王冬冬 張文清

（安徽理工大學安全科學與工程學院煤礦安全高效開采省部共建教育部重點實驗室）

近年來中國海洋產業(yè)取得了突破,十八大強調要實現海洋強國戰(zhàn)略[1]。珊瑚礁是南海礁中一種特有的巖石CaCO3含量高達96%[2]，這些珊瑚殘屑為南海建設提供了一種新的材料——珊瑚骨料[3]。粗骨料作為珊瑚混凝土的關鍵成分，在提高強度與斷裂性方面有著重要作用。馬林建等[4]敘述了國內外幾十年珊瑚混凝土的物理特性強度和變形特征為以后研究提供理論依據。MAL等[5]研究發(fā)現珊瑚骨料混凝土與傳統(tǒng)混凝土的破壞模式不同，靜動態(tài)荷載下珊瑚骨料強度較低。張繼旺等[6]采用小粒徑珊瑚沙代替粗骨料進行大量力學性能試驗，通過骨料粒徑和配合比制備出高強度珊瑚混凝土。

綜上所述表明，珊瑚混凝土與普通混凝土力學性能方面具有差異。珊瑚骨料具有多孔結構和低強度特點，國內外學者對珊瑚骨料的物理特性與各種混合配方比方面研究較多。但是關于不同粗骨料粒徑對珊瑚混凝土的力學影響研究較少。本文設置了五組不同粒徑的粗骨料，采用RMT-150 巖石壓力機進行靜態(tài)抗壓抗拉試驗，得出不同粒徑的珊瑚混凝土的靜態(tài)力學性能，研究成果為珊瑚混凝土工業(yè)化和國防化提供參考依據。

1 實驗概況

1.1 原材料及配合比

實驗所使用的材料包括：硅酸鹽水泥、礁灰?guī)r粗骨料、珊瑚礁砂細骨料、聚羧酸-高效減水劑、礦粉，粉煤灰、實驗用水為人工拌制海水。將礁灰?guī)r粗骨料篩分成5～10mm、10～16mm、16～20mm、20～25mm這4 個粒徑區(qū)間對其物理性能參數進行了測試，一般混凝土的配合比達不到實際工程需要，因此需要新的配合比，該實驗根據《輕骨料混凝土技術規(guī)程》（JGJ51-2002），結合國內外研究者對于珊瑚混凝土配合比的研究，最終確定了珊瑚混凝土的基本配比。本次實驗選用5～25mm粒徑的礁灰?guī)r粗骨料，5～10mm、10～16mm、16～20mm、20～25mm這4 個粒徑區(qū)間使用珊瑚混凝土基本配比進行配比。對照組選用連續(xù)級配珊瑚礁混凝土慣用的5～16mm粒徑。

1.2 試件制備

各物料按照配合比稱量后開始進行試件制作。本次實驗采用Φ50mm×100mm和Φ65mm×35mm圓柱體試件。首先測量珊瑚砂的吸水率，之后曬干稱重，將干燥的粗細骨料與剩余一半水混合進行攪拌，最后將剩余的水泥粉煤灰和減水劑倒入進行攪拌，攪拌完成后將珊瑚混凝土倒入模具中，采用振搗的方法進行澆筑混凝土，完畢后將試件放在室內放置24h，之后進行脫模對Φ50mm×100mm的圓柱體試件分別進行了7d 和28d 的養(yǎng)護，Φ65mm×35mm圓柱體試件進行28d的養(yǎng)護。

1.3 實驗內容及方法

本文為深入研究珊瑚混凝土的靜動態(tài)基本力學性能，采用了粒徑為5～10mm、10～16mm、16～20mm、20～25mm和5～16mm的礁灰?guī)r骨料制備試件。通過靜力學抗壓抗拉試驗得出了珊瑚混凝土的靜態(tài)抗壓抗拉強度。分析不同粒徑的粗骨料摻入會對珊瑚混凝土造成的力學性能影響。因此，本文研究將以下幾個角度進行深入探討：

⑴利用RMT-150 巖石力學實驗機，對不同粗骨料粒徑珊瑚混凝土進行靜態(tài)力學測試，研究摻入不同粗骨料粒徑珊瑚混凝土不同齡期（7d、28d）的抗壓抗拉強度以及一些基本物理參數，并繪制了趨勢圖得到了粗骨料粒徑珊瑚混凝土的靜態(tài)力學特性。

