洁,刘锡清,戴勤奋,等.中国海砂资源分布特征及找矿方向[J].海洋地质与第四纪地质,2003,23(3):83-89.

[4] 刘 伟,谢友均.海砂特性及海山混凝土力学性能的研究[J].硅酸盐通报,2014.1(33):15-22.

[5] 冷发光,丁 威,周永祥,等.海砂混凝土应用技术的若干要点[J].施工技术,2011,40(4):97-100.

[6] 宁 博,欧阳东.重利用海砂制备高性能混凝土试验研究[J].混凝土,2012,1(267):88-93.

[7] 宋少民,李 飞.海砂混凝土耐久性能研究[J].混凝土与水泥制品,2012,2(2):11-14.

[8] 田美灵,唐志波.海砂混凝土耐久性研究现状综述[J].混凝土,2010,11:117-118.

[9] 李学文.建筑用淡化海砂的生产和应用[J].广东建材,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.

谢春磊(1988-),工程师,硕士.E-mail:20041510.xie@163.com