海水拌养水泥稳定珊瑚砂基层力学性能及微观结构

186㊀㊀Industrial Construction Vol.51,No.2,2021工业建筑㊀2021年第51卷第2期海水珊瑚骨料混凝土耐久性研究现状∗韩宇栋1㊀丁小平1㊀郝挺宇1㊀郭㊀东2㊀侯东伟3(1.中冶建筑研究总院有限公司,北京㊀100088;2.海军工程设计研究院,北京㊀100070;3.上海交通大学土木工程系,上海㊀200240)㊀㊀摘㊀要:海水珊瑚骨料混凝土是就地取材进行海洋岛礁建设的主要建筑材料,也是海洋国家的研究热点㊂基于珊瑚骨料混凝土全生命周期的阶段划分法,总结了海水盐分对水泥水化的影响,提出了珊瑚骨料-水泥基体两层次传输机制,综述了矿物腐蚀的主要机理和缓解作用下的损伤和破坏过程,讨论了现有研究不足,展望未来研究重点,为海水珊瑚骨料混凝土耐久性问题的进一步研究提供参考㊂㊀㊀关键词:珊瑚骨料;海水;混凝土;耐久性㊀㊀DOI :10.13204/j.gyjzG20042507CURRENT STATUS OF RESEARCH ON DURABILITY OF SEAWATER-CORAL AGGREGATE CONCRETEHAN Yudong 1㊀DING Xiaoping 1㊀HAO Tingyu 1㊀GUO Dong 2㊀HOU Dongwei 3(1.Central Research Institute of Building and Construction Co.,Ltd.,MCC Group,Beijing 100088,China;2.Engineering Design &Research Bureau of the Navy,Beijing 100070,China;3.Department of Civil Engineering,Shanghai Jiao Tong University,Shanghai 200240,China)Abstract :Seawater-coral aggregate concrete has become a new type of building material for constructions in islands andreefs,supporting the development of ocean exploration in China.Based on the stage divisions of whole life cycle ofseawater-coral aggregate concrete structures,the influences of salinity in seawater on early-age hydration of cement were summarized.A concept of two-level transmission routes through coral aggregate and cement matrix respectively was proposed.The main mechanism of mineral corrosion and the damage and destruction process under mitigation werereviewed.Main gaps and suggested key issues were expected to be valuable for future researches on the durability problemof seawater-coral aggregate concrete.Keywords :coral reef aggregate;seawater;concrete;durability∗国家重点研发计划课题(2016YFC0701003);国家自然科学基金(51479113);海口市国家海洋经济创新发展示范城市建设课题(HHCL201814);中冶建筑研究总院有限公司重大课题(YCK2017Ky01)㊂第一作者:韩宇栋,男,1986年出生,高级工程师㊂通信作者:侯东伟,男,1981年出生,博士,讲师,Houdw@㊂收稿日期:2020-06-13㊀㊀在特殊与极端环境下进行工程建设时,通过就地取材实现本地化建造是一种优选策略,具有效率高㊁成本低㊁适应性强等优点,同时也可控制取得较小的生态负荷与环境影响㊂在远海岛礁,取用海水和珊瑚礁沙石作为混凝土的主要原材料,建造军事防卫与生活基础设施,既有利于加快岛礁建设速度,巩固国防,又可以降低材料㊁运输与人工等综合成本,因此成为海洋国家竞相研究的热点㊂利用珊瑚礁制备混凝土较早可追溯至二战期间,当时美国和日本在夏威夷岛㊁中途岛等太平洋岛屿上,都采用了珊瑚礁建造机场㊁道路及军事设施等,并一直沿用至今[1]㊂美国陆军工程部队㊁海军设备工程司令部和空军土木工程师支持局联合出版的‘统一设施标准 热带地区工程“[2]指出:如果常规骨料短缺,可以使用珊瑚骨料作为混凝土骨料,但是为了保证混凝土的质量,珊糊骨料应提前冲洗干净且减少含盐量,避免钢筋锈蚀㊂美国学者最早开始珊瑚混凝土相关研究㊂Howdyshell 在20世纪70年代指出:钢筋混凝土使用珊瑚碎屑作为粗骨料是可行的,但是要注意钢筋的防锈处理,而且混凝土保护层厚度需符合要求[3]㊂Ehlert 实地考察了太平洋比基尼岛上的珊瑚混凝土建筑物,总结了影响珊瑚混凝土结构耐久性的主要因素是盐分㊁混凝土保护层的厚度和结构物表面的裂隙大小[4]㊂印度学者Arumugam 