崔海軍

(揚州工業(yè)職業(yè)技術學院 建筑工程學院， 江蘇 揚州 225127)

隨著建筑行業(yè)的大力發(fā)展，部分地區(qū)出現(xiàn)了細骨料(細砂)等材料短缺現(xiàn)象，而海砂材料則儲量較多并且成本較低，不少研究者對海砂混凝土進行了研究。漆貴海等[1]分析了近年來中國國內在海砂混凝土研究方面取得的進展和成果，指出了海砂混凝土研究中一些亟待解決的問題；施養(yǎng)杭等[2]揭示海砂對混凝土結構耐久性的不良影響；黃華縣等[3]通過將河砂浸泡在氯化鈉溶液中來模擬海砂，測定其抗折強度、抗壓強度和氯離子擴散系數(shù)；李雁等[4]采用五因素、四水平的正交試驗設計方法對高性能化海砂混凝土的配合比進行了試驗；蘇卿等[5]定量分析了河砂和海砂混凝土受氯鹽侵蝕后，氯離子在混凝土中的含量與分布；蔣真等[6]對海砂混凝土和淡化海砂混凝土進行了加速碳化試驗；冷發(fā)光等[7]對海砂混凝土應用技術的若干要點進行了闡述；殷惠光等[8]通過對氯鹽侵蝕及長期彎曲荷載協(xié)同作用下海砂混凝土梁的耐久性進行了試驗研究；卞立波等[9]通過海砂混凝土不同條件下力學性能和耐久性的測試，對海砂高強混凝土中的鋼筋銹蝕能力進行了研究；劉偉等[10]通過硫酸鹽干濕循環(huán)試驗，對比研究了采用不同砂配制的混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能；毛江鴻等[11]對海砂海水澆筑的鋼筋混凝土板進行了雙向電滲試驗；陳良輔等[12]探討了摻合料與耐蝕劑對于內摻型富氯海砂混凝土的適用性與可行性；程琤等[13]得出30%～40%的海砂摻合比對泵送混凝土的和易性最優(yōu)；秦斌[14]得出海水和海砂中的鹽分以及海砂的砂質等對混凝土的抗壓強度與劈裂抗拉強度基本沒有不良影響。

上述研究者通過對海砂混凝土進行分析，得出了海砂材料中含有侵蝕性離子，會對混凝土的性能造成破壞等結果。因此為了提高海砂混凝土的性能，擴展海砂混凝土的使用用途，在混凝土中摻入活性纖維也是可行措施之一。該文配制3種不同海砂含量的海砂混凝土，并在混凝土中摻入不同含量的聚丙烯纖維，來分析兩種變量對混凝土耐久性性能的影響，以便得到最佳配合比，為綠色環(huán)保混凝土的研發(fā)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 原材料

水泥：采用山東某公司生產(chǎn)的P.O42.5R水泥，其化學成分如表1所示。

表1 水泥化學組成 %

細砂：石家莊某公司生產(chǎn)；淡化海砂：重慶某公司生產(chǎn)；石：上海某公司生產(chǎn)；聚丙烯纖維：天津某生產(chǎn)；水：蒸餾水；根據(jù)上述基本原材料，對混凝土進行配制，其中海砂的摻量分別為0%、50%和100%，聚丙烯纖維的摻量分別為0、0.5%、1%和2%，其配合比如表2所示。

表2 混凝土配合比

1.2 試驗方法

根據(jù)混凝土耐久性測試標準，制備混凝土的標準試件，并將混凝土放在自然養(yǎng)護條件下進行養(yǎng)護，環(huán)境溫度約為25 ℃，相對濕度在90%以上。養(yǎng)護后對混凝土進行耐久性性能測試。

