海砂资源制备高性能混凝土应用试验检测
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摘要：海洋资源丰富，使很多工程用海砂取代工程中传统河砂，配制高性能混凝土。本文针对利用海砂配制高性能混凝土的部性能及试验检测和对其影响因素、经济效益和社会效益进行讨论，得出了海砂资源配制的高性能混凝土性能指标。
关键词：海砂；高性能混凝土；试验；资源
Abstract: the ocean is rich in resources, make a lot of engineering project with sea sand replace traditional sand, preparation of the high performance concrete. This paper prepared by sea sand of high performance concrete department performance and test and the influence factors, economic benefit and social benefit discussion, obtained by sea sand resources of the high performance concrete performance indicators.
Keywords: sea sand; High performance concrete; Test; resources
中图分类号：TU37文献标识码：A 文章编号：
1． 引言
在新世纪的改革大潮中，随着我国建筑行业规模的日益壮大，砂作为建筑材料主要成分之一，其市场需求越来越大。目前大部分工程项目仍采用河砂，然而河砂资源有限，随着大量的开采其质量和产量都在下降，相应的价格也连年攀升，更甚者造成的环境破坏结果无法弥补，河砂资源的匮乏和恶意开采带来的危害已经影响到我国高速发展的城市建设。在此背景下，海砂的使用影响着建筑行业的发展，解决了资源上的难题，同时也带来了一些问题。海砂中含有大量的贝壳类杂质和大量的盐和氯离子，这些影响着所配制的混凝土的和易性、耐久性和强度等。利用海砂配制高性能混凝土对于我国经济建设有较好的社会效益和经济效益。
2． 建筑业海砂资源应用价值
市场上目前的天然河砂算上运至混凝土搅拌站的价格大约每吨50元，海砂淡化加运输等价格仅35元左右，每吨净节约60元。普通搅拌站按每年生产50万方混凝土计，每方用混凝土平均0.7吨，即可节约2000多万，经济效益可观。海砂取代河砂投入使用，一方面解决建筑大量用砂的需求同资源有限的矛盾，另一方面通过严格控制海砂级配更有利于保证高性能混凝土的品质（高性能混凝土包括强度性能），减少环境污染。使用海砂资源制备高性能混凝土势在必行，具有良好的经济效益和社会效益。
3． 海砂制备高性能混凝土中阻锈剂影响
海砂中往往含有氯盐和硫酸盐等，这些成分不仅影响混凝土的力学性能，对钢筋混凝土耐久性的影响很大，常常造成混凝土硫酸盐腐蚀、钢筋腐蚀和混凝土强度变化较大等。针对这些较河砂复杂的特性，海砂制备混凝土尤其是高性能混凝土中需采取多种手段，包括海砂中添加阻锈剂、海砂淡化处理以及掺加多种矿物掺合料等。常用的醇胺类阻锈剂对混凝土的抗裂性能、耐久性能和力学性能都有很大的影响。
表1 混凝土配合比 kg/m3
编号 水泥 粉煤灰 HLC阻锈剂 砂 中石 小石 水 减水剂
FA 292.5 97.5 606 824 353 156 5.07
IFA 292.5 97.5 11.7 606 824 353 156 4.82
很多专家利用淡化海砂进行了配制混凝土性能试验，得到了很多重要结论。上表1是其中较为成功的混凝土配合比设计。根据以上配合比的混凝土配方，采用对照试验，一组试件内添加HLC阻锈剂，另一组正常制备，成型养护28d后进行各项性能检测。力学性能方面，两个配比所得混凝土28d抗压强度都能够满足计算配合比C35混凝土强度要求。相比而言，添加阻锈剂的一组抗压强度有所提高，原因主要是阻锈剂中含有胺类物质促进水泥水化作用，早期水化速度快，减少了水泥石的孔隙率，从而提高混凝土的密实度，减少内部缺陷。根据试件实验观察发现，添加阻锈剂的混凝土抗变形能力增强，检测得到的混凝土极限拉伸值较高，弹性模量较低。加入HLC阻锈剂的混凝土抗裂系数大得多，从混凝土抗裂系数表2对照组表明抗裂能力提高了32%左右，具有更高的抗拉强度、更大的极限拉伸值和更小的自主提及变形性能。检测数据表明，加入HLC阻锈剂的混凝土密实度明显提高，同时，碳化实验得到的碳化深度减小，抗碳化能力提高，抗氯离子侵蚀能力也提高了，所以整体的耐久性较为优越。