对珊瑚混凝土的配合比和强度发展的研究发现,珊瑚混凝土早期强度增长比普通混凝土快,后期强度增长速度逐渐放缓[5]㊂珊瑚混凝土的强度低于相同配比的普通混凝土,但耐久性能相差无几㊂日本也对珊瑚混凝土研究较早㊂‘环太平洋区域珊瑚骨料混凝土强度及耐久性研究“中提出:当骨料的强度低于水泥浆体强度时,珊瑚混凝土强度主要由骨料强度决定;当骨料强度高于水泥浆体强度时,骨料强度对珊瑚混凝土强度没有影响[6]㊂Tehada研究了珊瑚混凝土中钢筋锈蚀和氯离子扩散问题,发现珊瑚混凝土中氯离子总含量远高于普通混凝土,相应的氯离子扩散速度较低[7]㊂近些年,国内也对海水珊瑚骨料混凝土开展了较为广泛的研究,主要集中在力学性能㊁结构性能和耐久性能等几个方面㊂陈兆林等在1991年研究了珊瑚颗粒粒径分布及其对强度的影响,认为珊瑚礁骨料混凝土早期强度增加迅速,但是长期强度增加缓慢[8]㊂卢博等通过对海水珊瑚混凝土的超声波速㊁抗压强度㊁显微结构㊁腐蚀浸泡特征等性能的研究,发现采用抗硫酸盐水泥优于普通硅酸盐水泥和矿渣水泥,且不可使用火山灰水泥[9]㊂梁元博等归纳了氯离子和硫酸盐腐蚀的特征,认为氯离子可与氢氧化钙作用导致氢氧化钙溶解,而硫酸盐侵蚀是珊瑚骨料混凝土性能劣化的主要原因[10]㊂余红发等研究了海水珊瑚混凝土中氯离子扩散特征,发现在相同的暴露时间下,表面自由氯离子含量随时间呈指数增加,表观氯离子扩散系数随时间呈幂函数型递减;海水珊瑚混凝土离子扩散速率远低于普通混凝土[11-12]㊂综合目前研究现状,对海水珊瑚骨料混凝土耐久性问题的探索还不够深入,没有形成系统性㊂但总体上说,与普通混凝土相比,海水珊瑚骨料混凝土的耐久性主要受两方面影响:一方面是海水的作用,由于在原材料组分中引入大量海水盐离子,对水泥水化过程㊁水化产物㊁微观结构及后期性能产生潜在影响;同时在海工环境中,海水多离子复杂体系对混凝土产生腐蚀作用,相关的机理研究尚不充分㊂采用海水作为原材料制备的珊瑚混凝土,其内部离子环境具有特殊性,因此海水中侵蚀介质的传输过程与常规情况不同,需要进一步研究㊂另一方面,珊瑚砂作为CaCO3基多孔骨料,对混凝土的强度和耐久性影响显著㊂珊瑚骨料在混凝土中体积分数大,其强度是决定珊瑚混凝土力学性能的关键因素㊂多孔珊瑚骨料的吸水㊁返水效果,影响水泥水化进程;同时多孔性对混凝土的介质传输过程具有决定性影响㊂对于海水珊瑚骨料混凝土的耐久性研究,主要内容包括构成其全寿命周期的主要关键过程及其对应的物理㊁化学机理,如图1所示,具体包括成型期的水泥水化和微观结构形成机制㊁服役期的多离子溶液传输规律㊁衰退期的矿物腐蚀机理㊁破坏期的材料损伤累积机制和终止期的结构劣化机制等㊂目前,关于珊瑚骨料混凝土的技术标准尚未建立㊂从耐久性角度,安全使用期建议以材料显著损伤而结构尚未破坏为控制基准,对钢筋混凝土而言则以钢筋开始锈蚀而保护层尚未大面积剥落为准㊂图1㊀海水珊瑚混凝土全寿命周期过程及其对应的关键问题Fig.1㊀Control stages and corresponding key issues in the whole life cycle of seawater-coral aggregate concrete1㊀原材料性能1.1㊀海㊀水海水是多种盐的高浓度复合溶液,其成分在不同海域中变化较大㊂某热带海域海水主要成分及含量如表1所示㊂表1㊀某热带海域海水主要离子成分浓度Table1㊀Concentration of main chemical ions inseawater samples of tropical sea mg/L阳离子阴离子Na+㊁K+Ca2+Mg2+Cl-SO2-4CO32-HCO-3 12181345141621600248220103㊀㊀从测试结果看,海水中主要的阳离子包括Na+㊁K+㊁Ca2+㊁Mg2+等,浓度很高㊂高浓度的阴离子主要包括Cl-和SO2-4㊂一般来说,这些离子的存在都会对水泥的水化过程产生影响,并对混凝土产生腐蚀和溶蚀作用㊂当混凝土处于海水溶液环境时,Ca2+可以抑制水泥水化产物的溶解趋势,而其他离子一般会提高其溶解度[13],造成水泥石的溶蚀㊂其中, Cl-㊁SO2-4㊁Mg2+在水泥水化期加快水泥反应进程,而在混凝土进入硬化后,则破坏作用比较显著㊂1.2㊀珊瑚骨料用作混凝土骨料的珊瑚砂石为珊瑚礁碎屑㊂珊瑚礁是一种特殊的岩石,是由造礁石珊瑚群体死亡后的遗骸经漫长的地质作用演化而成,其主要矿物成分为方解石和文石,化学成分为碳酸钙,且碳酸钙质量分数高达96%以上㊂珊瑚砂石轻质多孔,但其海水珊瑚骨料混凝土耐久性研究现状 韩宇栋,等187㊀质地㊁孔隙特性的地域变异性较大,某岛礁典型的破碎珊瑚骨料表观密度约为1800kg/m3,堆积密度在900kg/m3左右,孔隙率接近50%㊂2㊀水泥水化采用海水和珊瑚骨料制备混凝土时,水泥的凝结硬化和微观结构与常规混凝土不同,对水化矿物的稳定性和后期的耐久性能有重要影响㊂2.1㊀海水离子的影响珊瑚混凝土中,由于海水的存在,携带了大量Cl-㊂Cl-在水泥水化过程中与铝酸钙(C3A)反应生成Friedel盐(Ca3Al2O3㊃CaCl2㊃10H2O),其反应过程[14]为:2Cl-+Ca3Al2O6+Ca(OH)2+10H2OңCa3Al2O6㊃CaCl2㊃10H2O+2OH-(1)㊀㊀Friedel盐可与铝酸钙形成固溶体[15]:3CaO㊃Al2O3㊃CaCl2㊃10H2O-3CaO㊃Al2O3㊃CaCO3㊃11H2O-4CaO㊃Al2O3㊃13H2O㊀㊀由此可见,Cl-可以促进C3A的反应,使混凝土产生早强效果,并消耗新生成的氢氧化钙㊂在水泥水化期,氢氧化钙的消耗使得水泥石孔隙率降低㊁致密性提高㊂此外,Cl-对水泥主要矿物成分硅酸三钙(C3S)的水化也有促进作用[13,16-17]㊂SO2-4与Ca(OH)2反应生成粒度极细的石膏晶体,同时也与C3A反应生成钙矾石AFt(Ca3Al2O6㊃3CaSO4㊃32H2O),反应式过程[16]为:SO2-4+Ca(OH)2ңCaSO4ˌ+2OH-(2)Ca3Al2O6+3CaSO4+32H2OңCa3Al2O6㊃3CaSO4㊃32H2O(3)㊀㊀当Cl-和SO2-4同时存在时,两者都可与C3A的水化产物单硫型硫铝酸钙AFm发生反应,与Cl-反应生成Friedel盐,与SO2-4反应生成钙矾石,如反应式(4)㊁(5)所示:2Cl-+Ca3Al2O6㊃CaSO4㊃12H2OңCa3Al2O6㊃CaCl2㊃10H2O+SO2-4+2H2O(4) 