珊瑚骨料预湿对混凝土力学性能的影响.pdf

2 0 1 1年 第 1期 (总 第 2 5 5期 ) N u mb e r 1 i n 2 0 1 1 ( T o t a l No 2 5 5 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 MATERI AI ， AND ADM I NI CI E d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 1 0 1 0 2 3 珊瑚骨料预湿对混凝土力学性能的影响 李林 ，赵艳林 1 1 ，吕海波 ，韩超 ( 1 广西大学 土木建筑工程学院，广西 南宁 5 3 0 0 0 4 ； 2 桂林工学院， 广西 桂林 5 4 1 0 0 4 ) 摘要： 随着南海开发的加速进行， 珊瑚碎屑这样一种天然的多孔状物质， 成为我国南海群岛这个特殊环境下混凝土粗骨料的一个重要 来源。研究了不同预湿状况下的珊瑚碎屑的吸水返水特性对混凝土力学性能的影响， 为珊瑚碎屑在混凝土中的使用提供科学依据。 关键词： 珊瑚 ；混凝土 ；水灰 比；预湿 中图分 类号 ： T U5 2 8 0 4 1 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) O 1 0 0 8 5 0 2 Cor al a ggr e ga t e pr e- we t on t h e me c han i c al pr ope r t i e s of c on c r e t e U L i n ， Z J - A0Y an一 一 ， L OHa i b o ， H A J VC h a o ( I C o l l e g e o f Ci l E n g i n e e r i n g a n d Ar c h i t e c t u r e ， Gu a n g x i U n i v e r s i t y ， N a n n i n g 5 3 0 0 0 4 ， C h i n a 2 G u i l in I n s t i t u t e o f Te c h n o l o g y ， G u i l i n 5 4 1 0 0 4 ， C h in a ) Ab s t r ac t ： W it h t h e a c c e l e r a t e d d e v e l o p me n t o f t he So u th Ch i n a S e a， c o r a l d e b ris s u c h a n a tural p o r o us ma t e ria l b e c o me a n i mp o rta n t s o u r c e o f c oa r s e a g g r e g a t e i n the So u t h Ch i n a S e a I s l ands tha t i s the s p e c i a l c i r c u ms t a n c e s Th i s s t u d y o f d i ffe r e n t p r e - we t c o n d i t i o n s o f t h e c o r a l d e b ris a b s o r b i n ga n db a c kt ot h ewa t e r c h a r a c t e ris t i c s o f t he m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s of c o n c r e t e ， f o r t h ec o r a l d e b ris i nthe c o n c r e t eu s e dt op r o v i d e s c i e n t i ficb a s i s Ke y wor d s ： c o ral ； c o n c r e t e； wa t e r - c e me n t r a t i o； p r e we t 0 引 言 我国中、 南 、 西沙群岛有大约 1 3 0余个岛礁， 绝大多数为珊 瑚礁构成。 根据南永一井钻孔资料， 珊瑚礁表面 0 1 7 3 m为松 散无胶结或弱胶结的珊瑚礁碎屑沉积， 珊瑚碎屑矿物成分主要 为文石和高镁方解石， 碳酸钙含量高 9 6 以上 1 J 。 