海砂海水混凝土的力学性能及抗渗和碳化试验,水工材料论文

　　0 引言

　　随着海洋经济的发展，势必要兴建许多海洋和港口建筑物和构筑物，大量的土建工程，混凝土用量可观，如果采用传统的混凝土，需要从内陆运输大量的河砂和淡水，一方面影响建设工期，同时增加建设成本，而且对于一些距离内陆比较远的岛屿建设，大量砂、水等混凝土材料的运输也非常困难，于此同时，对于这些海岛或沿海地区，有大量的海砂和海水资源可用，如果可以利用海砂海水配制混凝土，对满足海洋经济发展和海岛国防建设具有非比寻常的意义。

　　海砂作为建筑用砂存在两面性。一方面用海砂取代或部分取代河砂，可以缓解河砂缺乏现象，“变废为宝”,是利国利民的；另一方面，海砂中含盐，对钢筋混凝土有破坏作用。钢筋混凝土结构如果必须使用海砂时，首先要严格进行除盐处理，使其达到合格后才能使用。但是，由于未经处理的海砂的价格仅为河砂的 13~14[1],而按照各国规定对氯离子含量超标的海砂进行淡化处理不仅费时费力，而且会导致成本大幅提高，这使得在某些建筑结构施工中，以公开或隐蔽的方式使用未经处理的海砂，导致建筑物成为了“海砂屋”,比较出名的事件有台湾“海砂屋”事件[2].

　　韩国曾有过滥用海砂的时期，许多建筑物先后出现问题。其中震动最大的事件是汉城“三丰大厦”的突然垮坍，20 人死亡，615 人受伤[3],主要原因之一就是在建造时使用了不合格海砂。在日本西部有 80%到 90%的细骨料是采用海砂，而且存在没有用淡水处理的海砂，导致钢筋快速锈蚀[4].这一点在日本有关震后房屋倒坍因素调查中得到了证实[5].在英国有 11%的细骨料是采用海砂，而在英国的东南部和南部有 90%以上是采用海砂作为细骨料[6].

　　近年来，FRP（ fiber reinforced polymer）复合材料在土木工程领域得到了越来越多的应用，特别是 2011 年 6 月 1日起开始实施的《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》的颁布，推动了 FRP 材料在建设工程中的使用。与钢材等建筑材料相比，FRP 复合材料具有轻质、高强、耐腐蚀能力强等众多优点，在海岛和沿海建筑中若能采用 FRP筋、FRP 型材、海砂、海水组成的 FRP 混凝土结构代替传统钢筋混凝土结构，便能就地取材，省去运输费用、节约淡水资源，同时可节省钢筋锈蚀等维护费用。为早日推广 FRP 海砂海水混凝土结构在工程中的应用，研究了含盐量和贝壳含量对混凝土和易性和强度的影响，研究了海砂海水混凝土的抗渗和碳化性能，并与传统混凝土进行了比较。

　　1 海砂海水混凝土力学性能试验。

　　1.1 试验材料。

　　本次试验粗骨料选用级配良好的花岗岩碎石，最大粒径 31.5 mrn,最小粒径 5 mm,含泥量 0.5%,表观密度为2 620 kg m3.选用钱江水泥厂生产的 P·O 42.5 级水泥，28 d 抗压强度为 46.8 MPa.

　　细骨料：对普通素混凝土采用普通河砂，含泥量1.5%,细度模数 3.1,表观密度为 2 610 kg m3; 海砂海水混凝土采用浙江舟山地区具有区域代表性的海砂，取样点属于中国东海海域，采砂地点为近庆丰码头海域，海砂中氯离子、硫酸根离子、贝壳含量、含泥量等见表 1 所示。

　　普通混凝土选用不含有影响水泥正常凝结、硬化物质的饮用水。海砂海水混凝土选用舟山地区海水，海水中各组分的含量见表 2 所示。

　　1.2 试块制作。

　　配制 C30、C40、C50 不同强度等级的混凝土进行试验研究，配合比见表 3 所示，在每一强度等级的混凝土中，分别配制多组不同贝壳含量和含盐量的海砂海水混凝土试块，测定混凝土拌合物性能、抗压强度技术指标，并与同一强度等级下的普通混凝土进行比对，以此来分析含盐量、贝壳含量对混凝土性能的影响。

　　试件尺寸为 150 mm ×150 mm ×150 mm 的标准立方体试件，在空气中养护 24 h 后拆模，拆模后试件无明显孔洞、蜂窝。并移至标准养护箱养护 28 d,（养护条件：温度（ 20 ±2） ℃，湿度 95%）养护完毕后混凝土于空气中静置2 d,使混凝土表面水分蒸发，混凝土达到自然干燥状态后，进行后续试验。

　　1.2.1 含盐量对海砂海水混凝土强度的影响。

　　根据普通混凝土 C30、C40、C50 强度等级的混凝土计算配合比，利用同一批次的海砂和海水配制 3 种强度混凝土，处理海砂中的贝壳含量至最小（利用方孔筛除去大部分贝壳） ,排除贝壳含量对试验的影响，通过调整海水用量分别为 0,20%、40%、60%、80%、100%,变化混凝土中的总体含盐量，测试混凝土的和易性和抗压强度，以此确定含盐量对海砂海水混凝土和易性和强度的影响。

　　1.2.2 贝壳含量对海砂海水混凝土强度的影响。

　　把海砂中的贝壳含量处理到最低值，根据普通素混凝土 C30、C40、C50 强度等级的混凝土计算配合比，利用同一批次的海砂配制 3 种强度混凝土，在配制中，使用自来水，避免海水中大量的盐分，只留海砂中少量盐，排除含盐量对混凝土的影响，通过添加 8.2%、10.2%、12.2%、14.2%、16.2%、18.2%的贝壳量，测试贝壳含量对混凝土和易性和抗压强度的影响。

　　1.3 试验结果分析。

　　1.3.1 海砂海水混凝土和易性。

　　图 1 为 3 种强度海砂海水混凝土随着含盐量的增加，坍落度的变化，由图可见，在保持混凝土基准配合比不变的情况下，混凝土的坍落度随着拌合物含盐量的增高而增大，保水性随含盐量增高而变差，造成这种变化的原因可能是由于海水比重大于常规用水，随着海水掺量的增加，导致拌和水的相对用量减小，黏聚力下降，导致和易性变差。图 2 为随着贝壳含量的增加，3 种强度海砂海水混凝土坍落度数据，由图可见随着贝壳含量的增加，混凝土的坍落度逐渐减小，保水性变弱，这是由于贝壳颗粒的回旋阻力很大，对流动性不利。随着海砂中贝壳含量的增加，海砂的含量相对减少，引起混凝土中有效砂率减少，使得混凝土的保水性和和易性变差。

　　表 4 为 3 种强度普通素混凝土坍落度数值，试验混凝土的坍落度较传统混凝土有下降，说明有海砂海水的掺入使得混凝土的流动性变差。含盐量对混凝土和易性的影响要大于贝壳含量的影响。