2SO2-4+Ca3Al2O6㊃CaSO4㊃12H2O+2Ca(OH)2+ 20H2OңCa3Al2O6㊃3CaSO4㊃32H2O+4OH-(5)㊀㊀Friedel盐和钙矾石(AFt)之间可以相互转化[18-19],这取决于Cl-和SO2-4的相对浓度㊂当Cl-浓度较高时,钙矾石向Friedel盐转化;当SO2-4浓度较高时,Friedel盐分解并最终转换成AFt,如式(6)所示: Ca3Al2O6㊃CaCl2㊃10H2O+3SO2-4+2Ca2++22H2OCa3Al2O6㊃3CaSO4㊃32H2O+2Cl-(6)当环境中pH值较低时,Friedel盐不稳定发生水解,导致水泥石密实度降低㊂反应式如式(7)所示[20]:Ca3Al2O6㊃CaCl2㊃10H2Oң2Al(OH)-4+4Ca2++2Cl-+4OH-+2H2O(7)目前,对Cl-和SO2-4在水泥水化早期的相互影响,以及钙矾石与Friedel盐的相互转化机制,尚不清楚,反应条件和影响因素等问题有待进一步研究㊂研究表明[13]:海水中的Ca2+㊁K+㊁Na+㊁Cl-㊁SO2-4等离子,都会加速水泥在扩散控制期的水化速率,提高水泥水化程度,这导致海水珊瑚混凝土的早期强度发展较快,后期发展较慢,7d强度可达28d强度的80%[21]㊂同时Ca2+㊁Cl-也会提高内层C-S-H凝胶的絮凝度,并降低其密度[15],从而不利于混凝土最终强度的发展㊂2.2㊀珊瑚骨料的影响珊瑚骨料的多孔性使其在水泥水化过程中具有吸水和返水特性㊂珊瑚混凝土在早期因骨料的吸水性使得界面过渡区不会聚集大量水,因此密实性较高㊂同时吸水效应导致实际水灰比降低,早期强度发展较快㊂水泥水化后期,由于珊瑚礁的返水性,骨料界面和邻近区域的水泥石可持续水化,密实性进一步提高㊂珊瑚礁混凝土界面过渡区的孔隙比普通混凝土更小,黏结力更强;界面区的显微硬度发展速度快,且在经28d养护后,大于普通混凝土[22]㊂3㊀介质传输珊瑚骨料混凝土在海工环境中服役时,主要受到海水中腐蚀介质的侵蚀㊁温湿度变形的循环作用以及紫外线辐射等因素的影响㊂其中,水分和介质侵蚀是主导因素㊂珊瑚混凝土在海工环境下的介质传输有两个主要特征,一是珊瑚混凝土的细观结构与普通混凝土不同,导致介质的传输路径具有特殊性;二是海水传输是一种复合溶液传输,具有多相㊁多离子传输的复杂性㊂3.1㊀传输通道珊瑚骨料混凝土多相结构由多孔骨料㊁水泥石和界面过渡区组成,如图2所示㊂由于采用海水作为原材料,因此水泥石和珊瑚孔隙中都已存在大量海水离子,材料内环境的这一特征将对海水环境中的离子传输产生抑制作用㊂更重要的是,在普通混凝土中,骨料作为非传输相,对介质的传输起阻挡作用,最不利的传输通道在骨料界面的过渡区㊂而在珊瑚骨料混凝土中,由于骨料的多孔性,且孔径和孔隙率显著大于过渡区和水188㊀工业建筑㊀2021年第51卷第2期海水珊瑚骨料混凝土耐久性研究现状 韩宇栋,等189㊀泥石中的毛细孔隙,因此骨料很可能形成了介质传输的第一通道㊂水分和介质将首先通过珊瑚骨料以较高速率向内部传输,而后再以水泥石的毛细孔隙作为第二通道,向水泥基体中传输㊂原则上,由于珊瑚骨料已长久存在于海水环境中,两者相容性较高,因此侵蚀介质在第一通道的传输不会对混凝土性能造成破坏,但它大大提升了总体的传输速率,导致混凝土一定深度内的水泥石基体同时发生腐蚀破坏㊂这是珊瑚骨料混凝土介质传输过程的主要特征之一㊂图2㊀珊瑚骨料混凝土中两层次传输通道示意Fig.2㊀Schematic diagram of two-level transmission routesin seawater-coral aggregate concrete由于珊瑚骨料作为第一传输通道的存在,以Cl -传输过程为例,试验研究表明[23]:在同一岛礁环境中,珊瑚礁混凝土的表面自由Cl -浓度是普通混凝土的13~28倍,表观Cl -扩散系数是普通混凝土的1~8倍,总Cl -扩散系数是普通混凝土的2倍㊂此外,海水离子在水泥基体中传输时,同时也发生物理吸附㊁化学吸附和矿物腐蚀㊁溶蚀等效应,扩大或填充毛细孔隙,动态改变着水泥石的孔隙结构,从而导致传输速率是过程相关变量,而非当前研究㊀㊀㊀㊀中普遍预设的固定不变参数㊂3.2㊀水分传输与干湿循环在混凝土中,海水的进出导致混凝土产生干湿变形和孔隙中盐离子累积,这是引发混凝土表层开裂的重要原因㊂开裂将进一步加速环境中的水分和侵蚀介质向内迁移,导致混凝土耐久性下降㊂当珊瑚混凝土在海工环境中服役时,潮汐运动导致混凝土水面附近区域经历反复干湿循环作用㊂由于水分也是先沿着珊瑚孔隙的第一通道向内渗透,然后向水泥石基体传输,因此对珊瑚混凝土而言,水分的传输速率和渗透深度远大于普通混凝土㊂目前,尚未发现珊瑚混凝土水分渗透参数的测试数据㊂同时,试验研究表明[24]:珊瑚混凝土28d 