摻合料對海水海砂混凝土強度的影響研究

嚴明 李迎濤 張于

(1.總裝備部后勤部華東辦事處，上海 200031; 2.后勤工程學院，重慶 401311)

目前，混凝土配制所用的砂和水主要是淡水和淡砂，它們的不斷消耗對資源和環境產生了很大的負面影響。而在遠離陸地淡水緊缺的海島上，修建混凝土工程時由于成本利益的需求以及海水海砂建材資源化的趨勢，很多時候不得不采用海水海砂來配制混凝土。利用海水海砂來配制混凝土，混凝土不僅會受到外界海水的侵蝕，同時由海水海砂帶來的有害鹽類也會對混凝土內部產生侵蝕，其結果可能產生各種不同程度的破壞，這種破壞在宏觀上反映為水泥石或水泥混凝土的破損、開裂、混凝土表面剝離等，同時還會引起水泥石或水泥混凝土強度下降以及混凝土中的鋼筋發生銹蝕。由此對混凝土拌合物的工作性能，混凝土硬化后的強度、變形和耐久性均會產生較大的影響，尤其是海水海砂配制的混凝土強度問題，一直是受到廣泛關注的研究課題。

因此，摻合不同摻合料到海水海砂混凝土中，以此來提高海水海砂混凝土的長期強度，并進行了不同原材料配比、不同養護方式和不同齡期條件下的強度試驗，旨在為海水海砂拌制混凝土提供技術參考資料。

1 試驗方案

1)原材料。水泥采用42.5R級普通硅酸鹽水泥。河砂的細度模數為2.2，海砂的細度模數為2.1，碎石粒徑為5 mm～20 mm。粉煤灰的比表面積為4 578 cm2/g，表觀密度為2.87 g/cm3。礦渣的比表面積為8 066 cm2/g，表觀密度為2.92 g/cm3。減水劑采用萘系高效減水劑，摻量為0.5%，減水率為22%～25%。拌合水采用淡水(自來水)和海水。

2)配合比。考慮目前大部分土木工程所用的混凝土流動性比較大，結合目前預拌混凝土實際使用配合比，采用的膠砂和混凝土配合比如表1，表2所示。

表1 膠砂強度試驗配合比

3)試驗方法。通過不同原材料、不同配合比、不同養護環境條件下膠砂試件和混凝土試件強度變化來評定海水海砂對混凝土強度的影響，養護方式選擇標準養護、淡水干濕交替養護、海水浸泡以及海水干濕交替養護共四種。其中，干濕交替養護為標準養護28 d后，浸泡6 h，自然滴干1 h，60℃烘干16 h，冷卻1 h。

表2 混凝土強度試驗配合比

2 結果與討論

對原材料配比、不同養護條件和不同齡期下的膠砂試件進行了強度試驗，抗壓強度測試結果表明，采用海水海砂配制的試件在標準養護條件下，其早期強度比采用淡水中砂配制的試件高，同時采用海水中砂配制的試件強度也較高。這主要是由于海水中含鹽量較大，而這一部分鹽類摻入到試件中起到早強劑的作用，因此試件的早期強度與帶入到試件內部的鹽類含量有很大關系，帶入的鹽多，早期強度高，帶入的鹽少，早期強度低。

強度試驗結果還表明，采用海水海砂配制的試件在標準養護條件和淡水干濕交替養護下，后期強度均出現明顯的下降趨勢。而采用淡水中砂配制的試件在海水浸泡和海水干濕交替養護下后期強度也都出現較為明顯的下降趨勢，其中在海水干濕交替養護下，采用淡水中砂配制的試件90 d的強度不到海水海砂配制的試件的70%，這主要是因為在海水作用下，海水中鹽類離子向試件內遷移，在毛細孔內產生較大的結晶壓，導致試件強度的下降。而采用海水海砂配制的試件在海水情況下，由于環境內外濃度差較小，遷移速度較小，毛細孔壓力較小，強度基本沒有下降。但在淡水情況下，采用海水海砂配制的試件內的鹽類離子向外遷移，在干濕交替的作用下，鹽類離子不斷結晶和溶解，在毛細孔內產生較大的結晶壓，導致試件強度下降。

海水海砂拌制混凝土與淡水中砂拌制混凝土在標準養護條件下各齡期的抗壓強度對比結果表明，采用海水海砂拌制混凝土在180 d以內各齡期的強度均高于采用淡水拌制的混凝土各齡期強度，但后期強度增長趨勢減緩，甚至不再增長。而海砂與中砂對混凝土的強度的影響較小，采用海砂與中砂拌制的混凝土的各齡期強度基本相同。這與海水中所含的鹽類離子較多，而海砂中所含的鹽類離子較少有關。

摻和了粉煤灰、礦渣等摻合料的混凝土在標準養護條件下各齡期的抗壓強度對比結果表明，摻加摻合料的海水海砂混凝土的早期強度比不摻摻合料的海水海砂拌制的混凝土的強度偏低，這主要是由于摻加摻合料后，水泥用量減小，摻合料二次反應較晚。但摻加摻合料后的海水海砂混凝土的后期強度下降趨勢明顯延緩，甚至略有增長，其中摻加礦渣的海水海砂混凝土后期強度增長趨勢最為明顯，而摻加粉煤灰的海水海砂混凝土后期強度增長量是最大的。

3 結語

采用海水海砂配制混凝土在海島混凝土工程中是可行的，其早期強度和后期強度均比采用淡水中砂配制的混凝土高。通過干濕交替加速養護強度試驗，采用海水海砂配制的混凝土沒有出現明顯的強度下降。摻加摻合料后的海水海砂混凝土的后期強度下降趨勢明顯延緩，其中摻加礦渣的海水海砂混凝土后期強度增長趨勢最為明顯，而摻加粉煤灰的海水海砂混凝土后期強度增長量是最大的。

［1］ 楊松森，戰洪艷，趙鐵軍.沿海新建混凝土建筑的耐久性［J］.海岸工程，2002，3(21)：66-70.

［2］ 高潤東，趙順波，李慶斌.復合因素作用下混凝土硫酸鹽侵蝕劣化機理［J］.建筑材料學報，2009，12(1)：41-46.

［3］ 劉 軍，董必欽，邢 鋒.海砂氯離子與水泥膠體結合的模擬試驗與結合機理［J］.硅酸鹽學報，2009，37(1)：862-868.

［4］ 吳 敏，施惠生.礦物質摻合料對混凝土性能的影響［J］.新型建筑材料，2007，34(5)：10-13.