原材料对珊瑚砂混凝土抗压强度影响的试验分析

　　我国南海岛礁众多，珊瑚资源丰富。在岛礁工程建设中，混凝土施工就地取材，即利用珊瑚骨料代替传统砂石作为混凝土骨料并采用海水拌养，不仅能够大大节省工程造价，而且可以摆脱远距离海上运输的制约。我国早于 1988 年就有学者开始就珊瑚混凝土应用进行可行性研究，1997 年就在西沙某岛护岸、防波堤、防沙堤等水工工程以及一些道路工程中使用了海水拌养珊瑚礁砂混凝土;近年来，广西大学对珊瑚混凝土材料性能进行了深入系统的研究，所用珊瑚集料多采自近海岛屿(广西北海涠洲岛开挖的珊瑚礁)。为了研究利用珊瑚砂作细骨料、采用海水拌养的珊瑚砂混凝土的抗压强度，分析不同原材料对珊瑚砂混凝土抗压强度的影响，本文采用全因子试验的方法，设计了立方体抗压强度试验，试件所用水泥分别为普通硅酸盐水泥和抗硫酸盐水泥，细骨料分别为天然珊瑚砂和普通河砂，分别采用淡水和海水拌养，对采用不同原材料制作的混凝土试件的立方体抗压强度变化及其原因进行分析。
　　1混凝土原材料与试件制作
　　1.1混凝土原材料和配合比
　　试验所用 42.5 级普通硅酸盐水泥为唐山市大安水泥厂生产的风神牌水泥，所用 42.5 级抗硫酸盐硅酸盐水泥为淄博中昌水泥厂生产的中昌牌水泥。
　　试验所用淡水为普通自来水。海水为参照南海海水指标人工配制的海水。
　　2 试验结果对比分析
　　2.1 试验总体情况
　　针对三变量二因素，共制作了 24 组试件，其 28 天立方体抗压强度。
　　从试验中可以看出，试块在受压前期表现为延性破坏，在达到强度峰值后出现明显的竖向裂纹，继续施加压力则试件侧面迅速隆起剥落，试件整体破碎。
　　以下对不同品种水泥、不同细骨料，分别采用淡水和海水拌养试块的试验结果进行对比。
　　2.2不同品种水泥的试验结果比较
　　试验涉及珊瑚砂和海水，二者都含有较多的氯盐和硫酸盐离子，卢博提出[7,8]，使用抗硫酸盐水泥可以提高珊瑚混凝土抗压强度。本文分别采用普通硅酸盐水泥和抗硫酸盐水泥制作了混凝土试件，对比其抗压强度。
　　可以看出，抗硫酸盐硅酸盐水泥制作的试块强度与普通硅酸盐水泥相比，强度高约 10%。尤其在采用珊瑚砂制作的试件中更明显。
　　在混凝土中，硫酸盐与氢氧化钙反应生成硫酸钙，再与铝酸三钙反应生成高硫型水化硫铝酸钙，该物质含有 31 个结晶水，体积膨胀为原体积的 1.5 倍，使结构内部出现许多空隙，对于已经固化的水泥石具有较大的破坏作用。在抗硫酸盐水泥中，铝酸三钙的含量得到了限制，小于总量的 3%，使得结构内部微观空隙减少，强度提高。而珊瑚砂中含有较多盐分，所以抗硫酸盐水泥的强度提高效果更明显。
　　2.3不同细骨料的试验结果比较
　　珊瑚砂代替普通河砂可以节约工程成本，但是不能确定其工作性能和强度能否满足实际需要，所以按照相同的配合比，制作了珊瑚砂混凝土和普通河砂混凝土试件，进行强度对比。可以看出，河砂混凝土的强度明显低于珊瑚砂混凝土，而在拌和过程中也发现河砂混凝土坍落度过大，黏聚性差。这是因为珊瑚砂具有丰富的内部孔隙，一小时吸水率为 2.97%，较河砂高出很多，所以应对河砂混凝土的配合比进行调整。按照河砂和珊瑚砂一小时吸水率之差减少河砂混凝土用水量，得到河砂混凝土相对于相同净用水量珊瑚砂混凝土的等效配合比。
　　调整配合比后，河砂混凝土与珊瑚砂混凝土的等效配合比相当。河砂混凝土的工作性能明显提高，坍落度均值为 4.7cm，黏聚性良好。但珊瑚砂混凝土的强度仍比河砂混凝土高出 5%左右，因为珊瑚砂内部孔隙丰富，在拌和时吸收了大量水分，而在养护过程中又将水分释放，使水泥石水化反应更彻底，减少了水泥石与骨料接触面因水化反应而形成的空隙，提高了混凝土的密实度。 碳酸钙作为珊瑚砂的主要成分，自身强度并不低，而珊瑚砂强度较低是由孔隙较多导致的，在混凝土试件中水泥凝胶体填充了珊瑚砂的部分孔隙，使得其强度得到提高。在混凝土拌和过程中，受机械作用和粗骨料磨碾，部分珊瑚砂结构破碎，使得粒径减小，也进一步提高了水泥石性能。 所以在混凝土结构中，使用珊瑚砂代替普通河砂完全满足强度要求，而采用珊瑚砂的混凝土中，考虑到珊瑚砂较高的吸水率，应适当增加用水量，否则会造成混凝土拌和物干硬、黏聚性差等问题。
　　2.4淡水和海水拌养的试验结果对比
　　此前有部分学者对海水拌养混凝土进行了研究，认为海水拌养的素混凝土与淡水相比，强度相差不大，在安定性和标准稠度方面也没有明显差别。虽然试件出现泛霜现象，并且后期结构耐久性有一定降低，但只要控制施工质量就可以满足工程耐久性要求。并且在施工时应注意海水的清洁。
　　可以看出在使用普通硅酸盐水泥制作混凝土时，海水拌养比淡水拌养强度高约 5%，而抗硫酸盐水泥制作的试件中，是否为海水拌养则对强度影响相对较小。
　　海水的早强作用，主要是受海水中氯盐的影响，使得前期水泥水化反应加快，强度增长迅速，对后期强度影响不大，所以海水拌养的混凝土满足强度要求，施工时应注意海水清洁，避免海洋污物影响混凝土内部结构，降低强度。
　　3结论
　　对比试验结果发现，采用抗硫酸盐水泥较之采用普通硅酸盐水泥制作的混凝土，立方体抗压强度有所提高，但提高幅度不大;采用珊瑚砂制作的混凝土，不仅工作性能满足要求，强度也明显高于相同配合比的河砂混凝土，也高于使用等效配合比配制的河砂混凝土;海水拌养较之淡水拌养，混凝土具有早期强度高的特点，28 天强度则差异不大。 采用海水拌养的珊瑚砂混凝土，当水泥为抗硫酸盐水泥时，较之普通硅酸盐水泥，不仅具早强、黏聚性好等优点，而且满足中等强度等级混凝土的设计强度要求，可以认为其满足实际工程需要，可用于素混凝土或其他可以有效避免氯离子对钢材侵蚀的特殊结构型式。