的吸水率和干缩率都明显大于普通混凝土,表明珊瑚混凝土更易受到干湿循环作用的劣化㊂3.3㊀多离子传输过程海水作为一种多离子溶液向珊瑚混凝土内传输,其实包含了两个传输过程㊂一是水分,包括液相在压力梯度下的渗透过程和气相在浓度梯度下的扩散过程;二是多离子体系在孔隙水中的扩散过程㊂目前,对多离子体系的扩散过程还没有清晰的认识,一般来说多离子共同迁移,会由于离子形成的电场作用相互制约,扩散速率低于单粒子扩散过程㊂当考虑溶液中的离子扩散对水分传输过程的依赖作用时,通过对水灰比0.45的水泥基多孔材料进行Lattice-Boltzmann 模拟(图3),可以发现离子传输落后于水分传输㊂目前对这一问题的研究尚在开展之中㊂a 水分传输;b 溶液传输㊂红色代表水分;不同颜色代表离子浓度;t 为时间步数㊂图3㊀水分传输与溶液传输的Lattice-Boltzmann 计算结果㊀μmFig.3㊀Transmitting procedure of water and solution in porous materials calculated by Lattice-Boltzmann method㊀㊀当海水携Cl-和SO2-4以及Na+㊁K+,Ca2+,Mg2+等离子向珊瑚混凝土内部传输时,优先沿珊瑚骨料的孔隙通道进行,同时一边填充珊瑚孔隙,一边发生沉淀㊁吸附和结晶㊂目前尚未见到对珊瑚骨料的离子吸附性能的研究,海水溶液对珊瑚的腐蚀效应也没有确定结论㊂当海水及离子从外界环境和珊瑚骨料孔隙中向水泥石内部传输时,一边发生传输过程,一边发生吸附和矿物腐蚀反应㊂由于多离子耦合效应,导致比单一离子传输过程更加复杂,总体来说多离子传输会发生相互抑制的现象㊂例如,当扩散较快的Cl-优先进入水泥石内部时,与C3A和AFm反应生成Friedel盐,可填充大孔㊁细化毛细孔,从而降低了SO2-4及其他离子的扩散速率[25-26]㊂4㊀矿物腐蚀与溶蚀4.1㊀氯离子腐蚀混凝土硬化后,环境中的游离Cl-在扩散过程中可以与水泥水化产物AFm㊁CH发生反应,形成氯铝酸盐化合物[27],包括Friedel盐和Kuzel s盐,反应方程式如式(4)和式(8)所示:Ca3Al2O6㊃CaSO4㊃12H2O+Ca(OH)2+2Cl-+8H2OңCa3Al2O6㊃CaCl2㊃CaSO4㊃20H2O+2OH-(8)值得注意的是,内掺Cl-主要与水泥矿物C3A 发生反应生成Friedel盐,而渗入Cl-则主要与AFm 反应(C3A水化殆尽),生成Friedel盐和Kuzel s 盐㊂此外,Cl-还可以与硅酸钙的水化产物发生化学吸附作用[28-29]㊂Cl-的化学结合以及反应产物对毛细孔的细化致密作用,都可以显著降低Cl-的扩散速率㊂但是氯铝酸盐化合物并不十分稳定,当pH 值降低或遇到结合能力更强的离子时,发生分解, Cl-再次被释放出来,形成自由Cl-,进而引发钢筋锈蚀㊂Cl-对钢筋的腐蚀,主要是积聚于钢筋和混凝土的黏结处,导致pH值下降,钢筋表层钝化膜破坏㊂此时Cl-浓度若达到钢筋临界锈蚀浓度,则会诱发钢筋锈蚀,导致钢筋生锈膨胀㊂整个过程中,Cl-只起到搬运作用,不被消耗,反应式如式(9)~(11)所示:Fe2++2Cl-+4H2OңFeCl2㊃4H2O(9) FeCl2㊃4H2OңFe(OH)2ˌ+2H++2Cl-+2H2O(10)4Fe(OH)2+O2+2H2Oң4Fe(OH)3ˌ(11)㊀㊀由反应式(11)可见:钢筋发生锈蚀需要O2和H2O参与,当条件不满足时,钢筋不会发生锈蚀㊂因此,处于水下的珊瑚混凝土结构,钢筋不容易锈蚀,而处于岸堤潮湿环境,或者在水面附近潮汐区的混凝土结构,钢筋腐蚀严重㊂4.2㊀硫酸盐腐蚀SO2-4对水泥基材料的破坏主要是生成膨胀性腐蚀产物,包括钙矾石㊁石膏和盐结晶㊂生成AFt的反应如式(5)所示㊂生成的钙矾石可以结合31~ 32个结晶水,使体积增加125%㊂低浓度的硫酸盐溶液发生侵蚀主要形成钙矾石,高浓度的硫酸盐则主要形成石膏,而中等浓度的硫酸盐则会同时形成石膏和钙矾石㊂值得指出的是,当SO2-4反应生成钙矾石发生在水泥水化阶段时,不会造成明显的破坏作用,反而会提高水泥水化速率㊁提升早期强度,钙矾石的膨胀作用还可以补偿水泥收缩㊂但如果发生在已经硬化的混凝土中,则会因膨胀压力过大导致材料基体局部破坏㊂钙矾石的显微形貌有针状和长杆状(较为常见)㊁短柱状和六角柱状(与石膏掺量相关)㊁管状㊁胶态状(不为常见)㊂钙矾石形貌与水化龄期和石膏含量有关㊂水泥水化3d,含铝量较高,主要以单硫型硫铝酸钙(AFm)为主㊂水化28d,含铝量低,一般以三硫型硫铝酸钙为主(AFt)㊂混凝土所处的碱性环境会影响钙矾石结晶的形态,当pH值大于13.9或Ca2+浓度超过饱和度时,钙矾石以固相反应生成,形成一种团聚放射状的针状晶体,比表面积大且互相挤压,形成较大的膨胀压力[30]㊂当碱度低时,则形成板条状钙矾石晶体,并不带来危害㊂在高温环境70ħ时,钙矾石即发生分解,AFt不能稳定形成㊂此外,由于珊瑚骨料的主要成分是CaCO3,因此若当珊瑚混凝土受到低温硫酸盐腐蚀时,还可能与水化硅酸钙C-S-H和碳酸盐发生反应,生成碳硫硅钙石CaCO3㊃CaSO4㊃CaSiO3㊃15H2O,反应式如式(12)所示㊂随着C-S-H被消耗,混凝土变成灰白色㊁无强度的泥沙混合物,并导致混凝土明显失去强度㊂2[CaSO4㊃2H2O]+2CaCO3+3CaO㊃2SiO2㊃3H2O(C-S-H)+24H2OңCa6[Si(OH)6]2(CO3)2(SO4)2㊃24H2O+Ca(OH)2(12) 