海砂海水混凝土的力学性能及抗渗和碳化试验(2),水工材料论文

　　1.3.2 海砂海水混凝抗压强度。

　　海砂海水混凝土在研究抗压强度时所用的试验方法和试件尺寸与普通素混凝土相同，立方体的抗压试件标准尺寸为 150 mm × 150 mm × 150 mm.抗压试验采用型号为 YE -2000C 的液压式压力试验机，共制作 39 组试件，每组 6 个。压力试验机测定压力值的相对误差（精度）不超过其量程的 1%.混凝土抗压强度结果取每组 6 个试件抗压强度的算术平均值，精确到 0.1 MPa.当 6 个强度值中有一个值超过平均值 ±10%时，剔除该数据以剩下的 5个值的算术平均值作为最后结果。如果 5 个值中仍有超过平均值 ±10%的，则此组试件无效。图 3 所示为不同含盐量情况下海砂海水混凝土的28 d 抗压强度，表5 所示为相同配合比情况下传统混凝土的 28 d 抗压强度，从中可以看出，含盐量的变化对混凝土 28 d 抗压强度对低强度混凝土没有影响，对高强度混凝土随着含盐量的增加强度有所下降，但是海砂海水混凝土强度比传统混凝土强度要低24%.图 4 所示不同贝壳含量海砂海水混凝土 28 d 抗压强度，由图可见，贝壳含量的变化对海砂海水混凝土强度影响不明显，但是由于贝壳的存在，使得海砂海水混凝土强度比相同配合比的传统混凝土强度降低 20%左右。

　　总之，以海砂海水为原材料配制的混凝土在28 d 的抗压强度与普通素混凝土相比均有不同程度的降低，这可能是因为盐分随着原材料掺入混凝土中，影响了水泥的水化过程，从而对水泥的水化产生一定的抑制作用，这种对水泥水化的抑制作用产生的影响要比盐分对混凝土的早强作用效果要大，导致了混凝土的抗压强度有所下降。对比1抗压强度的影响较大。

　　2 海砂海水混凝土抗渗和碳化试验。

　　2.1 试验材料。

　　结合混凝土拌合物和易性能与混凝土抗压强度的试验数据，考虑混凝土设计坍落度、原料使用的经济合理性，选取水灰比为 0.49 的计算配合比来配制 C40 的优选海砂海水混凝土进行抗渗和碳化试验，其中海水掺量为 50%,即混凝土拌和水含盐量为 13.45 mgmL（其中含氯离子10.35 mg mL,含硫酸根离子 0. 89 mg mL ） ,贝壳含量为12.3%（与细骨料总量的质量百分比） .

　　试验测得优选混凝土坍落度为 65 mm,低于普通素混凝土坍落度，但符合配合比设计时初拟设计坍落度，流动性良好，保水性、黏聚性良好。

　　优选海砂海水混凝土抗压强度试验如下：

　　分析优选海砂海水混凝土不同龄期的抗压强度数据，可发现随着海砂海水混凝土龄期的增长，抗压强度在 28 d龄期后继续增长，到56 d 时已经达到起初此设计配合比所拟定的 C40 等级的强度，之后强度趋于稳定，由此可得出，用海砂海水配制的混凝土早期强度增长较慢，后期慢慢增加至稳定，原因可能是由于海水中大量盐分与水结晶，贝壳对混凝土中自由水流动的阻隔，减缓了水泥的水化反应，所以造成早期强度增长缓慢。随着龄期的增长，水泥反应充分，最终达到设计强度。还需要指出的是混凝土中所含的贝壳并没有明显的影响混凝土强度的提升，可能是由于选用的贝壳掺量均筛选自粒径 5 mm 以下的贝壳，没有大粒径和形状不规则的贝壳，所以产生的薄弱界面不明显，对抗压强度影响不大。

　　2.2 混凝土抗渗性能试验。

　　抗渗试验选用水压力试验法，采用型号为 HS -4S 型混凝土渗透仪，所用试件为圆台体试件，一组 6 个，顶面直径 175 mm,底面直径 185 mm,高度 150 mm.

