贝壳含量对中高强混凝土强度和耐久性影响研究.pdf

建 筑 技 术 Architecture Technology1938第 54 卷第 16 期 2023 年 8 月Vol.54 No.16 Aug.2023贝壳含量对中高强混凝土强度和耐久性影响研究谢嘉磊，张晨剑，王志豪，方思怡，巴明芳（宁波大学土木工程与地理环境学院，315211，浙江宁波）摘要：为了确定海砂中颗粒直径小于 4.75 mm 的贝壳对 3060 MPa 中高强混凝土性能的影响，分别研究了贝壳含量不同的中高强混凝土的抗压强度和耐久性特征。结果表明：随着贝壳含量的增加，3040 MPa中高强混凝土抗压强度呈现增长趋势，同时该强度等级混凝土碳化后抗压强度的降低值减少，而强度在4060 MPa 的混凝土碳化后抗压强度的降低值增加。3050 MPa 的混凝土经硫酸盐侵蚀 60 次后抗压强度明显降低，5060 MPa 的混凝土经硫酸盐侵蚀 60 次后抗压强度有所提高。总体上，以上中高强混凝土中贝壳含量越高，钢筋自腐蚀电位、腐蚀电流密度越大，相应氯离子迁移系数也越高。关键词：净化海砂；贝壳含量；中高强混凝土；碳化；抗氯离子渗透性能；干湿硫酸盐侵蚀中图分类号：TU 528 文献标志码：A 文章编号：1000-4726(2023)16-1938-09STUDY ON THE EFFECT OF SHELL CONTENT ON STRENGTH AND DURABILITY OF MEDIUM-HIGH STRENGTH CONCRETEXIE Jia-lei,ZHANG Chen-jian,WANG Zhi-hao,FANG Si-yi，BA Ming-fang(School of Civil Engineering and Geographical Environment,Ningbo University,315211,Ningbo,Zhejiang,China)Abstract:In order to determine the effect of shells with particle diameters less than 4.75 mm in sea sand on the performance of medium-high strength concrete at 3060 MPa,the compressive strength and durability characteristics of medium-high strength concrete at different concentrations of shells were studied.The results show that with the increase of shell content,the compressive strength of 3040 MPa medium-high strength concrete shows an increasing trend.At the same time,the decrease in compressive strength of concrete with this strength level after carbonization decreases,while the decrease in compressive strength of concrete with a strength between 4060 MPa after carbonization increases.The compressive strength of concrete with a pressure range of 3050 MPa decreased significantly after 60 times of sulfate attack,while the compressive strength of concrete with a pressure range of 5060 MPa increased after sulfate attack.Overall,the higher content of shells in the medium-high strength concrete mentioned above,the greater the self corrosion potential and corrosion current density of the steel bars,and the corresponding chloride ion migration coefficient.Keywords:purified sea sand;shell content;medium-high strength concrete;carbonation;anti-corrosion of chloride ion;dry-wet sulfate salt attack随着我国现代化建设快速发展，混凝土用量持续增加，河砂资源日趋匮乏，而海砂作为一项重要的资源日益引人注目。当前针对海砂中氯离子对混凝土各项性能的影响研究已经比较成熟13，但针对海砂中粒径在 4.75 mm 以下的贝壳对混凝土性能的影响还缺少系统的研究。贝壳属于有害物质中的轻物质范畴，会使混凝土工作性能、力学性能、抗冻性及抗磨性等有所下降411。国外许多学者研究发现贝壳含量对混凝土的工作性能、力学性能和耐久性都有影响1214。DIAS 等15发现随着贝壳含量和水灰比的增加，海砂混凝土中钢筋锈蚀后的失重率增大。李师财等16研究了贝壳含量对海砂混凝土力学性能的影响，指出海砂中少量贝壳对混凝土工作性能和力学性能影响不大。刘伟等17也提出海砂中少量贝壳并不影响混凝土的长期强度。耿健智等1819研究发现海砂混凝土的 3 d 和 7 d 龄期抗压强度高于普通混凝土，但 28 d 龄期抗压强度低于普通混凝土。