珊瑚砂在配制混凝土中的應(yīng)用研究

馬濤，臧軍，王艷，陳庭

（徐州中聯(lián)混凝土有限公司，江蘇 徐州 221100）

珊瑚砂在配制混凝土中的應(yīng)用研究

馬濤，臧軍，王艷，陳庭

（徐州中聯(lián)混凝土有限公司，江蘇 徐州 221100）

用珊瑚砂配制混凝土?xí)r，混凝土的含氣量提升，坍落度損失明顯改善，混凝土的 7d 抗壓強(qiáng)度略有提升，28d 抗壓強(qiáng)度下降，混凝土的開裂條紋數(shù)和開裂面積都有明顯的改善，珊瑚砂混凝土的電通量要優(yōu)于天然河砂。

珊瑚砂；海洋；混凝土

0 前言

熱帶島礁珊瑚資源豐富，而天然骨料資源缺乏，將珊瑚破碎后作為混凝土的細(xì)骨料用于島礁建設(shè)是一種方便經(jīng)濟(jì)的選擇。與天然骨料不同的是，珊瑚砂由于長(zhǎng)期浸于海水之中，氯離子含量往往較高，且珊瑚砂具有多孔結(jié)構(gòu)，具有質(zhì)輕強(qiáng)度低等特點(diǎn)[1,2]。圖 1 為珊瑚砂的表觀形貌。

珊瑚砂作為骨料配制出的混凝土服役環(huán)境為熱帶海洋，因此在配制混凝土?xí)r，需要考慮在配合比中加大礦粉等輔助性膠凝材料的用量，并充分考慮珊瑚砂自身的特點(diǎn)，加強(qiáng)其對(duì)海洋侵蝕的抵御能力[3]。

圖1 珊瑚砂的表觀形貌

1 原材料

（1）水泥：徐州中聯(lián) P·O42.5 水泥， 28d 水泥強(qiáng)度為50.9MPa；

（2）礦粉：徐州中誠(chéng) S95，需水量 99%，比表面積405m2/kg，28d 活性指數(shù) 103%；

（3）粉煤灰：國(guó)華 Ⅱ 級(jí)，表觀密度 2450 kg/m3，45μm方孔篩篩余 11%，燒失量 1.7%，需水量比 99%；

（4）粗骨料，5～25mm 碎石，含泥量 0.5%；

（5）細(xì)骨料：天然中砂，細(xì)度模數(shù) 2.6，含泥量 0.4%；

（6）珊瑚砂：南海，堆積密度 1020kg/m3，Cl-含量0.02%，SO42-含量 0.18%；

（7）聚羧酸外加劑，蘇博特 SBT-1，減水率 25%。

2 試驗(yàn)方法

用 5mm 的方孔篩將珊瑚砂分為兩部分，粒徑低于 5mm的珊瑚砂作為細(xì)骨料，分別測(cè)試水泥膠砂強(qiáng)度、膠砂流動(dòng)度，試驗(yàn)方法參照 GB/T 17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO 法） 》和 GB/T 2419—2005《 水泥膠砂流動(dòng)度測(cè)定方法》的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。5～25mm 粒徑范圍的珊瑚砂作為粗骨料，與細(xì)珊瑚砂搭配配制混凝土，測(cè)試混凝土的工作性能、力學(xué)性能和耐久性能，試驗(yàn)方法參照 GB/T 50080－2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法》、GB/T 50081－2002《普通混凝土力學(xué)試驗(yàn)方法》和 GB /T 50082－2002《普通混凝土長(zhǎng)期性和耐久性試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行，混凝土試驗(yàn)選用通 C30 配比為基準(zhǔn)配合比，詳見表 1。

表1 C30 商品混凝土配合比 kg/m 3

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 珊瑚砂的膠砂試驗(yàn)結(jié)果

由于珊瑚砂內(nèi)部多孔，密度較低，因此進(jìn)行膠砂試驗(yàn)時(shí)，采取等體積替代的方式取代標(biāo)準(zhǔn)砂，經(jīng)過堆積密度對(duì)比試驗(yàn)，最終確定進(jìn)行膠砂試驗(yàn)時(shí)，珊瑚砂的用量為 950g，天然河砂用量為 1350g。同樣為了保證進(jìn)行膠砂試驗(yàn)時(shí)，水灰比保持不變（用水量為 225g），需要加入外加劑來(lái)調(diào)節(jié)膠砂的流動(dòng)度。最終測(cè)試結(jié)果如表 2 所示。

表2 珊瑚砂膠砂試驗(yàn)結(jié)果

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，珊瑚砂的膠砂流動(dòng)度比天然河砂差，即使摻入了占水泥比例 1.5% 的外加劑，其膠砂流動(dòng)度依然比不上未使用外加劑的天然河砂。珊瑚砂的 3d 膠砂強(qiáng)度高于天然河砂，但 28d 膠砂強(qiáng)度低于天然河砂。珊瑚砂的早期強(qiáng)度較高，是由于珊瑚砂中含有一定量的無(wú)機(jī)鹽激發(fā)所致，珊瑚砂的后期強(qiáng)度較低，是由于珊瑚砂的自身強(qiáng)度較低所致。