珊瑚岛礁面积 一 般都很小 ， 但在茫茫大海中是极宝贵的陆地资源， 自然成为 海洋开发和海洋权益保护的立足点， 可建成现代的深海远洋渔 业、 海洋能源开发、 海底石油天然气资源开发、 旅游业、 交通运 输业及国防事业的依托和前方基地囝 。 随着南海开发和国防现代化建设的加速进行， 迫切需要建 设大型的土木工程。 这就需要大量的混凝土作为建筑用材。 在远 离陆地上千公里的岛礁 ， 首先遇到的难题是建筑用砂、 石材料 来源问题。 如果这些材料都千里迢迢从陆地运去， 不仅使工期拖 长， 而且还会使工程造价大大增加 ， 因此开展利用珊瑚礁碎屑 作为混凝土的骨料在工程上十分必要。 它对于加速开发南海诸岛 的进程有着十分重要的使用价值 3 。 珊瑚碎屑是一种多孔状物质， 在混凝土骨料分类上属于天 然轻骨料。 轻骨料与普通骨料不同之处是轻骨料内部含有大量 孔隙， 轻骨料中存在的孑 L 隙在混凝土搅拌过程中具有吸水作用， 而在轻骨料混凝土的硬化过程中又能排出一部分所吸收的水 分， 提供给水泥持续水化反应之用。 轻骨料这种能吸水和供水的 特点改变了骨料周边的局部水灰比， 即增加了骨料表面附近水 泥石的密实性 ， 同时减少或避免了骨料下面由于分层现象形成 的水囊 ， 提高了骨料与水泥浆的界面黏结力 。 由于珊瑚碎屑作为一种天然轻骨料， 其从水泥浆中吸收水分 收稿 日期：2 0 1 0 - 0 8 3 1 和向水泥石返水的特点， 使混凝土拌合物的性能及硬化后混凝土内 部结构发生变化 ， 从而导致混凝土宏观性能的变化 ， 因此 ， 有必要 研究珊瑚碎屑的吸水返水特性。 为珊瑚碎屑在我国南海群岛这个特 殊环境下的使用提供科学依据。 本试验选用鹿角珊瑚碎屑作为混 凝土的粗骨料， 研究分析其吸水返水特生 对混凝土强度的影n l tz 。 1 原材料 水泥： 广西华宏水泥股份有限公司古庙牌 P O4 2 5 级水泥。 粗骨料： 珊瑚碎屑， 形状不规则， 尺寸为2 5 c m左右， 密度 为 2 8 0 g i c m3 ， 见 图 1 。 图 1 珊瑚碎屑 细骨料： 普通中砂。 外 加剂 ： 减水剂 。 为了研究珊瑚碎屑的吸水返水特性 ， 对部分珊瑚碎屑进行 预湿处理， 既把部分珊瑚碎屑放在水中浸泡， 1 0 mi n后测量其含 水率为 1 2 3 ， 而饱和预湿后取出来测得含水率为 1 3 6 ， 在考 虑珊瑚碎屑含水情况下， 减少搅拌用水量， 进行配合比用水量 调整。 既试验的混凝土种类分为三种： 一类为珊瑚碎屑未预湿配 制的混凝土， 水灰比为 0 5 ； 第二类为珊瑚碎屑饱和预湿配制的 混凝土， 水灰比同样为 0 5 ； 第三类为珊瑚碎屑饱和预湿配制的 8 5 混凝土， 考虑珊瑚碎屑已经含有水分， 水灰比调整为 0 4 。 三种珊瑚混凝土配合 比具体如表 1 。 利用这个配合比， 共制作了 1 5 0m m 1 5 0 m mx l 5 0 mm试件 若干， 制作完成后， 在温度为( 2 o 3 ) 、 湿度 9 0 的环境下养护。 表 1 珊瑚混凝 土配合 比 2 预湿程度对混凝土强度的影响试验和分析 分别对 7 、 2 8 、 5 6d 3种珊瑚碎屑混凝土进行试验， 测得其表 观密度为 2 2 0 0 k g m， ， 采用 R MT 。 2 0 1 岩石与混凝土力学试验 系 统测量其立方体抗压强度。 不同预湿程度的珊瑚碎屑配制的混凝土立方体抗压强度 随龄期的发展规律见图 2 ， 由图2可见， 未预湿的珊瑚碎屑配制 的混凝土具有较高的早期强度 ， 而且早期强度明显高于普通混 凝土， 这主要是因为未预湿的珊瑚碎屑内部强烈的吸水作用， 从 混凝土水泥砂浆中的吸水使得珊瑚碎屑界面水泥砂浆的水灰 比( W C) 大 降低 幅度 ， 增 加界面黏结 强度 ， 界面 区结 构更为致 密， 导致未预湿的珊瑚碎屑混凝土早期强度较高。 养护姆期 d 图 2 珊瑚碎屑混凝土各龄期立方体抗压强度 对于后期混凝土的强度， 未预湿的珊瑚碎屑配制的混凝土后 期强度增长缓慢。 而对于预湿的珊瑚碎屑混凝土， 尽管在第 7天 强度较低 ， 但是此后强度增长较快， 这是因为珊瑚碎屑的预湿 程度高， 早期在混凝土内部的吸水作用越弱， 降低附近浆体水 灰 比的幅度越小 ， 于是水灰 比较 高 ， 内部水 化用水充足 ， 另外 ， 由于随着时间的延长， 水泥水化消耗水分， 水泥浆中相对湿度 逐渐降低， 当水泥浆中的相对湿度小于珊瑚碎屑中的相对湿度 时， 珊瑚碎屑中的水就会逐渐释放出来， 起到混凝土 自我养护 的作用， 使珊瑚碎屑界面处的水泥水化更充分。 