賴貴才

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司深圳分公司）

0 引言

隨著全球城市化建設(shè)的迅速發(fā)展，混凝土結(jié)構(gòu)被大量地運(yùn)用。作為混凝土的主要原材料，河砂和淡水每年消耗量達(dá)到數(shù)十億噸，造成世界許多地區(qū)面臨著河砂及淡水資源短缺、河流決堤、河床失穩(wěn)等與人民大眾息息相關(guān)的問題。人們逐漸把目光轉(zhuǎn)向廣袤的海洋資源，開始利用豐富的海水資源和海砂資源來制作水泥基材料。因?yàn)槔煤Ｋ秃Ｉ皝碇苽渌嗷牧喜粌H可以帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保價(jià)值，而且還能解決建設(shè)遠(yuǎn)洋島嶼過程中材料運(yùn)輸困難等問題，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)對于海水、海砂在水泥基材料當(dāng)中的應(yīng)用進(jìn)行了較為廣泛的研究。但大部分學(xué)者是運(yùn)用自制的海水、淡化后的海砂進(jìn)行試驗(yàn)研究。而針對運(yùn)用原態(tài)的海水、海砂進(jìn)行制備水泥基產(chǎn)品的研究仍十分匱乏。本文分別制備淡水與海水的凈漿，并對兩種凈漿進(jìn)行迷你坍落擴(kuò)展度試驗(yàn)及立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)研究，分析海水對硅酸鹽水泥漿體立方體抗壓強(qiáng)度的影響。

1 試驗(yàn)原材料

為了能夠真實(shí)反映原態(tài)海水對普通硅酸鹽水泥的影響。本章試驗(yàn)原材料為：

⑴水泥：42.5R 普通硅酸鹽水泥（OPC），表觀密度為3080kg/m3。

⑵淡水：采用廣州自來水，在26℃下測得淡水密度為995.98kg/m3。

⑶海水：取自深圳大梅沙的原態(tài)海水，密度在26℃下測得，密度為1012.48kg/m3。除此以外還委托中國科學(xué)院廣州化學(xué)研究所分析測試中心通過ICP-MS 測試儀器對試驗(yàn)所用淡水以及海水的化學(xué)成分進(jìn)行測定，如表1 所示，并與規(guī)范[1]中的人造海水的化學(xué)成分作對比，可以發(fā)現(xiàn)，原態(tài)海水主要離子含量與規(guī)范當(dāng)中的人造海水相近，說明原態(tài)海水具備較好的代表性。

表1 淡水海水化學(xué)成分

2 配合比設(shè)計(jì)

在本試驗(yàn)當(dāng)中，為方便與文章[2]做對比，并且更好地了解原態(tài)海水對于硅酸鹽水泥的影響，減少水灰比對試件抗壓強(qiáng)度等試驗(yàn)結(jié)果所帶來的影響。在其試驗(yàn)基礎(chǔ)上，本試驗(yàn)所設(shè)計(jì)水灰比（質(zhì)量比）統(tǒng)一為0.48，具體配合比如表2 所示。

表2 凈漿體配合比

3 凈漿拌制步驟及試件制作

本試驗(yàn)中凈漿的拌制參考規(guī)范ASTM C305-14《Standard Practice for Mechanical Mixing ofPastes and Mortars of Plastic Consistency》[3]，用15L 小型攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，然后裝模，詳細(xì)制作步驟如下：

⑴將攪拌葉片和攪拌鍋擦拭干凈并晾干；

⑵然后將所需用水全部倒入攪拌機(jī)中；

⑶把所需水泥全部倒入攪拌機(jī)中，倒入后等待30s，讓水泥把水充分吸收；

⑷啟動攪拌機(jī)，攪拌60s；

⑸停止攪拌15s，同時(shí)將鍋壁和攪拌葉上的水泥漿體刮入鍋中；

⑹啟動攪拌機(jī)，攪拌120s；

⑺然后將凈漿裝入模具中，用振搗臺進(jìn)行振實(shí)，在振搗期間，用泥刀把試件表面氣泡刮去，并且抹平；

⑻制模完成后，用塑料薄膜將其表面蓋住，起到保持濕度的作用，放置24h 后脫模，最后放進(jìn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)，每天灑水養(yǎng)護(hù)。

4 試驗(yàn)方法

4.1 迷你坍落度擴(kuò)展度試驗(yàn)

迷你坍落擴(kuò)展度試驗(yàn)是由Okamura 和Ouchi[4]提出。該試驗(yàn)所需用到的儀器有：迷你坍落擴(kuò)展度筒、兩根鐵板、光滑平整不吸水的平板、兩把直角鋼尺、一把直尺、抹刀以及抹布，試驗(yàn)儀器以及迷你坍落度筒尺寸如圖1 所示。

圖1 迷你坍落度擴(kuò)展度測試筒

漿體的坍落度通過測量漿體坍落后下降高度獲得。擴(kuò)展度是通過測量坍落漿體的最大擴(kuò)展直徑和與之垂直的直徑獲得，測量結(jié)束后，需要對這兩者取平均值，再將此平均值與筒底部直徑作差得到擴(kuò)展度。坍落后的漿體拌合物形狀越接近圓形，說明漿體越接近均質(zhì)。所以，通過該試驗(yàn)?zāi)苤庇^地判斷漿體拌合物的流動性。

