淡化海砂中贝壳含量及粒径对胶砂性能的影响研究

吕恩铝 朱敏涛 张海峰 赵庆丰 苟鸿翔

上海建工建材科技集团股份有限公司 上海 200086

随着我国生态环保力度不断加大以及砂石等自然资源逐渐短缺，河砂禁采，人工砂、淡化海砂逐渐被应用到工程建设中。淡化海砂的概念于1997年在我国被提出，其在我国沿海地区应用广泛，但淡化海砂中较高的含盐量和贝壳含量限制了淡化海砂的进一步推广。

目前，淡化海砂的应用研究多集中在对砂中氯离子含量的控制，但贝壳等轻物质对混凝土的工作性能和力学性能也会造成不同程度的影响，国内关于砂中贝壳对混凝土的影响方面的研究相对较少，并且主要集中在人为增加贝壳含量来研究其影响方面[1-4]，缺乏系统性研究。本文通过降低淡化海砂中贝壳含量及其粒径大小的方式对胶砂流动性和强度进行了研究，在一定程度上填补了国内对淡化海砂中贝壳等轻物质研究的空白，为淡化海砂的工程应用提供了依据。

1 原材料

1.1 水泥

金峰水泥厂生产的P.O 42.5水泥，物理性能如表1所示。

表1 P.O 42.5水泥物理性能

1.2 砂

上海鲁良建筑工程有限公司的淡化海砂，如表2所示。

表2 淡化海砂物理性能

2 试验设计及方法

2.1 试验设计

通过对淡化海砂进行筛分和盐酸溶解预处理，得到贝壳含量分别为6.5%、5.9%、5.0%、0、11.0%的淡化海砂，将5种淡化海砂进行水泥胶砂试验并与标准砂进行对比，试验2、3、4、5主要研究淡化海砂中贝壳含量对胶砂性能的影响，试验1、3、4、6主要研究砂粒径对胶砂性能的影响，具体胶砂配合比如表3所示。

表3 水泥胶砂试验配合比

2.2 试验方法

本试验测试胶砂的流动性能按照GB/T 2419—2005《水泥胶砂流动度测定方法》中相关规定执行，参照GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法》方法制备胶砂，并按照GB/T 2419—2005中的规定压实、振捣胶砂并完成跳桌试验，用游标卡尺测量胶砂最长边和与其相互垂直方向的短边的值，取两者的平均值作为胶砂流动度。力学抗压强度试验按照GB/T 17671—1999中相关规定执行。

3 结果与分析

3.1 淡化海砂中贝壳含量对胶砂性能的影响

3.1.1 对胶砂流动性的影响

通过对试验2、3、4、5的数据分析可知（表4、图1），贝壳含量对胶砂流动性的影响并不显著，但随着贝壳含量的降低，胶砂流动性呈现增大趋势。大的不规则片状贝壳含量减少后，贝壳颗粒的回旋阻力减小，对胶砂流动性有促进作用，使得贝壳含量降低后，胶砂流动性增大。

图1 贝壳含量对胶砂流动度影响

表4 贝壳含量对胶砂流动度影响

3.1.2 对胶砂强度的影响

从图2可以看出，淡化海砂中贝壳含量变化对胶砂抗折强度影响不显著，但随着贝壳含量的减少，28 d抗折强度呈现出增加的趋势，这是由于贝壳不规则颗粒减少，使得颗粒回旋阻力减小，胶砂试块的密实性增加，强度增加。

图2 淡化海砂中贝壳含量对胶砂抗折强度影响

图3为淡化海砂中贝壳含量对胶砂抗压强度的影响。由图3分析可知，随着贝壳含量降低，胶砂抗压强度逐渐增高。当筛除大于5.0 mm颗粒的大粒径不规则贝壳，即贝壳含量为5.9%时，由大粒径贝壳所带来的胶砂试块内部的大孔径空洞减少，使得胶砂试块的密实性增加，与原状淡化海砂相比，强度增长较快。当筛除淡化海砂中粒径大于2.5 mm贝壳及砂粒颗粒，即贝壳含量为5.0%时，与贝壳含量为5.9%的胶砂抗压强度相比，其抗压强度也有一定的增长，但增长幅度较小。当完全去除淡化海砂中贝壳时，其抗压强度最高，但仍低于标准砂强度，可能与砂的颗粒级配等有关。

图3 淡化海砂中贝壳含量对胶砂抗压强度影响

3.2 淡化海砂中贝壳粒径对胶砂性能的影响

3.2.1 对胶砂流动性的影响

试验6中的砂为根据标准砂级配配制的淡化海砂，经测得贝壳含量为11.0%。

从图4可以看出，当淡化海砂未经人为调整颗粒级配时，随着砂中贝壳粒径的减小，胶砂流动性呈现出增大的趋势，但整体影响不显著。当将淡化海砂按照标准砂级配配制后，其胶砂流动性明显提高，接近标准砂的流动度，虽然按标准砂级配配制的淡化海砂贝壳含量明显提高，但由于贝壳最大粒径小于2.5 mm且粉状贝壳含量增多，对胶砂流动性起到了促进作用。

图4 淡化海砂中不同贝壳粒径对胶砂流动性的影响

3.2.2 对胶砂强度的影响

从图5可以看出，当淡化海砂未经人为调整颗粒级配时，淡化海砂中贝壳含量和粒径变化对胶砂抗折强度的影响不明显。当将淡化海砂按照标准砂级配配制后，其胶砂抗折强度与标准砂抗折强度相当，并略高于标准砂，主要是因为调整级配的淡化海砂，贝壳最大粒径小于2.5 mm且贝壳粉含量增多，粉状颗粒对胶砂内部起到填充作用，使得胶砂试块的密实性增加，同时贝壳的主要成分为层状和片状的CaCO3，CaCO3本身具有很高的强度，向试块中部加压时，贝壳碎片承担了部分压力。

图5 淡化海砂中不同贝壳粒径对胶砂抗折强度的影响

通过图6数据可以看出，当筛除淡化海砂中粒径大于5.0 mm的贝壳时，胶砂抗压强度呈现显著提高，贝壳粒径小于5.0 mm时，对胶砂抗压强度的影响减小。当将淡化海砂按照标准砂级配配制后，其胶砂强度提高，接近标准砂的胶砂强度，这主要是因为优化淡化海砂级配后，砂的颗粒级配分布得更加合理，同时粉状贝壳含量也增加了，填充了胶砂试块内部的空隙，使其密实性增高，抗压强度损失减小。

图6 淡化海砂中不同贝壳粒径对胶砂抗压强度的影响

4 结语

通过对淡化海砂中不同贝壳含量和粒径进行胶砂试验分析，可以得出以下结论：

1）淡化海砂中贝壳含量和粒径的变化对胶砂流动性整体影响不大，随着贝壳含量的降低和粒径的减小，对流动性有一定的促进作用。

2）淡化海砂中贝壳含量和粒径的变化，对胶砂抗折强度未造成明显影响，但当调整砂的级配后，使得砂中粉状贝壳含量增多时，其抗折强度明显提高。

3）随着贝壳粒径的减小，胶砂抗压强度逐渐增高，当筛除砂中大于5.0 mm粒径贝壳时，抗压强度的增长幅度最大。

4）砂的颗粒级配和粉状贝壳可促进胶砂流动性和强度的提高。