混凝土内部这种 自我养护比依靠外界条件养护更有利更充分H ， 故预湿的珊瑚 碎屑混凝土在2 8 d 后其强度仍能持续增长。 且增长速度快于未 预湿的珊瑚碎屑混凝土。 通过试验发现， 对珊瑚碎屑进行预湿处理， 其混凝土强度 基本是始终低于未预湿的珊瑚碎屑混凝土。因为珊瑚碎屑吸水 率太强， 1 0 mi n的吸水率就几乎相当于其饱和吸水率， 预湿以后 珊瑚碎屑吸的水在以后养护过程中放出来， 在混凝土强度形成 的前 2 8 d的关键时期， 降低了混凝土的强度。 尽管后期预湿的珊 瑚碎屑混凝土强度的增长速度快于未预湿的珊瑚碎屑混凝土 ， 但是由于水化反应在 2 8 d内基本完成， 其增长的幅度是有限的。 此外 ， 本次试验 的水灰 比为 0 5 0 ， 如果按 照普通混凝 土强 度公式 ： R h = 0 4 6 R ( C W一 0 5 2 ) ( 1 ) 式中 ： 一混凝土的试配强度 ； 一 水泥强度； 86 c 灰水比， 即水灰比的倒数； 卜水泥 ； 水 。 把水灰比为0 5 0 代人式( 1 ) 中， 得到混凝土的强度为 2 9 V P a 左右， 而实际试验在养护 2 8 d后珊瑚碎屑未预湿的混凝土抗压 强度值为 4 6 V l P a 左右， 之所以出现这样大的差异， 是因为珊瑚 骨料是一种多孔材料 ， 有很强的吸水性， 在搅拌珊瑚混凝土的 时候， 大量的水被珊瑚骨料吸收了， 所以尽管试验中用水量大， 但是实际的水灰比并不大。 3结语 ( 1 ) 珊瑚碎屑吸水速率极快， 放在水中浸泡， 1 0 mi n 后测量 其含水率为 1 2 3 ， 而饱和预湿后取出来测得含水率为 1 3 ， 6 。 ( 2 ) 不论是珊瑚碎屑的含水率是多少 ， 其配制的混凝土强 度均高于同等水灰比的普通混凝土强度。这是因为珊瑚骨料是 一 种多孔材料， 有很强的吸水性， 在搅拌珊瑚混凝土的时候， 大 量的水被珊瑚骨料吸收了， 所以尽管试验中用水量大 ， 但是实 际的水灰比并不大 。 而且珊瑚碎屑中的水在混凝 土养护后期就 会逐渐释放出来， 起到混凝土 自我养护的作用， 使珊瑚碎屑界 面处的水 泥水化更充分 。 ( 3 ) 未预湿的珊瑚碎屑混凝土最终强度均高于预湿的珊瑚碎 屑混凝土。 在混凝土强度形成的前 2 8 d的关键时期， 未预湿的珊 瑚碎屑内部强烈的吸水作用， 使得珊瑚碎屑界面水泥砂浆的水灰比 ( w c ) 大降低幅度， 增加界面黏结强度， 界面区结构更为致密， 导 致未预湿的珊瑚碎屑混凝土在这 2 8 d 的重要时期强度增长显著。 ( 4 ) 未预湿的珊瑚碎屑配制的混凝土早期强度增长较饱和预 湿的珊瑚碎屑混凝土快， 而后期强度增长比较慢。 这是因为珊瑚碎 屑的预湿程度越高， 早期在混凝内部的吸水作用越弱， 于是骨料 附近水灰比较高， 早期强度就低。随着水泥浆中相对湿度逐渐降 低， 当水泥浆中的相对湿度小于珊瑚碎屑中的相对湿度时， 珊瑚碎 屑中的水就会逐渐释放出来， 起到混凝土自我养护的作用， 使珊瑚 碎屑界面处的水泥水化更充分， 所以， 后期强度增长较决。 参考文献 ： 【 1 】 孙宗勋南沙群岛珊瑚砂工程性质研究田热带海洋， 2 0 0 4 ， 1 9 ( 4 ) ： 1 - 8 2 赵焕庭， 宋朝景 ， 卢博 珊瑚礁工程地质初论一 新的研究领域珊瑚礁 工程地质 J 工程地质学报， 1 9 9 6 ( 3 ) ： 8 6 8 9 3 陈兆林， 陈天月， 曲勋明珊瑚礁砂混凝土的应用可行性研究 J 】 海洋 工程 ， 1 9 9 1 ( 8 ) ： 6 7 8 0 【 4 郑秀华， 张宝生 预湿程度对页岩陶粒混凝土显微结构及强度的影 响f J 1 材料工程， 2 0 0 5 ( 1 o ) ： 3 - 6 【 5 】5 户博， 李起光， 黄韶健海水一 珊瑚砂屑混凝土研究与实践 J 】 厂东建 材 ， 1 9 9 7 ( 4 ) ： 8 - 1 0 作者简介： 单位地址 - 联系电话 ： 李林( 1 9 6 9 一 ) ， 男， 讲师， 博士研究生， 主要研究方向： 混凝 土材料性能。 广西南亍市厂西大学土木建筑工程学院( 5 3 0 0 0 4 ) 1 3 1 3 2 9l 2 01 2