4.3㊀镁离子腐蚀镁离子与水泥水化产物氢氧化钙结合生成的氢氧化镁(又称水镁石),胶结力差,同时溶解度低,导致pH值降低,碱性环境破坏㊂镁离子的侵蚀可将水化硅酸钙C-S-H中的钙置换为镁,转变为没有190㊀工业建筑㊀2021年第51卷第2期凝聚力的M-S-H(水化硅酸镁沉淀),使混凝土失去强度[31]㊂Mg2++Ca(OH)2ңCa2++Mg(OH)2ˌ(13) 3Mg2++3CaO㊃2SiO2㊃3H2O(C-S-H)ң3Ca2++3MgO㊃2SiO2㊃3H2O(M-S-H)(14) 4.4㊀多离子复合作用当Cl-和SO2-4同时存在时,Maes等[32]认为,Cl-对SO2-4的侵蚀有延缓作用㊂虽然Cl-和SO2-4都可以与AFm㊁C3A反应,但Cl-的扩散速率较快,先进入水泥基体反应生成Friedel盐,细化毛细孔,降低SO2-4扩散速率,延缓AFt生成㊂硫酸盐的腐蚀产物为钙矾石和石膏,但是当Cl-存在时,以钙矾石为主㊂反之,SO2-4也可以抑制Friedel盐的形成㊂由于钙矾石比Friedel盐更稳定,所以SO2-4更容易与AFm反应生成钙矾石㊂此外,SO2-4还会取代Friedel 中的Cl-,使其分解并最终转换为AFt,如反应式(6)所示㊂Cl-和SO2-4的相互抑制,主要是由于Friedel盐和AFt之间存在相互转化和竞争关系,其转化方向取决于局部的离子浓度[33]㊂当局部Cl-浓度较高时,也可以将AFt转化为Friedel盐[34]㊂Stroh等总结了Cl-和SO2-4同时存在时可能的侵蚀过程[35]为:1)快速扩散的Cl-优先与AFm反应生成Friedel 盐;2)SO2-4与Ca(OH)2反应生成石膏并降低孔溶液的pH值;3)过低的pH值导致Friedel分解;4)SO2-4持续扩散进入水泥基体内,最终生成AFt㊂此外,SO2-4对Friedel盐的抑制作用还受到阳离子Mg2+的影响㊂当孔隙液中存在Mg2+时,生成的M-S-H会物理结合Cl-,导致自由Cl-浓度降低;同时Mg(OH)2使得孔隙液碱度降低,阻碍AFt生成,使得SO2-4取代Friedel盐中Cl-生成AFt的条件被破坏,从而减轻了SO2-4对Cl-的抑制作用㊂实际上, Na+㊁K+等碱性阳离子,也会对Cl-和SO2-4离子的侵蚀产生一定的抑制作用㊂海水中的Ca2+和OH-能降低氢氧化钙的溶解度,而其他离子如Cl-㊁SO2-4㊁Na+㊁K+等,却能提高其溶解度㊂pH值是导致水泥石溶解的关键因素,席耀忠认为:当pH为12.5~12时,氢氧化钙和水化铝酸钙溶解并析出;pH值为11.6~10.6时,二水石膏析出;pH值小于10.6时,钙矾石不稳定且开始分解; pH小于12.5时,C-S-H凝胶发生溶解再结晶,并伴随钙硅比的下降,即钙硅比由原来pH值为12.5时的2.12下降到pH值为8.8时的0.5㊂钙硅比的下降体现着C-S-H凝胶的溶蚀和胶结能力降低[36]㊂5㊀损伤与破坏在海工环境下造成珊瑚混凝土材料损伤的主要因素是物理作用(包括温湿度变形累积损伤㊁海水盐分物理结晶膨胀损伤)和化学侵蚀/电化学腐蚀(有钢筋情况)㊂由于珊瑚礁绝大多数处在热带海域,一般水温在20ħ以上,因此当前就地取材的珊瑚混凝土一般不会经受冻融循环损伤劣化作用㊂此外,海工环境下珊瑚混凝土损伤因素还有水力冲蚀和生物酸性腐蚀等破坏作用㊂服役在近海岸潮汐区的珊瑚混凝土会遭受含沙水流的往复磨蚀,造成由表及里的磨耗损伤㊂生物酸性腐蚀在本文暂不讨论㊂物理作用主要具体表现为:1)温度变化引起的温度变形,主要表现为昼夜温差作用下的循环温变变形,这将导致结构在约束下的温度应力,形成温度裂缝㊂2)干湿循环引起的湿胀干缩及其往复作用㊂由于结构中的温度变形和湿度变形存在梯度效应,因此易引发表层材料的微观开裂并累积成宏观裂缝㊂表层开裂为侵蚀介质的渗透提供了通道㊂目前针对珊瑚混凝土的冷热干湿循环作用损伤尚缺少相应的系统性研究㊂3)在海工环境下,珊瑚混凝土结构在干湿交替区水分蒸发干燥时,孔溶液中的过饱和盐在孔隙内结晶形成结晶膨胀压力,导致蒸发区的混凝土膨胀破坏[37]㊂化学破坏作用主要有:1)矿物分解与溶蚀,这是导致材料强度损失的主要途径㊂海水及所含的K+㊁Na+㊁HCO-3等离子,都潜在提高了水泥水化产物的溶解度,增加了矿物溶蚀风险㊂Mg2+则通过置换C-S-H中的钙生成M-S-H,使其失去强度黏结性能,通过置换Ca(OH)2中的钙生成不溶于水的Mg(OH)2,降低孔隙液碱度,加快水化产物溶解㊂2)膨胀压裂,这是将化学腐蚀作用转变成力学破坏的主要途径㊂一般而言,外来离子与水泥水化产物的反应,易生成体积膨胀的新产物,在水泥石内部产生膨胀压力㊂例如,Cl-与C3A和Ca(OH)2生成Friedel盐,与水化硅酸钙发生化学吸附,SO2-4与AFm生成钙矾石㊁石膏等,都会在水泥石内部产生膨胀压力㊂随着反应产物增多,压力增大,造成水泥石微观破坏和宏观强度损失㊂3)钢筋的电化学腐蚀,这是导致含钢筋的珊瑚混凝土结构破坏的主要途径㊂钢筋钝化膜遭到Cl-破坏,在H2O与O2的作用下发生电池反应生成铁锈,铁锈膨胀导致混凝土海水珊瑚骨料混凝土耐久性研究现状 韩宇栋,等191㊀。

