淡化海砂中貝殼含量及粒徑對膠砂性能的影響研究

呂恩鋁 朱敏濤 張海峰 趙慶豐 茍鴻翔

上海建工建材科技集團股份有限公司 上海 200086

隨著我國生態(tài)環(huán)保力度不斷加大以及砂石等自然資源逐漸短缺，河砂禁采，人工砂、淡化海砂逐漸被應(yīng)用到工程建設(shè)中。淡化海砂的概念于1997年在我國被提出，其在我國沿海地區(qū)應(yīng)用廣泛，但淡化海砂中較高的含鹽量和貝殼含量限制了淡化海砂的進一步推廣。

目前，淡化海砂的應(yīng)用研究多集中在對砂中氯離子含量的控制，但貝殼等輕物質(zhì)對混凝土的工作性能和力學(xué)性能也會造成不同程度的影響，國內(nèi)關(guān)于砂中貝殼對混凝土的影響方面的研究相對較少，并且主要集中在人為增加貝殼含量來研究其影響方面[1-4]，缺乏系統(tǒng)性研究。本文通過降低淡化海砂中貝殼含量及其粒徑大小的方式對膠砂流動性和強度進行了研究，在一定程度上填補了國內(nèi)對淡化海砂中貝殼等輕物質(zhì)研究的空白，為淡化海砂的工程應(yīng)用提供了依據(jù)。

1 原材料

1.1 水泥

金峰水泥廠生產(chǎn)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

上海魯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 試驗設(shè)計及方法

2.1 試驗設(shè)計

通過對淡化海砂進行篩分和鹽酸溶解預(yù)處理，得到貝殼含量分別為6.5%、5.9%、5.0%、0、11.0%的淡化海砂，將5種淡化海砂進行水泥膠砂試驗并與標(biāo)準(zhǔn)砂進行對比，試驗2、3、4、5主要研究淡化海砂中貝殼含量對膠砂性能的影響，試驗1、3、4、6主要研究砂粒徑對膠砂性能的影響，具體膠砂配合比如表3所示。

表3 水泥膠砂試驗配合比

2.2 試驗方法

本試驗測試膠砂的流動性能按照GB/T 2419—2005《水泥膠砂流動度測定方法》中相關(guān)規(guī)定執(zhí)行，參照GB/T 17671—1999《水泥膠砂強度檢驗方法》方法制備膠砂，并按照GB/T 2419—2005中的規(guī)定壓實、振搗膠砂并完成跳桌試驗，用游標(biāo)卡尺測量膠砂最長邊和與其相互垂直方向的短邊的值，取兩者的平均值作為膠砂流動度。力學(xué)抗壓強度試驗按照GB/T 17671—1999中相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

3 結(jié)果與分析

3.1 淡化海砂中貝殼含量對膠砂性能的影響

3.1.1 對膠砂流動性的影響

通過對試驗2、3、4、5的數(shù)據(jù)分析可知（表4、圖1），貝殼含量對膠砂流動性的影響并不顯著，但隨著貝殼含量的降低，膠砂流動性呈現(xiàn)增大趨勢。大的不規(guī)則片狀貝殼含量減少后，貝殼顆粒的回旋阻力減小，對膠砂流動性有促進作用，使得貝殼含量降低后，膠砂流動性增大。

圖1 貝殼含量對膠砂流動度影響

表4 貝殼含量對膠砂流動度影響

3.1.2 對膠砂強度的影響

從圖2可以看出，淡化海砂中貝殼含量變化對膠砂抗折強度影響不顯著，但隨著貝殼含量的減少，28 d抗折強度呈現(xiàn)出增加的趨勢，這是由于貝殼不規(guī)則顆粒減少，使得顆?；匦枇p小，膠砂試塊的密實性增加，強度增加。