　　试件成型后 24 h 拆模，将两端面水泥浆膜用钢丝刷刷去，在标准养护室养护 28 d.抗渗试验前一天将圆台体试件从养护室取出，晾干表面，然后在其侧曲面滚涂一层熔化的石蜡，随即用千斤顶配合装模器将试件压入经烘箱预热过（ 30~40 ℃）的试件套中，待冷却以后，将试件连同试件套装在抗渗仪上，查看仪器密封情况，确认密封良好后方可进行试验。

　　设定抗渗仪参数从 0.1 MPa 水压开始，最大水压1.0 MPa,每隔 8 h 增加 0.1 MPa 水压，随时观察试件端面的渗水情况。如果 6 个试验试件中有 3 个试件端面出现渗水现象，停止试验，记下此时的水压。在试验的过程中，如果发现有水从试件四周渗出，则说明试件与试件套密封不紧密，应停止试验，重新密封，再次试验。

　　2.3 混凝土抗渗性能试验结果与分析。

　　混凝土的抗渗等级以每组 6 个试件中 4 个试件未出现渗水时的最大水压力计算，试验测得优选海水海砂混凝土与相同配合比下普通素混凝土的抗渗等级见表 8.

　　影响混凝土抗渗性的因素有骨料的最大粒径、水灰比、水泥品种、养护方法等。本次试验是在以上述条件都相同的情况下进行的，从表 3 的数据我们可以看到虽然利用海砂为细骨料，海砂中所含的贝壳由于颗粒形状不规则，影响颗粒间的合理搭配造成混凝土中孔隙率有所增加，但优选海水海砂混凝土的抗渗性能却还要略好于普通素混凝土，这可能与盐分在混凝土中的存在状态有关，原材料中的盐分有一半左右被水泥固化，形成对混凝土没有危害的结合盐分，剩余的盐分在混凝土孔隙内结晶，体积膨胀，填充了混凝土骨料之间的空隙，使混凝土变密实，提高了混凝土的抗渗性。

　　2.4 海水海砂混凝土碳化试验。

　　碳化试验采用型号为 CCB - 70B 型的混凝土碳化试验箱，采用 150 mm ×150 mm ×150 mm 标准立方体试件，一组 6 块，配制 8 组。试件在 28 d 龄期进行碳化，碳化试验的试件采用标准养护。在试验前 2 d 从标准养护室取出。然后在 60 ℃温度下烘干 48 h.经烘干处理后的试件，除留下一个或相对的两个侧面外，其余表面用熔化的石腊予以密封。在侧面上顺长度方向用铅笔以 10 mm 间距画出平行线，以预定碳化深度的测量点。把经过密封划线的试件放入碳化箱中，各试件经受碳化的表面之间留有不少于 50 mm 的间距。将碳化箱盖严密封。打开电源，小心拧开与碳化箱配套的二氧化碳气罐阀门，慢慢地向碳化箱中注入二氧化碳，观察碳化箱数显箱内的二氧化碳浓度，微调二氧化碳减压器控制充入箱内二氧化碳的流量，最终保持箱内的二氧化碳浓度在（ 20 ±3） %.设定碳化箱箱内的相对湿度，控制在（ 70 ± 5） %的范围内。控制碳化箱内温度为（ 20 ±5） ℃ .待混凝土碳化到 3、7、14、28 d 时，分别取出各试件，破型以测定其碳化深度，碳化深度测量精确至 1 mm.