第39卷第12期2020年12月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol.39㊀No.12December,2020海水海砂混凝土力学性能与耐久性研究综述李师财,于㊀泳,金祖权(青岛理工大学土木工程学院,青岛㊀266033)摘要:远海工程建设面临钢筋混凝土易腐蚀㊁河砂和淡水匮乏等难题㊂国内外学者选择资源丰富的海水海砂代替淡水河砂制备混凝土,并研究其工作性能㊁力学性能及耐久性能㊂海水海砂中高含量的氯盐会加快水泥水化和凝结,导致早凝和早期强度提高,但后期增长变缓,最终强度与淡水河砂混凝土相近㊂海砂中少量的贝壳对混凝土工作性能和力学性能影响不大㊂海水海砂混凝土中的氯离子传输及结合方式更为复杂,其不同于内掺型氯离子,由此导致海水海砂混凝土中的钢筋锈蚀机理改变㊂辅助胶凝材料㊁复合型阻锈剂及纤维增强复合筋等为海水海砂混凝土结构应用提供了保障㊂关键词:海水海砂混凝土;力学性能;耐久性;氯离子结合;钢筋锈蚀中图分类号:TU528㊀㊀文献标识码:A ㊀㊀文章编号:1001-1625(2020)12-3743-10Review on Mechanical Properties and Durability of Seawater and Sea-Sand ConcreteLI Shicai ,YU Yong ,JIN Zuquan(School of Civil Engineering,Qingdao University of Technology,Qingdao 266033,China)Abstract :Problems such as corrosion of reinforced concrete,lack of river sand and fresh water cause difficulties in the construction of offshore projects.Due to the rich resources of seawater and sea-sand,experts and scholars at home and abroad put forward to use seawater and sea-sand instead of fresh water and river sand to prepare concrete.Workability,mechanical properties and durability of seawater and sea-sand concrete were studied.Chlorine salts of seawater and sea-sand accelerate the setting and hydration of cement,leading to early setting and increasing the early strength of the concrete.However,the strength of seawater and sea-sand concrete grows slowly in the later period,and its final strength is similar to that of ordinary concrete.A small amount of shells in sea-sand has little effect on the workability and mechanical properties of concrete.Different from doped chloride ion,the mechanisms of chloride transmission and binding capabilities of seawater and sea-sand concrete are more complex.As a result,the mechanism of reinforcement corrosion in seawater andsea-sand concrete is changed.However,supplementary cementitious materials,compound rust inhibitor and fiber reinforced polymer bar provide guarantee for the application of seawater and sea-sand concrete structures.Key words :seawater and sea-sand concrete;mechanical property;durability;chloride binding;reinforcement corrosion 基金项目:国家自然科学基金(U1806225,51708314)作者简介:李师财(1995 ),男,硕士研究生㊂主要从事海洋环境混凝土耐久性方面的研究㊂E-mail:1123606091@通讯作者:于㊀泳,博士,讲师㊂E-mail:676358928@ 0㊀引㊀言随着海洋强国和远海开发战略的实施,离岸港口㊁码头和岛礁建筑正在快速发展,如能用海砂和海水取代传统的河砂和淡水制备混凝土,则可降低成本,解决资源短缺问题㊂据统计[1],我国砂石产量约占世界砂石总产量的1/3,仅2014年我国的砂石需求量就高达1.40ˑ1010t,预计2030年将比2014年高一倍以上㊂河砂供需矛盾日趋严重导致价格飞涨,乱采乱挖的现象开始滋生,储量丰富的海砂越来越受到关注㊂我国海域辽阔,海岸线狭长,海砂资源十分富足,根据相关人员[2]的初步估算,我国近海海砂总量将近6.8ˑ1011m 3㊂另外,世界人口快速增长,淡水无疑将成为一种稀缺资源㊂根据世界气象组织的研究预测,到2025年将有半3744㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第39卷数以上的世界人口面临饮用水不足的难题[3]㊂而在建筑和施工行业中,全世界每年耗费的淡水资源多达十亿吨㊂实际上地球表面70%是水,但其中仅有2.5%为淡水,而海水却占96.5%,资源丰富,因此研究以海水代替淡水作为混凝土拌和水的可行性十分必要㊂海水海砂的储量虽比淡水河砂富足,但由于海水海砂中氯离子等腐蚀性离子含量较高,一旦错用㊁滥用必定会造成严重的后果,世界各国的 