表2 混凝土的抗裂系数试验
编号 RL/ MPa EL/ MPa εp/
εs/
抗裂系数 K /
FA 2.82 42800 70 262 17.1
IFA 2.90 41200 75 228 23.3
4． 海砂制备高性能混凝土氯离子钢筋锈蚀试验
高性能混凝土指具有高工作性、高抗渗性、高强度和长期稳定性的混凝土，作为河砂的替代品，海砂可以保证自身强度和工作性能，能配置强度和工作性能优越的混凝土。尽管淡化过程中贝壳和氯离子含量明显下降，海砂中不可避免存在的氯离子等物质严重影响着所制备的混凝土的耐久性性能，对海砂资源制备的高性能混凝土全面检测的同时必须重点分析氯离子钢筋锈蚀研究。
根据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》（GBT50082-2009）第十二章操作要求，按照直接测量被检钢筋的锈蚀面积及失重情况的方法，定性的进行海砂制备的高性能混凝土的氯离子钢筋锈蚀试验。混凝土仍采取前面所述配合比，选用二级钢，尺寸按照规范选取。配制好后，首先，在成型室养护24h后拆模；接着拆模后在端部刷毛，涂上不小于20mm厚的保护层砂浆；最后涂上保护层砂浆后的试件要经过潮湿养护24h后再移入标准养护室继续养护至28d龄期，养护完成后，进行定性观察氯离子钢筋锈蚀严重程度。
根据相关科研项目中的检测现象和所得到的数据证明，海砂资源可以制备高性能混凝土，但若技术和管理措施不严格就难以保证海砂的淡化效果和质量，造成不利影响。不同强度的高性能混凝土氯离子钢筋锈蚀情况差异明显，越高强度的混凝土检测得到的氯离子钢筋锈蚀严重程度越小，抗锈蚀性能越优越。骨料级配对高性能混凝土的氯离子钢筋锈蚀情况影响巨大，同样配合比的海砂制备混凝土，级配越合理，淡化程度越高，氯离子钢筋锈蚀严重程度越小，淡化工艺不健全生产的海砂不能用于工程建设。淡化海砂资源制备高性能混凝土的性能研究是个复杂的问题，耐久性影响因素从大的制备工艺到细节上的各个组分性质都是很深层次的。
5． 海砂制备高性能混凝土的应用及相关问题
自1997年淡化海砂概念提出以来，大量兴建的钢筋混凝土结构开始不得不采用海砂资源制备高性能混凝土，某沿海城市的年建筑工程用砂的650万吨中就有550万吨采用了海砂。迅速崛起的海砂应用市场开始出现一些问题，主要是价格和管理两个方面存在不足。一方面承包商追求利润具有盲目性；另一方面建筑市场竞争日益激烈，工程竞价严重，导致淡化海砂充河砂，甚至海砂充淡化海砂都有出现。海砂资源市场仍缺乏监管力度，市场秩序较为混乱，施工工艺和资源管理都存在不规范甚至不科学的现象。日本和德国在海砂应用方面有着大量的科学实验和工程实践经验总结，有着严格的使用和操作标准。首先就是学习有效地海砂有效的处理方法，第一，长时间的自然放置，一般至少2个月；第二，操作场地较小时，采用机械分级、离心，后用淡水处理；第三，用漏斗过滤；最后还有散水法处理。相关部门需借鉴国外理论条文，早日指定符合我国国情的国家标准，强制规范海砂使用市场，从海砂使用效率、节能减排和环境保护多方面制度化。由于海砂的腐蚀性特点，应加强功效强大的国产阻锈剂研制和商品化生产工作，对于含盐量超标的已建钢筋混凝土结构采取涂覆防渗阻锈剂的方法处理。最重要的还有加强工程人员及相关部门海砂使用防腐知识普及工作，增加学术交流和人才培训，提高工程综合素质。在节约资源满足可持续发展要求的前提下，努力提高工程质量，实现海砂制备高性能混凝土的经济高效和耐久化。
6． 结语
通过引入海砂可有效解决建筑行业在资源上对砂需求的难题，但在采用海砂配制高性能混凝土这必然涉及到较多技术难题，尤其是如何配制优质的高性能混凝土，其中牵涉到如何确保高性能混凝土的和易性、耐久性以及强度等。在海砂中加入HLC阻锈剂可有效提高混凝土密实度以及抗碳化能力，混凝土的耐久性得到提高；同时研究表明，由于海砂中的氯离子氯离子影响混凝土是其早强性能，更重要是其造成钢筋锈蚀），对海砂资源制备的高性能混凝土全面检测的同时必须重点分析氯离子抗渗性研究，但无疑随着混凝土的养护龄期增长，氯离子渗透性降低，通电量减少，抗渗性增强，粉煤灰和磨细矿渣也有增强高性能混凝土抗渗性能的作用。通过分析，笔者认为可以预测在节约资源满足可持续发展要求的前提下，应当尽可能地实现通过海砂制备高性能混凝土的经济高效和耐久化设想。
参考文献
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