2 粗骨料粒徑珊瑚混凝土靜態(tài)力學性能研究

2.1 粗骨料粒徑珊瑚混凝土靜態(tài)抗壓強度測試

本次靜態(tài)力學實驗采用Φ50mm×100mm的圓柱體試件，共五組每組制作的試件個數為3 個。試件共15個。將試樣垂直放置在壓板中間，以0.02MPa/s 的速度均勻施加力，從而使得

試樣受到壓力發(fā)生變化，最終發(fā)生形變。其中，靜態(tài)抗壓強度的計算公式如⑴所示：

式中：fcu為試件的單軸抗壓強度；P為峰值荷載；A為試件的截面面積。

2.2 靜態(tài)抗壓強度實驗結果與分析

根據表1 和圖1 可以明顯看出7d 的珊瑚混凝土抗壓強度與28d 的抗壓強度有著較大的差距，伴隨著養(yǎng)護時間的增加，珊瑚混凝土的抗壓強度也隨之增加。不同粒徑粗骨料珊瑚混凝土抗壓強度也不相同，當粗骨料粒徑為10～16mm的時珊瑚混凝土的抗壓強度增長最快。28d 比7d 的抗壓強度分別提高了41.1%、42.7%、40.5%、36.3%和38.7%。與對照組J0 相比，小粒徑的粗骨料珊瑚混凝土抗壓強度增長速度高于后者大粒徑的。隨著珊瑚混凝土粗骨料粒徑的增大，珊瑚混凝土無論7d 還是28d的抗壓強度都出現下降的趨勢。

圖1 珊瑚混凝土抗壓強度折線圖

表1 珊瑚混凝土抗壓強度

2.3 粗骨料粒徑珊瑚混凝土準靜態(tài)抗拉強度測試

實驗也采用Φ65mm×100mm的圓柱體試件，共五組每組制作的試件個數為3 個。試件共計15 個。為了確保實驗的準確性，試件置在壓力機承壓板的中央，調節(jié)有球座的承壓板，使試件均衡受載，并使墊條與試件在同一荷心軸上。以0.02MPa/s 的速度增加，直到試件損壞停止。記下最大破壞載荷和加載過程中的變化情況，計算試件的抗拉強度如公式⑵所示：

式中fts混凝土靜態(tài)單軸抗；P為峰值荷載；A為試件的劈裂面面積。

2.4 靜態(tài)抗拉強度實驗結果與分析

從表2 和圖2 可得隨著養(yǎng)護時間的增加，珊瑚混凝土的劈裂抗拉強度也在增加。28d 比7d 的抗拉強度分別提高了35.2%、30.8%、33.6%、26.3%和36.2%。根據表2與圖2數據說明粗骨料的粒徑對珊瑚混凝土的劈裂抗拉強度有顯著影響，隨著粗骨料粒徑大7d與28d珊瑚混凝土呈下降趨勢。粗骨料粒徑為5～10mm時其抗拉強度最大為7.10MPa，粒徑為20～25mm時其抗拉強度最低為5.38MPa。摻入不同粗骨料粒徑的珊瑚混凝土力學性能發(fā)生了變化。

圖2 珊瑚混凝土抗拉強度折線圖

表2 珊瑚混凝土抗拉強度

3 結論

本文通過RMT-150 實驗機與SHPB 對五組不同粒徑粗骨料珊瑚混凝土試件進行靜態(tài)抗壓抗拉實驗與動態(tài)劈裂實驗并分析實驗數據。最后分析粗骨料粒徑對珊瑚混凝土靜動態(tài)力學性能與破壞性的影響。結論如下：

⑴通過靜力學實驗得到5～10mm、10～16mm、16～20mm、20～25mm和5～16mm5 組不同粒徑粗骨料珊瑚混凝土7d 和28d 抗壓抗拉強度數據，結果表明：珊瑚混凝土的抗壓抗拉強度均隨粗骨料粒徑的增大呈現出先增大后減小的趨勢。實驗組中無論7d 還是28d 粒徑為10～16mm的粗骨料粒徑混凝土抗壓抗拉強度增長最快。

⑵對粗骨料粒徑為5～10 mm、10～16 mm、16～20mm、20～25mm和5～16mm5 組不同粒徑粗骨料珊瑚混凝土進行動態(tài)劈裂實驗。對實驗數據進行整理分析得出珊瑚混凝土的動態(tài)抗拉強度均隨粗骨料粒徑的增大呈現出先增大后減小的趨勢。粗骨料珊瑚混凝土具有明顯的尺寸效應。