海砂屋 现象便是明证㊂1995年韩国的 三丰大厦垮塌事件 和1999年土耳其大地震倒塌的建筑都是滥用海砂导致的恶果;1994年台湾省统计得出全省将近有50万户的 海砂屋 ,1998年的 9.21 大地震中率先倒塌的便是这些建筑;深圳的 鹿丹事件 ㊁盐田区182户海砂楼以及深圳大鹏中心小学两栋教学楼也因违规使用海砂被损毁;1994年至1996年舟山建造的166栋商品楼,两年后逐渐出现 海砂屋 现象;泉州由于在建筑中滥用海砂,1993年完工通车的惠安辋川大桥服役仅7年便被迫停用;2005年奉化市市郊的锦山明珠小区因违规使用海砂导致钢筋外漏;仅2003年宁波市建筑用砂的80%均为海砂,其中违规使用未淡化的海砂占比高达65%,危害极大[4-5]㊂因此,探究海水海砂中腐蚀性离子对钢筋混凝土结构的影响规律是保证工程质量和安全的前提㊂综上所述,更全面㊁更深入地研究海水和海砂对混凝土各方面性能的影响规律,总结出合理的应对措施,是更广泛使用海水和海砂资源的前提,是使海水海砂混凝土结构更安全服役的保障㊂为更好地实现海水海砂混凝土在海洋工程中安全应用,本文对以海砂和海水为原材料制备的混凝土及其性能研究的现有成果㊁海水海砂混凝土中氯离子与钢筋锈蚀的相关问题进行了总结和探讨,以便为海水海砂混凝土研究提供参考㊂1㊀海水和海砂的特性1.1㊀海㊀水海水中含有多种化学物质,普遍认为对钢筋混凝土耐久性影响最显著的是Cl-和SO2-4㊂海水的平均总盐度约为3.5%(质量分数),其中氯化钠含量最高,占78%(质量分数)左右㊂由于地域差异,海水化学成分含量有所不同,中国部分港口海域的海水化学成分比例如表1所示㊂表1㊀中国主要港口海域海水的化学成分[6]Table1㊀Chemical composition of the seawater in China s main ports[6]Name Ion composition/(mg㊃L-1)SO2-4Mg2+Cl-Ca2+Total salt/(mg㊃L-1)pH value Penglai2167109315775384285038.4Dalian2171110215900408287298.5Lianyungang2289115910700397301738.0Qinhuangdao2372117417339378313307.9Qingdao2400144516000 290408.0Yantai2463105015450437286207.0Tianjin2489115616842482304207.9Beilun168803117600258212508.1由表1可得,海水中主要的腐蚀物质为氯盐和硫酸盐㊂如式(1)所示,氯化钠掺到混凝土后会生成硅酸铝钠水合物,可以促进水泥水化,使水泥凝结时间加快,提高早期强度,而后期强度由于盐结晶压力增大有所下降[7]㊂如式(2)所示,MgCl2与水泥水化形成的Ca(OH)2反应生成CaCl2和Mg(OH)2,可溶性CaCl2的形成会导致初凝时间增加和早期强度降低,而Mg(OH)2不溶于水,其形成并不增加体系的孔隙度和渗透率,而会造成混凝土强度的损失[8]㊂CaCl2可以加速混凝土的凝结和硬化,导致混凝土早期强度提高,而氯铝酸盐水合物的形成则会降低后期强度[9]㊂海水中的硫酸盐中主要是MgSO4对混凝土起侵蚀作用,由于MgSO4会与Ca(OH)2反应,对混凝土造成硫酸盐侵蚀,且MgSO4会形成难溶性的Mg(OH)2并导致混凝土胶凝性能降低,从而造成混凝土强度的损失[10]㊂另外,Orsáková等[11]研究表明海水中的硫酸盐会使混凝土中的AFm (单硫型水化硫铝酸钙)转化为钙矾石,从而降低混凝土的氯离子结合能力㊂2NaCl+3Al2O3+6SiO2+2H2O+CaOңNa2Al2(Si6Al4O20)(OH)4+CaCl2(1)第12期李师财等:海水海砂混凝土力学性能与耐久性研究综述3745㊀MgCl 2+Ca(OH)2ңCaCl 2+Mg(OH)2(2)1.2㊀海㊀砂图1㊀河砂和海砂的XRD 谱[12]Fig.1㊀XRD patterns of river sand and sea-sand [12]国内外学者研究海水海砂混凝土时采用的海砂主要是淡化海砂㊁原状海砂和模拟海砂三类㊂海砂主要分布在沿海和海洋地区,其起源会影响其理化性质㊂河砂的表面粗糙没有光泽,而海砂表面光滑且有光泽㊂河砂和海砂的XRD 谱如图1所示,由图可知两者的矿物组成相似,主要为石英和长石㊂Hasdemir 等[13]发现海砂与河砂在表面纹理上有所不同,海砂表面的纹理能够形成互锁并可能使得海砂浇筑混凝土的强度增加㊂海砂和河砂基本性质如表2所示,海砂细度模数小于河砂,表观密度和堆积密度与河砂相近,但氯盐和贝壳含量远高于河砂,这两者对混凝土性能的威胁极大㊂表2㊀河砂和海砂的基本性质[14]Table 2㊀Basic properties of river sand and sea-sand [14]Type Fineness modulusApparent density /(kg㊃m -3)Bulk density /(kg㊃m -3)Shell content (mass fraction)/%Chloride content (mass fraction)/%River sand 