莊凱王聰

（河海大學(xué)港口海岸與近海工程學(xué)院，江蘇 南京 210098）

0 引言

我國貝類豐富,近幾年來，中國的各類貝類產(chǎn)品產(chǎn)量逐步上升，在世界產(chǎn)量中處于領(lǐng)先地位[1]?，F(xiàn)今我國對(duì)廢棄貝殼的利用主要包括加工成飼料添加劑、化工原料以及制造工藝品等。大量的廢棄貝殼在沿海地區(qū)被作為固體垃圾處理，此舉極大地浪費(fèi)自然資源，并對(duì)環(huán)境造成污染，如何高效地處理廢棄貝殼的問題亟待解決[2]。貝殼由95%的碳酸鈣，少量有機(jī)貝殼素和一些微量元素組成[3]。貝殼高溫分解得到二氧化碳和氧化鈣，因而可以將高溫處理過的貝殼粉作為砂漿摻合料，這樣做不僅可以大規(guī)模地處理海邊廢棄貝殼，而且會(huì)大大降低建材的生產(chǎn)成本和相關(guān)的環(huán)境污染。迄今為止，將高溫處理過的貝殼粉作為砂漿摻合料，還處于新興階段。本試驗(yàn)研究了在MK砂漿中摻加不同摻量的高溫處理過的貝殼粉對(duì)于MK砂漿的力學(xué)性能和耐久性能的影響，并得出貝殼粉在MK砂漿中的最佳摻量，供貝殼粉的多元應(yīng)用以參考。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料及配比

本試驗(yàn)研究了高溫處理過的貝殼粉的不同摻量對(duì)于MK砂漿的影響，其中貝殼粉的處理過程如下：將貝殼粉過 600μm孔徑的圓孔篩，將直徑小于 600μm的貝殼粉在950℃下放置2h,每小時(shí)對(duì)貝殼粉進(jìn)行一次攪動(dòng)。2h后，將貝殼粉分批球磨2-5min(以實(shí)際篩余率與水泥的篩余率對(duì)比得到具體球磨時(shí)間)，得到與水泥顆粒大小相近的貝殼粉。其它原材料為：海螺牌P.O 42.5普通硅酸鹽水泥，活性偏高嶺土，天然河砂，萘系高效減水劑。

主要配比如下：

1.2 試樣檢測方法

1.2.1 砂漿的制作與養(yǎng)護(hù)

先將水泥和貝殼粉共同倒入容器，使用實(shí)驗(yàn)室旋轉(zhuǎn)鼓式混合機(jī)，攪拌 60s；再將MK和河砂裝入容器，攪拌60s；最后將拌入減水劑的水倒入容器，攪拌3min；試樣按GB 177-85的規(guī)范進(jìn)行成型，在室溫環(huán)境下養(yǎng)護(hù)24小時(shí)后拆模，編號(hào)。按JC/T603-2004規(guī)范，將3根25mm×25mm×280mm棱柱體試樣測量初始長度后，放在（20±3）℃，相對(duì)濕度為（50±4）%的空氣中養(yǎng)護(hù)；其它試樣在20±2℃，相對(duì)濕度95%標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期后，進(jìn)行相關(guān)測試。

表1 水泥砂漿配合比

1.2.2 砂漿的力學(xué)性能測試

按 GB 177-85規(guī) 范， 測定砂漿在 3d、7d、28d、90d的抗折強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度。

1.2.3 砂漿的耐久性能測試

（1）抗氯離子滲透性能

采用 RCM 法[4]。該方法將直徑 D=（100±1）mm,高度h=(50±2)mm的圓柱體試樣裝入橡膠筒內(nèi)，放于筒底部，在和試樣齊高的橡膠筒外側(cè)固定兩個(gè)環(huán)箍，使試樣側(cè)面處于密封。在橡膠筒中倒入300ml的KOH溶液，使得陽極板和試件表面均浸沒在溶液中，將密封好的試樣浸沒在溶液 （含有5%NaCL的KOH溶液）中的塑料支撐板上。

試驗(yàn)時(shí)，將實(shí)驗(yàn)室溫度控制在（20±5）℃，無負(fù)荷狀態(tài)，在試樣兩端，加上（30±0.2）V的直流電壓，同步測定初始串聯(lián)電流值、電解液初始溫度。試驗(yàn)結(jié)束后，先關(guān)閉電源，測定陽極電解液最終溫度。

將試樣從橡膠筒移出，用萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)劈成兩半。在劈開的試件表面均勻涂抹0.1mol/L的AgNO3溶液，在15min后，有白色硝酸銀沉淀出現(xiàn)。測量白色沉淀分界線到試樣底部的距離，取平均值作為滲透深度。氯離子擴(kuò)散系數(shù)按照下式計(jì)算：