2 結果與討論

2.1 電通量的變化

對不同海砂摻量和纖維摻量的混凝土試塊進行抗氯離子侵蝕性測試，得到電通量的變化規(guī)律見圖1。

圖1 電通量的變化

從圖1可以看出：① 在纖維摻量一定的情況下，隨著海砂摻量的增加，混凝土的電通量也逐漸增加，并且增加速率隨著海砂摻量的增多而逐漸增加。這是因為海砂中含有一定量的氯離子，而氯離子具有一定的腐蝕性，從而隨著海砂摻量的增加，混凝土電通量逐漸增加;② 當海砂摻量一定時，隨著纖維摻量的增加，混凝土的電通量逐漸減小，其降低速率隨著纖維摻量的增多而呈逐漸減小的趨勢。這是因為纖維能夠填補混凝土空隙，并促進水泥的火山灰反應，降低混凝土的滲透系數(shù)。因此，纖維的摻入提高了抗氯離子侵蝕的能力，降低了混凝土的電通量；③ 對比試驗數(shù)據(jù)可知：普通混凝土的電通量為634 C，則當海砂摻量為50%時，需要在該混凝土中摻入1%的聚丙烯纖維來彌補海砂對混凝土的不利影響，此時混凝土的電通量為631 C；而當海砂摻量為100%時，則需要更多的聚丙烯纖維來彌補海砂對混凝土的不利影響。從經(jīng)濟性和環(huán)保性的角度綜合考慮，建議選取海砂占比50%、纖維摻量1%的材料來制備環(huán)保型混凝土。

2.2 滲水高度的變化

對不同海砂摻量和纖維摻量的混凝土試塊進行抗水滲透性性能測試，得到滲水高度的變化規(guī)律見圖2。

圖2 滲水高度的變化

從圖2可以看出：① 在纖維摻量一定的情況下，隨著海砂摻量的增加，混凝土的滲水高度逐漸增加，并且增加速率隨著海砂摻量的增多而逐漸增加。這是因為海砂中的氯離子具有較強的侵蝕性，與水泥中化學成分發(fā)生反應，生產(chǎn)氯化鹽化合物，從而降低混凝土的密實性，導致混凝土的空隙率增加，進而抗?jié)B性能下降；② 當海砂摻量一定時，隨著纖維摻量的增加，混凝土的滲水高度逐漸減小，其降低速率隨著纖維摻量的增多而呈逐漸減小的趨勢。這是因為纖維的比表面積相對于水泥、砂石等材料要小得多，因此纖維能夠填充混凝土的內部結構，提高混凝土的抗?jié)B性；③ 對比試驗數(shù)據(jù)可知：普通混凝土的滲水高度為26 mm，則當海砂摻量為50%時，需要在該混凝土中摻入1%的聚丙烯纖維來彌補海砂對混凝土的不利影響，此時混凝土的滲水高度為26 mm；而當海砂摻量為100%時，則需要更多的聚丙烯纖維來彌補海砂對混凝土的不利影響。從經(jīng)濟性和環(huán)保性的角度綜合考慮，建議選取海砂占比50%、纖維摻量1%的材料來制備環(huán)保型混凝土。

2.3 碳化深度的變化

對不同海砂摻量和纖維摻量的混凝土試塊進行抗碳化性性能測試，得到碳化深度的變化規(guī)律如圖3所示。

圖3 碳化深度的變化

從圖3可以看出：① 在纖維摻量一定的情況下，隨著海砂摻量的增加，混凝土的碳化深度也逐漸增加，并且增加速率隨著海砂摻量的增多而逐漸增加。這是因為海砂中的氯離子為活性離子，會對混凝土的孔隙結構造成腐蝕破壞，從而使得混凝土的抗碳化性能降低；② 當海砂摻量一定時，隨著纖維摻量的增加，混凝土的碳化深度逐漸減小。這是因為纖維能夠與水泥發(fā)生微集料復合效應，改善了硬化漿體以及骨料-漿體過渡區(qū)的孔結構，使得二氧化碳在纖維混凝土中的擴散變慢，提高了混凝土的抗碳化性能；③ 對比試驗數(shù)據(jù)可知：普通混凝土的碳化深度為18 mm，則當海砂摻量為50%時，需要在該混凝土中摻入1%的聚丙烯纖維來彌補海砂對混凝土的不利影響，此時混凝土的碳化深度為18 mm；而當海砂摻量為100%時，則需要更多的聚丙烯纖維來彌補海砂對混凝土的不利影響。從經(jīng)濟性和環(huán)保性的角度綜合考慮，建議選取海砂占比50%、纖維摻量1%的材料來制備環(huán)保型混凝土。

3 結論

該文以不同海砂比例、纖維摻量作為兩種變量，配制混凝土。并對混凝土進行3種耐久性性能試驗，得到了電通量、滲水高度和碳化深度與海砂比例、纖維摻量之間的相關關系，所得結論如下：

(1) 當纖維摻量一定時，隨著海砂摻量的增加，混凝土耐久性性能(電通量、滲水高度和碳化深度)迅速降低。

(2) 當海砂摻量一定時，隨著纖維摻量的增加(0～2%)，混凝土耐久性性能(電通量、滲水高度和碳化深度)緩慢提高。

(3) 當混凝土中存在海砂時，可以通過摻入一定量的纖維來彌補海砂對混凝土的不利影響。