具體試驗(yàn)步驟如下：

⑴用兩根鐵板把迷你坍落擴(kuò)展度筒固定在不吸水的光滑、平整平面上（本試驗(yàn)采用瓷磚平面）。

⑵緩慢地將新拌漿體倒入坍落擴(kuò)展度筒中，直至筒被填滿，用抹刀把筒頂面多余漿體抹去，然后把頂面漿體抹平。另外，還需用抹布將坍落擴(kuò)展度筒周圍掉落的漿體擦掉。

⑶緩慢地把筒提起，提起的過程中需保持豎直方向不變，待筒完全提起后，漿體會發(fā)生坍落并向四周流動擴(kuò)展，直到漿體完全停止流動后再進(jìn)行下一個(gè)步驟。

⑷首先用直尺測量漿體的下降高度，精確至0.1mm。然后將兩把直角鋼尺沿漿體擺放好，兩者需相互垂直。當(dāng)坍落漿體呈圓餅狀，測量漿體兩個(gè)方向的直徑，精確至1mm，對這兩個(gè)直徑數(shù)據(jù)取平均值即為擴(kuò)展度。若為不規(guī)則圓形，則需再取對角線方向測量兩次，取其平均值。

4.2 立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

本章節(jié)中凈漿立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)參考ASTM C109-16《Compressive Strength of Hydraulic Cement Mortars》[5]當(dāng)中的規(guī)定，以及為了方便本次試驗(yàn)以及后續(xù)試驗(yàn)的開展，凈漿立方體抗壓試件尺寸采用40mm×40mm×40mm。分為海水凈漿和淡水凈漿兩組，每組分為7 天、28 天、90 天三個(gè)齡期，每個(gè)齡期有3 個(gè)試件用于凈漿立方體抗壓試驗(yàn)。養(yǎng)護(hù)到試驗(yàn)齡期前一天時(shí)，將試件從養(yǎng)護(hù)室取出，將表面的水分擦干，然后進(jìn)行自然風(fēng)干，使試件充分干燥。加載速度控制在0.9kN/s，凈漿抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)器采用YAW-300C 型號抗折抗壓試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行加載測試。

5 試驗(yàn)結(jié)果及分析

5.1 迷你坍落擴(kuò)展度結(jié)果

兩組凈漿的迷你坍落度和擴(kuò)展度均測試兩次，并且取兩次測試結(jié)果的平均值作為最終結(jié)果，坍落度結(jié)果如表3 所示，其坍落擴(kuò)展度結(jié)果如表4 所示。其實(shí)際坍落擴(kuò)展情況如圖2 所示。通過結(jié)果可以看出，海水凈漿的坍落度與擴(kuò)展度相較于淡水凈漿均偏低，所以海水凈漿的流動性比淡水凈漿的流動性要差一些，但兩者的坍落擴(kuò)展形狀均接近圓餅狀，偏均質(zhì)。

表3 新拌凈漿體坍落度

表4 新拌凈漿體坍落擴(kuò)展度

圖2 凈漿擴(kuò)展形狀圖

5.2 立方體抗壓強(qiáng)度結(jié)果

凈漿立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如表5 和圖3 所示，從結(jié)果可以得知，在7 天、28 天、180 天這三個(gè)齡期中，每一組凈漿強(qiáng)度的數(shù)值波動均較小。在這三個(gè)齡期當(dāng)中，海水凈漿的立方體抗壓強(qiáng)度均明顯高于淡水凈漿。7天齡期中海水凈漿強(qiáng)度較淡水凈漿強(qiáng)度高18.20%（與淡水凈漿強(qiáng)度的百分比值），28 天齡期中海水凈漿強(qiáng)度較淡水凈漿強(qiáng)度高15.80%，在180 天齡期中海水凈漿強(qiáng)度較凈漿強(qiáng)度高10.59%。從中可以看出，海水凈漿強(qiáng)度較淡水凈漿強(qiáng)度所高出的比率隨著齡期的增長而逐漸減少。所以，在早期，海水對于硅酸鹽水泥凈漿的早期強(qiáng)度發(fā)展影響比較明顯，但是這種影響隨著齡期的推移會逐漸減少。

表5 凈漿立方體抗壓強(qiáng)度

圖3 凈漿體強(qiáng)度對比圖

6 結(jié)論

⑴利用海水進(jìn)行硅酸鹽水泥凈漿的制備，發(fā)現(xiàn)海水凈漿的流動性比淡水凈漿流動性要低，其中原因是首先從表1 可以看出，海水的化學(xué)成分相較于淡水的化學(xué)成分而言，其Cl-、Na+、SO42-+SO32-、Mg2+這幾種離子含量明顯高于淡水，那么海水當(dāng)中富含的SO42-+SO32-會與水泥當(dāng)中的Ca 產(chǎn)生快速反應(yīng)，生成鈣礬石而造成漿體變稠而導(dǎo)致的。

⑵海水凈漿的立方體強(qiáng)度在三個(gè)齡期中都大于淡水凈漿，但是強(qiáng)度的差距隨著齡期的增長而縮小，7 天、28 天、180 天齡期中強(qiáng)度的差距分別為18.20%、15.80%、10.59%，呈現(xiàn)出逐漸遞減的趨勢。