式中DRCM,0——RCM法測定的混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)，m2/s；

T——陽極電解液初始和最終溫度的平均值，K；

h——試件高度，m；

t——通電實(shí)驗(yàn)時(shí)間，s；

Xd——氯離子擴(kuò)散深度，m；

α——輔助變量

（2）干縮率

按照J(rèn)C/T603-2004規(guī)范，將3根25mm×25mm×280mm棱柱體試樣測量初始長度后，放置在（20±3）℃，相對(duì)濕度為（50±4）%的空氣中養(yǎng)護(hù)到規(guī)定齡期，測試試樣在齡期為 0d，1d，4d，7d，14d，28d，56d，90d，112d 時(shí) 的 長 度 ，并計(jì)算相對(duì)于第0d試樣長度的收縮率。

1.3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

1.3.1 貝殼粉的不同摻量對(duì)MK砂漿力學(xué)性能的影響

由圖1分析可知，摻加不同摻量貝殼粉的MK砂漿抗折強(qiáng)度在前期增長速度較快，貝殼粉摻量為5%的MK砂漿，在由3d-28d的增大比例可達(dá)到23%，未摻加貝殼粉的MK砂漿的增大比例為18%，摻加適當(dāng)比例的高溫處理過的貝殼粉可以增強(qiáng)砂漿的早強(qiáng)特性，養(yǎng)護(hù)到28d時(shí)所有砂漿強(qiáng)度值已基本穩(wěn)定，28d-90d時(shí)已無較大增長；在MK砂漿中貝殼粉摻量從0%逐步升到10%的過程中，砂漿在28d的抗折強(qiáng)度分別為 9.35 MPa、10.26 MPa、9.66 MPa、9.02MPa 呈先升后降的趨勢，從而可以看出摻加適當(dāng)比例的高溫處理過的貝殼粉可以提升砂漿的抗折強(qiáng)度上限值，提升砂漿的力學(xué)性能，而貝殼粉摻加過量時(shí)則會(huì)降低砂漿的抗折強(qiáng)度上限值，對(duì)砂漿的力學(xué)性能產(chǎn)生不利影響。由圖2分析可知，由于砂漿抗壓強(qiáng)度與抗折強(qiáng)度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，抗壓強(qiáng)度的增長與強(qiáng)度分布規(guī)律與抗折強(qiáng)度基本一致；在砂漿中摻加適量的高溫處理過的貝殼粉，摻量為5%-8%時(shí)，能提升砂漿的力學(xué)性能，摻加過量則會(huì)對(duì)砂漿的力學(xué)性能產(chǎn)生不利影響，這與吳澤輝[5]的研究結(jié)論趨于一致。

1.3.2 貝殼粉的不同摻量對(duì)MK砂漿耐久性能的影響

（1）貝殼粉的不同摻量對(duì)MK砂漿氯離子擴(kuò)散系數(shù)的影響

由圖3分析可知，MK砂漿在28d與90d的氯離子擴(kuò)散系數(shù)分布規(guī)律基本一致，隨著砂漿中貝殼粉摻加比例的升高，均呈先降后升的趨勢，但數(shù)值之間差距不大，最大值較最小值的增幅為9.3*10-13m2/s；貝殼粉摻量為5%的MK砂漿的氯離子擴(kuò)散系數(shù)最小，小于未摻加貝殼粉的MK砂漿；可以看出摻加一定量的高溫處理過的貝殼粉，能略微增強(qiáng)MK砂漿的抗氯離子滲透性能，摻量為5%-8%時(shí)，貝殼粉的對(duì)MK砂漿的抗氯離子滲透性能提升效果最好，這與2.3.1中對(duì)于砂漿的力學(xué)性能的分析對(duì)應(yīng)，砂漿的力學(xué)性能較好從側(cè)面反映了砂漿自身的密實(shí)性較好，從而砂漿的抗氯離子滲透性能較好。

（2）貝殼粉的不同摻量對(duì)MK砂漿干縮率的影響

由圖4分析可知，MK砂漿干縮率在早期增長速度較快，后期增長平緩，趨于穩(wěn)定值；隨著貝殼粉的摻量的升高，MK砂漿干縮率呈先升后降的趨勢，貝殼粉的摻量為5%-8%時(shí)的MK砂漿干縮率較大，高于未摻加貝殼粉的MK砂漿的干縮率7%-13%；這表明摻加一定量的貝殼粉會(huì)增大MK砂漿原有的干縮率，對(duì)MK砂漿的耐久性產(chǎn)生少許的不利影響。

2 結(jié)論

（1）摻加適當(dāng)摻量的高溫處理過的貝殼粉能增大MK砂漿的抗折強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度，當(dāng)貝殼粉在MK砂漿中的摻量為5%-8%時(shí)，對(duì)MK砂漿的力學(xué)性能提升效果最明顯。

（2）摻加適當(dāng)摻量的貝殼粉能增強(qiáng)MK砂漿的抗氯離子滲透性能，當(dāng)貝殼粉在MK砂漿中的摻量為5%-8%時(shí)，對(duì)MK砂漿抗氯離子滲透性能提升效果最好。

（3）摻加一定量的高溫處理過的貝殼粉會(huì)增大MK砂漿原有的干縮率，會(huì)使MK砂漿相對(duì)更容易發(fā)生開裂，因而在對(duì)裂縫控制有嚴(yán)格要求的工程中需謹(jǐn)慎使用這種砂漿。