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(tuán)股份有限公司 上海 200086

隨著我國(guó)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(guó)被提出，其在我國(guó)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(jìn)一步推廣。

目前，淡化海砂的應(yīng)用研究多集中在對(duì)砂中氯離子含量的控制，但貝殼等輕物質(zhì)對(duì)混凝土的工作性能和力學(xué)性能也會(huì)造成不同程度的影響，國(guó)內(nèi)關(guān)于砂中貝殼對(duì)混凝土的影響方面的研究相對(duì)較少，并且主要集中在人為增加貝殼含量來(lái)研究其影響方面[1-4]，缺乏系統(tǒng)性研究。本文通過(guò)降低淡化海砂中貝殼含量及其粒徑大小的方式對(duì)膠砂流動(dòng)性和強(qiáng)度進(jìn)行了研究，在一定程度上填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)對(duì)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(yàn)設(shè)計(jì)及方法

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)淡化海砂進(jìn)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(jìn)行水泥膠砂試驗(yàn)并與標(biāo)準(zhǔn)砂進(jìn)行對(duì)比，試驗(yàn)2、3、4、5主要研究淡化海砂中貝殼含量對(duì)膠砂性能的影響，試驗(yàn)1、3、4、6主要研究砂粒徑對(duì)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(yàn)配合比

2.2 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)測(cè)試膠砂的流動(dòng)性能按照GB/T 2419—2005《水泥膠砂流動(dòng)度測(cè)定方法》中相關(guān)規(guī)定執(zhí)行，參照GB/T 17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》方法制備膠砂，并按照GB/T 2419—2005中的規(guī)定壓實(shí)、振搗膠砂并完成跳桌試驗(yàn)，用游標(biāo)卡尺測(cè)量膠砂最長(zhǎng)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(dòng)度。力學(xué)抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)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(duì)膠砂性能的影響

3.1.1 對(duì)膠砂流動(dòng)性的影響

通過(guò)對(duì)試驗(yàn)2、3、4、5的數(shù)據(jù)分析可知（表4、圖1），貝殼含量對(duì)膠砂流動(dòng)性的影響并不顯著，但隨著貝殼含量的降低，膠砂流動(dòng)性呈現(xiàn)增大趨勢(shì)。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(duì)膠砂流動(dòng)性有促進(jìn)作用，使得貝殼含量降低后，膠砂流動(dòng)性增大。

圖1 貝殼含量對(duì)膠砂流動(dòng)度影響

表4 貝殼含量對(duì)膠砂流動(dòng)度影響

3.1.2 對(duì)膠砂強(qiáng)度的影響

從圖2可以看出，淡化海砂中貝殼含量變化對(duì)膠砂抗折強(qiáng)度影響不顯著，但隨著貝殼含量的減少，28 d抗折強(qiáng)度呈現(xiàn)出增加的趨勢(shì)，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(shí)性增加，強(qiáng)度增加。

圖2 淡化海砂中貝殼含量對(duì)膠砂抗折強(qiáng)度影響

圖3為淡化海砂中貝殼含量對(duì)膠砂抗壓強(qiáng)度的影響。由圖3分析可知，隨著貝殼含量降低，膠砂抗壓強(qiáng)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(shí)，由大粒徑貝殼所帶來(lái)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(shí)性增加，與原狀淡化海砂相比，強(qiáng)度增長(zhǎng)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(shí)，與貝殼含量為5.9%的膠砂抗壓強(qiáng)度相比，其抗壓強(qiáng)度也有一定的增長(zhǎng)，但增長(zhǎng)幅度較小。當(dāng)完全去除淡化海砂中貝殼時(shí)，其抗壓強(qiáng)度最高，但仍低于標(biāo)準(zhǔn)砂強(qiáng)度，可能與砂的顆粒級(jí)配等有關(guān)。

圖3 淡化海砂中貝殼含量對(duì)膠砂抗壓強(qiáng)度影響

3.2 淡化海砂中貝殼粒徑對(duì)膠砂性能的影響

3.2.1 對(duì)膠砂流動(dòng)性的影響

試驗(yàn)6中的砂為根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)砂級(jí)配配制的淡化海砂，經(jīng)測(cè)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(jí)配時(shí)，隨著砂中貝殼粒徑的減小，膠砂流動(dòng)性呈現(xiàn)出增大的趨勢(shì)，但整體影響不顯著。當(dāng)將淡化海砂按照標(biāo)準(zhǔn)砂級(jí)配配制后，其膠砂流動(dòng)性明顯提高，接近標(biāo)準(zhǔn)砂的流動(dòng)度，雖然按標(biāo)準(zhǔn)砂級(jí)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(duì)膠砂流動(dòng)性起到了促進(jìn)作用。

圖4 淡化海砂中不同貝殼粒徑對(duì)膠砂流動(dòng)性的影響

3.2.2 對(duì)膠砂強(qiáng)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(jí)配時(shí)，淡化海砂中貝殼含量和粒徑變化對(duì)膠砂抗折強(qiáng)度的影響不明顯。當(dāng)將淡化海砂按照標(biāo)準(zhǔn)砂級(jí)配配制后，其膠砂抗折強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)砂抗折強(qiáng)度相當(dāng)，并略高于標(biāo)準(zhǔn)砂，主要是因?yàn)檎{(diào)整級(jí)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(duì)膠砂內(nèi)部起到填充作用，使得膠砂試塊的密實(shí)性增加，同時(shí)貝殼的主要成分為層狀和片狀的CaCO3，CaCO3本身具有很高的強(qiáng)度，向試塊中部加壓時(shí)，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(duì)膠砂抗折強(qiáng)度的影響

通過(guò)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(shí)，膠砂抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)顯著提高，貝殼粒徑小于5.0 mm時(shí)，對(duì)膠砂抗壓強(qiáng)度的影響減小。當(dāng)將淡化海砂按照標(biāo)準(zhǔn)砂級(jí)配配制后，其膠砂強(qiáng)度提高，接近標(biāo)準(zhǔn)砂的膠砂強(qiáng)度，這主要是因?yàn)閮?yōu)化淡化海砂級(jí)配后，砂的顆粒級(jí)配分布得更加合理，同時(shí)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(shí)性增高，抗壓強(qiáng)度損失減小。

圖6 淡化海砂中不同貝殼粒徑對(duì)膠砂抗壓強(qiáng)度的影響

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)淡化海砂中不同貝殼含量和粒徑進(jìn)行膠砂試驗(yàn)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(duì)膠砂流動(dòng)性整體影響不大，隨著貝殼含量的降低和粒徑的減小，對(duì)流動(dòng)性有一定的促進(jìn)作用。

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

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

4）砂的顆粒級(jí)配和粉狀貝殼可促進(jìn)膠砂流動(dòng)性和強(qiáng)度的提高。