圖2 淡化海砂中貝殼含量對膠砂抗折強度影響

圖3為淡化海砂中貝殼含量對膠砂抗壓強度的影響。由圖3分析可知，隨著貝殼含量降低，膠砂抗壓強度逐漸增高。當(dāng)篩除大于5.0 mm顆粒的大粒徑不規(guī)則貝殼，即貝殼含量為5.9%時，由大粒徑貝殼所帶來的膠砂試塊內(nèi)部的大孔徑空洞減少，使得膠砂試塊的密實性增加，與原狀淡化海砂相比，強度增長較快。當(dāng)篩除淡化海砂中粒徑大于2.5 mm貝殼及砂粒顆粒，即貝殼含量為5.0%時，與貝殼含量為5.9%的膠砂抗壓強度相比，其抗壓強度也有一定的增長，但增長幅度較小。當(dāng)完全去除淡化海砂中貝殼時，其抗壓強度最高，但仍低于標(biāo)準(zhǔn)砂強度，可能與砂的顆粒級配等有關(guān)。

圖3 淡化海砂中貝殼含量對膠砂抗壓強度影響

3.2 淡化海砂中貝殼粒徑對膠砂性能的影響

3.2.1 對膠砂流動性的影響

試驗6中的砂為根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)砂級配配制的淡化海砂，經(jīng)測得貝殼含量為11.0%。

從圖4可以看出，當(dāng)?shù)Ｉ拔唇?jīng)人為調(diào)整顆粒級配時，隨著砂中貝殼粒徑的減小，膠砂流動性呈現(xiàn)出增大的趨勢，但整體影響不顯著。當(dāng)將淡化海砂按照標(biāo)準(zhǔn)砂級配配制后，其膠砂流動性明顯提高，接近標(biāo)準(zhǔn)砂的流動度，雖然按標(biāo)準(zhǔn)砂級配配制的淡化海砂貝殼含量明顯提高，但由于貝殼最大粒徑小于2.5 mm且粉狀貝殼含量增多，對膠砂流動性起到了促進作用。

圖4 淡化海砂中不同貝殼粒徑對膠砂流動性的影響

3.2.2 對膠砂強度的影響

從圖5可以看出，當(dāng)?shù)Ｉ拔唇?jīng)人為調(diào)整顆粒級配時，淡化海砂中貝殼含量和粒徑變化對膠砂抗折強度的影響不明顯。當(dāng)將淡化海砂按照標(biāo)準(zhǔn)砂級配配制后，其膠砂抗折強度與標(biāo)準(zhǔn)砂抗折強度相當(dāng)，并略高于標(biāo)準(zhǔn)砂，主要是因為調(diào)整級配的淡化海砂，貝殼最大粒徑小于2.5 mm且貝殼粉含量增多，粉狀顆粒對膠砂內(nèi)部起到填充作用，使得膠砂試塊的密實性增加，同時貝殼的主要成分為層狀和片狀的CaCO3，CaCO3本身具有很高的強度，向試塊中部加壓時，貝殼碎片承擔(dān)了部分壓力。

圖5 淡化海砂中不同貝殼粒徑對膠砂抗折強度的影響

通過圖6數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)篩除淡化海砂中粒徑大于5.0 mm的貝殼時，膠砂抗壓強度呈現(xiàn)顯著提高，貝殼粒徑小于5.0 mm時，對膠砂抗壓強度的影響減小。當(dāng)將淡化海砂按照標(biāo)準(zhǔn)砂級配配制后，其膠砂強度提高，接近標(biāo)準(zhǔn)砂的膠砂強度，這主要是因為優(yōu)化淡化海砂級配后，砂的顆粒級配分布得更加合理，同時粉狀貝殼含量也增加了，填充了膠砂試塊內(nèi)部的空隙，使其密實性增高，抗壓強度損失減小。

圖6 淡化海砂中不同貝殼粒徑對膠砂抗壓強度的影響

4 結(jié)語

通過對淡化海砂中不同貝殼含量和粒徑進行膠砂試驗分析，可以得出以下結(jié)論：

1）淡化海砂中貝殼含量和粒徑的變化對膠砂流動性整體影響不大，隨著貝殼含量的降低和粒徑的減小，對流動性有一定的促進作用。

2）淡化海砂中貝殼含量和粒徑的變化，對膠砂抗折強度未造成明顯影響，但當(dāng)調(diào)整砂的級配后，使得砂中粉狀貝殼含量增多時，其抗折強度明顯提高。

3）隨著貝殼粒徑的減小，膠砂抗壓強度逐漸增高，當(dāng)篩除砂中大于5.0 mm粒徑貝殼時，抗壓強度的增長幅度最大。

4）砂的顆粒級配和粉狀貝殼可促進膠砂流動性和強度的提高。