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?? 《混凝土》杂志2015年第11期转载请注明出处及作者
1、 引言随着海洋经济的发展，势必要兴建许多海洋和港口建筑物和构筑物，大量的土建工程，混凝土用量可观，如果采用传统的混凝土，需要从内陆运输大量的河沙和淡水，一方面影响建设工期，同时增加建设成本，而且对于一些距离内陆比较远的岛屿建设，大量砂、水等混凝土材料的运输也非常困难，于此同时，对于这些海岛或沿海地区，有大量的海砂和海水资源可用，如果可以利用海砂海水配制混凝土，对满足海洋经济发展和海岛国防建设具有非比寻常的意义。 海砂作为建筑用砂存在两面性。一方面用海砂取代或部分取代河砂，可以缓解河砂缺乏现象，“变废为宝”，是利国利民的；另一方面，海砂中含盐，对钢筋混凝土有破坏作用。钢筋混凝土结构如果必须使用海砂时，首先要严格进行除盐处理，使其达到合格后才能使用。但是，由于未经处理的海砂的价格仅为河砂的1/3~1/4[1]，而按照各国规定对氯离子含量超标的海砂进行淡化处理不仅费时费力，而且会导致成本大幅提高，这使得在某些建筑结构施工中，以公开或隐蔽的方式使用未经处理的海砂，导致建筑物成为了“海砂屋”，比较出名的事件有台湾“海砂屋”事件[2]。 韩国曾有过滥用海砂的时期，许多建筑物先后出现问题。其中震动最大的事件是汉城“三丰大厦”的突然垮塌，20人死亡，615人受伤[3]，主要原因之一就是在建造时使用了不合格海砂。在日本西部有80%到90%的细骨料是采用海砂，而且存在没有用淡水处理的海砂，导致钢筋快速锈蚀[4]。这一点在日本有关震后房屋倒塌因素调查中得到了证实[5]。在英国有11%的细骨料是采用海砂，而在英国的东南部和南部有90%以上是采用海砂作为细骨料[6]。 近年来，FRP（fiber reinforced polymer）复合材料在土木工程领域得到了越来越多的应用，特别是2011年6月1日起开始实施的《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》的颁布，推动了FRP材料在建设工程中的使用。与钢材等建筑材料相比，FRP复合材料具有轻质、高强、耐腐蚀能力强等众多优点，在海岛和沿海建筑中若能采用FRP筋、FRP型材、海砂、海水组成的FRP混凝土结构代替传统钢筋混凝土结构，便能就地取材，省去运输费用、节约淡水资源，同时可节省钢筋锈蚀等维护费用。 为早日推广FRP海砂海水混凝土结构在工程中的应用，本文研究了含盐量和贝壳含量对混凝土和易性和强度的影响，研究了海砂海水混凝土的抗渗和碳化性能，并与传统混凝土进行了比较。 2、 海砂海水混凝土力学性能试验2.1试验材料 本次试验粗骨料选用级配良好的花岗岩碎石，最大粒径31.5mrn，最小粒径5mm，含泥量0.5%，表观密度为2623kg/m3。选用钱江水泥厂生产的P.042.5普通硅酸盐水泥，28d抗压强度为46.8MPa。 细骨料：对普通素混凝土采用普通河砂，含泥量1.5%，细度模数3.1，表观密度为2611kg/m3；海砂海水混凝土采用浙江舟山地区具有区域代表性的海砂，取样点属于中国东海海域，采砂地点为近庆丰码头海域，海砂中氯离子、硫酸根离子、贝壳含量、含泥量等见表2-1所示。 普通混凝土选用不含有影响水泥正常凝结、硬化物质的饮用水。海砂海水混凝土选用舟山地区海水，海水中各组分的含量见表2-2所示。 表2-1 海砂中氯离子、硫酸根离子和总含盐量 Table 2-1 Content of chloride ion, sulfate ion and total salt in sea sand
表2-2海水中氯离子、硫酸根离子和总含盐量 Table 2-2 Content of chloride ion, sulfate ion and total salt in sea water
2.2 试块制作 配置C30、C40、及C50三种不同强度等级的混凝土进行试验研究，配合比见表2-3所示，在每一强度等级的混凝土中，分别配置多组不同贝壳含量和含盐量的海砂海水混凝土试块，测定混凝土拌合物性能、抗压强度技术指标，并与同一强度等级下的普通混凝土进行比对，以此来分析含盐量、贝壳含量对混凝土性能的影响。 试件尺寸为150mm×150mm×150mm的标准立方体试件，在空气中养护24h后拆模，拆模后试件无明显孔洞、蜂窝。并移至标准养护箱养护28天，（养护条件：温度20±2℃，湿度95%）养护完毕后混凝土于空气中静置2天，使混凝土表面水分蒸发，混凝土达到自然干燥状态后，进行后续试验。 结 论（1）随着海水掺量的增加，即含盐量的增加，混凝土的坍落度近似线性增大，流动性变大，粘聚力变差。 （2）随着贝壳掺量的增加，海砂海水混凝土的坍落度都逐渐变小，保水性变差。因此，在配置海砂海水混凝土时，为保证良好的和易性能，应适当增加砂率和拌合水用量，尽量选用贝壳含量较少的海砂作为混凝土原材料。 （3）含盐量的增加，对海砂海水混凝土强度影响不大，但是与传统混凝土相比，海砂海水混凝土早期强度有所下降，下降幅度在20%左右，随着龄期的增加，最终海砂海水混凝土强度与传统混凝土强度相当。 （4）贝壳含量对混凝土的强度有一定的影响，但不显著，贝壳含量的增加，混凝土抗压强度有减小的趋势。相比较而言，在相同条件下，贝壳含量对混凝土强度等级高的混凝土（如试验中C50海砂海水混凝土）强度影响要明显些，贝壳的存在使得高等级混凝土强度较传统同等级素混凝土强度缩水较大。 （5）在利用海砂海水配制混凝土，应延长混凝土养护的时间，保证混凝土达到要求强度，此外，海砂在使用前应过5.0 mm 筛，筛去5.0 mm以上的颗粒。这样可以降低贝壳含量，保证混凝土性能。 （6）优选海砂海水混凝土的抗渗性在相同条件下要稍好于普通素混凝土，这主要是由于混凝土中的盐分结晶导致混凝土孔隙变小，混凝土变密实，提高了混凝土的抗渗性能，这对将海砂海水混凝土运用于沿海城市，水利工程的目标无疑是有利的，因此，本试验的结果为海砂海水在工程建设中应用提供了实践依据。 （7）在与普通素混凝土3d、7d、14、28d的碳化深度对比中，优选海砂海水混凝土的抗碳化能力在碳化初期略差于传统混凝土，后期要强于传统混凝土，对此，海砂海水混凝土需要较长养护龄期的原因可能对试验结果影响较大，但根据碳化后期海砂海水混凝土的抗碳化性能依然强于传统混凝土，可以推断，海砂海水混凝土的抗碳化能力要强过传统混凝土，海砂海水混凝土抗碳化的性能不仅阻碍二氧化碳对混凝土的入侵，也会阻碍其他对混凝土有害的离子，物质的入侵，间接的提高了混凝土的耐久性，在后期与FRP筋不考虑筋的腐蚀情况下结合使用，更能发挥出其性能的优势。 |
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