3.2 珊瑚砂配制混凝土的工作性能及力學(xué)性能研究

在進(jìn)行珊瑚砂混凝土試驗(yàn)時(shí)，采取天然河砂配天然粗骨料、珊瑚砂配天然粗骨料以及粗細(xì)珊瑚砂搭配三種方式，珊瑚砂取代天然骨料時(shí)，采用等體積取代，因此細(xì)珊瑚砂的用量為 630kg/m3，而粗珊瑚砂的用量為 870kg/m3，為了減小混凝土的坍落度損失，在配制混凝土之前，珊瑚砂在水中浸泡12h，天然河砂控制其含水率接近飽和面干吸水率。具體試驗(yàn)配比（膠凝材料用量和減水劑用量參見表 1）和試驗(yàn)結(jié)果如表3 和表 4 所示。

表3 珊瑚砂配制 C30 混凝土?xí)r的試驗(yàn)配合比 kg/m3

表4 珊瑚砂配制混凝土?xí)r的工作性能和力學(xué)性能

從表 4 試驗(yàn)結(jié)果可知，用珊瑚砂配制混凝土?xí)r，混凝土的含氣量提升，坍落度損失明顯改善，這是因?yàn)樯汉魃暗亩嗫捉Y(jié)構(gòu)所致，多孔結(jié)構(gòu)導(dǎo)致含氣量提升，多孔結(jié)構(gòu)中蓄水改善了混凝土的坍落度經(jīng)時(shí)損失。珊瑚砂僅取代細(xì)骨料時(shí)，混凝土的 7d 抗壓強(qiáng)度略有提升，28d 抗壓強(qiáng)度下降，原因與膠砂試驗(yàn)類似，早期由于無(wú)機(jī)鹽激發(fā)，后期由于本征強(qiáng)度較低。當(dāng)用全珊瑚砂骨料配制混凝土?xí)r，混凝土的早期抗壓強(qiáng)度和后期抗壓強(qiáng)度都有較大幅度的下降，這是由于珊瑚砂粗骨料的本征強(qiáng)度較低，作為粗骨料承載負(fù)荷時(shí)難以和天然骨料相比。

3.3 珊瑚砂配制混凝土的耐久性能研究

按 GB/T 50082－2002《普通混凝土長(zhǎng)期性和耐久性試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行混凝土的抗開裂性能測(cè)試和電通量測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表 5 所示。

由表 5 試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)珊瑚砂取代天然骨料后，混凝土的開裂條紋數(shù)和開裂面積都有明顯的改善，用全珊瑚砂配制混凝土?xí)r，混凝土幾乎不發(fā)生開裂，這是由于珊瑚砂內(nèi)部多孔結(jié)構(gòu)蓄水后產(chǎn)生良好的內(nèi)養(yǎng)護(hù)作用所致。珊瑚砂混凝土的電通量要優(yōu)于天然河砂，這是由于珊瑚砂表面平整度較差，且內(nèi)部多孔，水泥水化產(chǎn)物極易在界面上生長(zhǎng)，填充了界面過渡區(qū)的孔隙，使界面過渡區(qū)的密實(shí)度增加。

表5 珊瑚砂配制混凝土?xí)r的耐久性能

4 結(jié)論

（1）在配制膠砂時(shí)，珊瑚砂的早期強(qiáng)度較高，是由于珊瑚砂中含有一定量的無(wú)機(jī)鹽激發(fā)所致，珊瑚砂的后期強(qiáng)度較低，是由于珊瑚砂的自身強(qiáng)度較低所致；

（2）用珊瑚砂配制混凝土?xí)r，混凝土的含氣量提升，坍落度損失明顯改善，珊瑚砂僅取代細(xì)骨料時(shí)，混凝土的 7d 抗壓強(qiáng)度略有提升，28d 抗壓強(qiáng)度下降，當(dāng)用全珊瑚砂骨料配制混凝土?xí)r，混凝土的早期抗壓強(qiáng)度和后期抗壓強(qiáng)度都有較大幅度的下降；

（3）當(dāng)珊瑚砂取代天然骨料后，混凝土的開裂條紋數(shù)和開裂面積都有明顯的改善，用全珊瑚砂配制混凝土?xí)r，混凝土幾乎不發(fā)生開裂，珊瑚砂混凝土的電通量要優(yōu)于天然河砂。

[1] 張栓柱．珊瑚混凝土的疲勞特性及微觀機(jī)理研究[D]．南寧：廣西大學(xué)，2012.

[2] 王磊，范蕾．珊瑚碎屑混凝土的強(qiáng)度特性及破壞形態(tài)分析[J]．混凝土與水泥制品，2015(1)：1-4．

[3] 潘柏州，韋灼彬．原材料對(duì)珊瑚砂混凝土抗壓強(qiáng)度影響的試驗(yàn)研究[J]．工程力學(xué)，2015(1)：221-225.

［通訊地址］江蘇省徐州市銅山經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)第三工業(yè)園盛寶路西首徐州中聯(lián)混凝土有限公司（221100）

馬濤（1982－），男，工程師，從事商品混凝土的生產(chǎn)和研究工作。