朱德举等20发现高含量贝壳会对混凝土的力学性能造成不利影响。张鹤等21发现通过干湿循环后，海砂混凝土中的钢筋未发现明显的锈蚀现象。综上，可以看出目前国内外围绕贝壳含量对混凝土性能的影响研究主要集中在工作性能和力学性能方面，而针对贝壳含量对混凝土综合耐久性的影响研究还十分有限。收稿日期：20230628基金项目：浙江省公益技术应用研究项目（LGF22E080020）；宁波市“科技创新 2025”重大项目（2020Z100，2022Z031）作者简介：谢嘉磊（1997），男，浙江宁波人，硕士，e-mail:.2023 年 8 月1939谢嘉磊，等：贝壳含量对中高强混凝土强度和耐久性影响研究由于海砂中粒径低于 4.75 mm 的贝壳不易从海砂中分离出来，因此在一定程度上也限制了对其开展系统深入的研究。正是考虑到这方面的问题，本研究将同批次大贝壳磨碎成直径小于 4.75 mm 的颗粒，进而开展了不同贝壳含量对批量中高强混凝土（C 30C 60）力学性能和各项耐久性影响的综合研究，该成果可以为海砂资源化利用中确定粒径小于4.75 mm 的贝壳的适宜含量提供坚实的理论和技术支持。1 试验1.1 原材料试验采用 PO 42.5 水泥、II 级粉煤灰和 S 95 矿渣粉，其化学组成见表 1。石子选择粒径 15 mm 的大石子和 5 mm 的小石子，减水剂采用 TW3021 型减水剂。海砂氯离子含量为 0.002%、贝壳含量为 1.5%，表 1 原材料化学组成%原材料SiO2Al2O3CaOFe2O3MgOSO3K2OPO 42.524.504.5055.203.505.463.161.64粉煤灰31.89.943.91.15.53.20矿渣粉36.811.543.70.76.30.10细度模数为2.6，级配在II区。粒径小于4.75 mm的贝壳由同批海砂净化出来的大颗粒贝壳粉碎而成。1.2 配合比强度设计值为 3040 MPa 的混凝土编号为 C 34，4050 MPa 的混凝土编号为 C 45，5060 MPa 的混凝土编号为 C 56。根据 JGJ 2062010海砂混凝土应用技术规范，本次试验拟定编号为 C 34 的混凝土中粒径小于 4.75 mm 的贝壳含量分别为砂子总重量的8%、10%、12%；编号为 C 45 的混凝土中粒径小于4.75 mm 的贝壳含量分别为砂子总质量的 6%、8%、表 2 不同贝壳含量混凝土的配合比 kg/m3编号水水泥粉煤灰矿渣粉砂贝壳粗骨料（15 mm）细骨料（510 mm）减水剂抗压强度/MPaC 341165215855573005505203.554216564782431676271023616860612340C 342156203686776805705003.384315868186451586591083815863812941C 451158255757070505605204.0041158643525115962562.54916060572.646C 452151255757070505605202.0044153662535015364264481546227546C 5611503803010063506304405.6558150608186315359030661535724070C 5621453803010063506304405.2055144629196514461030651465924170 建 筑 技 术第 54 卷第 16 期194010%；编号为 C56 的混凝土中粒径小于 4.75 mm 的贝壳含量分别为砂子总重量的 3%、5%、7%。不同贝壳含量混凝土的配合比见表 2。1.3 试验方案1.3.1 贝壳含量对中高强混凝土抗压强度的影响试验按照表 2 中每个系列配合比制备成型 100 mm 100 mm100 mm 的立方体试件 6 组，测试其坍落度和扩展度，保证每一个系列配合比混凝土的坍落度和扩展度基本一致。脱模后将试件放置在温度为202、相对湿度大于 95%的标准养护室中至 28 d和 56 d 龄期，并测试其抗压强度。1.3.2贝壳含量对中高强混凝土抗碳化性能的影响试验按 照 表 2 中 每 个 系 列 配 合 比 制 备 成 型100 mm100 mm100 mm 的立方体试件 3 组，脱模后标准养护至 28 d 龄期取出，放入 60 烘箱烘48 h。然后取一组试件并将其 4 个面用石蜡封住，只留 2 个对面，连同另外 2 组试件放入碳化箱中进行碳化，碳化箱内 CO2浓度为 20%3%，相对湿度为70%5%，温度为 202。碳化至 28 d 龄期时取出碳化试件，将封蜡试件劈裂，然后采用喷洒酚酞试剂的方法测试其碳化深度，同时用另外 2 组碳化试件测试其碳化后的抗压强度。1.3.3 贝壳含量对中高强混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响试验按 照 表 2 中 每 个 系 列 配 合 比 制 备 成 型100 mm100 mm100 mm 的立方体试件 3 组，脱模后标准养护至 28 d 龄期，然后按照 GB/T 500822009 普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准中抗硫酸盐侵蚀试验方法，对试件进行硫酸盐作用下的干湿循环试验 60 次，测试侵蚀前后试件的抗压强度，并计算其耐腐蚀系数。1.3.4 贝壳含量对中高强混凝土抗钢筋锈蚀性能的影响试验按 照 表 2 中 每 个 系 列 配 合 比 制 备 成 型100 mm100 mm300 mm 的棱柱体试件 2 组。在成型前分别对钢筋酸洗除锈及称重，拆模后用高强度砂浆对棱柱体试件 2 个断面进行封堵，并标准养护至 28 d 龄期取出，放入 60 烘箱烘 48 h，然后放入CO2浓度为 20%3%、相对湿度为 70%5%、温度为 202 的碳化箱中碳化 28 d 取出。再将取出试件放入标准养护室养护 28 d，取出后通过自制劈裂装置将试件中的钢筋取出称重。计算每个系列配合比