　　2.5 海水海砂混凝土碳化试验结果与分析。

　　通过在标准条件下（即二氧化碳浓度为（ 20 ±3） %,温度为（ 20 ±5） ℃，湿度为（ 70 ±5） %）的 6 个试件碳化 28 d的碳化深度平均值来反映混凝土的抗碳化能力。以各龄期计算所得的碳化深度绘制碳化时间与碳化深度的关系曲线，以表示在该条件下的海水海砂混凝土碳化发展规律。

　　由图 5 看出，优选海砂海水混凝土与普通素混凝土的碳化深度都随着碳化时间的增加而增大，在碳化初期普通素混凝土的抗碳化性能要稍好于优选海砂海水混凝土，随着碳化时间的增加，优选海砂海水混凝土的抗碳化性能最终略好于普通素混凝土，分析原因为，碳化初期，优选海砂海水混凝土水泥水化反应不完全，混凝土中自由水相对较多，空气中的二氧化碳进入混凝土较为容易，随着水泥反应充分，加上优选海砂海水混凝土中盐分的结晶膨胀，混凝土越来越密实，孔隙率越来越小，从而阻碍了二氧化碳气体向混凝土内部的扩散。

　　优选海砂海水混凝土试块在碳化后3、7、14、28 d 的混凝土抗压强度，见表 9.由表 9 可以看出，优选海砂海水混凝土的抗压强度随着碳化时间的增加在逐渐上升，推断混凝土由于碳化作用，使得混凝土结构更加密实，但由于本次试验是依照普通混凝土碳化试验的方法试验的，由前期已知海砂海水混凝土需要的养护时间要比普通素混凝土久，在 28 d 后抗压强度还在提升，所以本次海砂海水混凝土碳化后抗压强度作出的结论可能不准确，对于海砂海水混凝土碳化试验的方法还需进一步研究。

　　3 结论。

　　（ 1）随着海水掺量的增加，即含盐量的增加，混凝土的坍落度近似线性增大，流动性变大，黏聚力变差。

　　（ 2）随着贝壳掺量的增加，海砂海水混凝土的坍落度都逐渐变小，保水性变差。因此，在配制海砂海水混凝土时，为保证良好的和易性能，应适当增加砂率和拌和水用量，尽量选用贝壳含量较少的海砂作为混凝土原材料。

　　（ 3）含盐量的增加，对海砂海水混凝土强度影响不大，但是与传统混凝土相比，海砂海水混凝土早期强度有所下降，下降幅度在 20%左右，随着龄期的增加，最终海砂海水混凝土强度与传统混凝土强度相当。

　　（ 4）贝壳含量对混凝土的强度有一定的影响，但不显着，贝壳含量的增加，混凝土抗压强度有减小的趋势。相比较而言，在相同条件下，贝壳含量对混凝土强度等级高的混凝土（如试验中 C50 海砂海水混凝土）强度影响要明显些，贝壳的存在使得高等级混凝土强度较传统同等级素混凝土强度缩水较大。

　　（ 5）在利用海砂海水配制混凝土，应延长混凝土养护的时间，保证混凝土达到要求强度，此外，海砂在使用前应过 5.0 mm 筛，筛去 5.0 mm 以上的颗粒。这样可以降低贝壳含量，保证混凝土性能。

　　（ 6）优选海砂海水混凝土的抗渗性在相同条件下要稍好于普通素混凝土，这主要是由于混凝土中的盐分结晶导致混凝土孔隙变小，混凝土变密实，提高了混凝土的抗渗性能，这对将海砂海水混凝土运用于沿海城市，水利工程的目标无疑是有利的，因此，本试验的结果为海砂海水在工程建设中应用提供了实践依据。

　　（ 7）在与普通素混凝土 3、7、14、28 d 的碳化深度对比中，优选海砂海水混凝土的抗碳化能力在碳化初期略差于传统混凝土，后期要强于传统混凝土，对此，海砂海水混凝土需要较长养护龄期的原因可能对试验结果影响较大，但根据碳化后期海砂海水混凝土的抗碳化性能依然强于传统混凝土，可以推断，海砂海水混凝土的抗碳化能力要强过传统混凝土，海砂海水混凝土抗碳化的性能不仅阻碍二氧化碳对混凝土的入侵，也会阻碍其他对混凝土有害的离子，物质的入侵，间接的提高了混凝土的耐久性，在后期与FRP 筋不考虑筋的腐蚀情况下结合使用，更能发挥出其性能的优势。