2.6626101510<1.0<0.001Sea-sand2.2426601470 2.310.0572㊀海水和(或)海砂混凝土的工作性能海水海砂对混凝土工作性能的影响主要体现在凝结时间㊁流动性与保水性㊁坍落度三方面㊂(1)凝结时间:相比淡水混凝土,海水拌养能使混凝土的初凝时间减少约30%[15-16];Yang 等[17]研究表明,海砂对混凝土凝结时间影响不大㊂(2)流动性与保水性:Limeira 等[18]研究得出混凝土流动性和保水性随着贝壳含量的增加而降低;Safi 等[19]研究表明砂浆的流动性随贝壳取代率增加而下降;宁博等[20]研究得出海砂砂浆的流动性低于河砂和标准砂砂浆,主要因为海砂独特的物理性质导致吸收了更多的水分,增加了颗粒间的摩擦,使流动性降低㊂(3)坍落度:邢丽[21]和陈人云[22]等研究表明海水海砂混凝土的坍落度随氯盐和贝壳含量的增加分别增大和减小;Younis 等[23]研究发现水胶比相同时,海水混凝土相比淡水混凝土坍落度降低了20%;刘伟等[24]研究得出不同砂对水胶比相同的混凝土坍落度影响不大;杨明奥[25]研究表明海砂混凝土坍落度略小于河砂混凝土,但其工作性仍满足工程需求㊂综上所述,海水海砂影响混凝土工作性能的机理为:海水中高含量的氯盐加速水泥水化,加快凝结速度,导致早凝,其主要原因是海水中的NaCl 与水泥水化产物Ca(OH)2反应形成了CaCl 2,加速了水泥水化㊂海砂中贝壳含量较高时会增加浆体的摩擦,降低混凝土的坍落度㊂海水海砂共同掺入氯盐含量更高,加剧了混凝土工作性能的降低㊂基于此,为了保证海水海砂混凝土的工作性满足工程需要,建议通过以下几种方法进行改善:(1)建议用5mm 的标准筛除去海砂中大颗粒的贝壳㊂(2)目前,聚羧酸高效减水剂普遍应用于改善混凝土拌合物的工作性,但海水海砂中的氯盐和硫酸盐含量丰富,研究发现Na +和Ca 2+的氯盐对减水剂影响不大[26],但硫酸盐对聚羧酸减水剂的分散性能影响较大[27-28]㊂刘娟红等[29]研究得出部分无机盐能够减弱硫酸盐对聚羧酸减水剂分散效果的影响㊂因此,建议添加适量的外加剂和无机盐来提高海水海砂混凝土的工作性㊂(3)Otsuki 等[30]研究表明海水和矿渣水泥拌和的混凝土坍落度值大于淡水和矿渣水泥拌和的混凝土㊂掺入适量矿粉㊁粉煤灰等辅助胶凝材料后,会提高混凝土的工作性㊂因此,掺加适量的辅助胶凝材料也是一种提高海水海砂混凝土工作性的有效措施㊂3746㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第39卷(4)由于海砂砂粒较细,也会对混凝土的工作性产生影响,可以考虑用较粗的海砂优化颗粒级配来提高混凝土的工作性㊂3㊀海水和(或)海砂混凝土的力学性能3.1㊀早期抗压强度国内外学者的研究普遍认为:无论是海水还是海砂的掺入都会加快水泥水化,从而提高混凝土的早期抗压强度㊂宁博等[20]研究表明海砂会提高混凝土的早期强度;而邢丽等[21]则研究得出海水海砂混凝土的早期强度低于普通混凝土20%左右,并认为是盐结晶和贝壳阻碍了水泥水化㊂C-S-H 凝胶在淡水水泥浆中致密度较低且分布较广,而海水水泥浆呈现出更致密的结构,证明了海水拌和的混凝土早期抗压强度高于淡水混凝土[31-34]㊂李田雨等[35]研究表明相比河水河砂混凝土,海水和海砂的使用可以使水泥水化更充分,从而使混凝土早期强度提高㊂3.2㊀长期抗压强度与强度发展关于海水海砂对混凝土长期抗压强度的影响,国内外学者的研究结果存在分歧㊂刘伟等[24]研究表明海砂携带的氯盐和少量贝壳并不影响混凝土的长期强度;秦斌[36]研究得出海水海砂中的氯盐和海砂的理化性质对混凝土的长期抗压强度影响不大;Guo 等[37]研究表明,虽然海砂和海水的掺入在一定程度上阻碍了混凝土强度的发展,但整体力学性能仍与普通混凝土相当㊂然而,Ça ㊅gatay [38]对90年代末期土耳其地震倒塌的建筑分析得出,海砂对混凝土长期力学性能不利;Ratnayake [39]和Girish [40]等的研究都表明海砂混凝土长期抗压强度比河砂混凝土低;Naidu 等[41]研究表明海水混合砂(河砂和海砂)混凝土相比淡水混合砂混凝土7d 强度降低4%,14d 和28d 强度降低约10%㊂另外,Li 等[42]研究表明以海水海砂为原材料的混凝土早期强度和长期强度均高于以淡水河砂为原材料的混凝土;Olutoge 等[43]则认为海水拌和及养护混凝土90d,其抗压强度一直呈上升趋势,并始终高于淡水混凝土;姚惠红[44]研究表明淡化海砂混凝土的强度增长速度比河砂混凝土快,28d 后仍持续增长,直至56d 方呈现下降趋势㊂综上所述,虽然国内外学者对海水和(或)海砂混凝土抗压强度的研究结果有一定的分歧,但海水海砂中携带的氯盐会加快水泥水化,导致早强;后期强度增长变缓,最终与淡水河砂混凝土强度相当;海砂中贝壳含量高时会降低混凝土的强度,少量的贝壳影响可忽略的结论是更为普遍被接受的,结果差异的原因主要来自各地区海水和海砂物质含量的不同㊂所以,通过海水海砂淡化㊁调整外加剂以及掺加辅助胶凝材料,尤其是优化水胶比,可以制备早期强度和后期强度优异的海水海砂混凝土㊂4㊀海水和(或)海砂混凝土的氯离子传输与结合4.1㊀机理分析图2㊀AFm 形成Friedel s 盐的示意图[48]Fig.2㊀Schematic diagram of the formation of Friedel s salt by AFm [48]氯离子主要以外渗(外部环境中的氯离子通过扩散㊁毛细管作用等方式进入混凝土内部)和内掺(混凝土原材料本身携入)两种方式进入混凝土内部㊂混凝土中的氯离子一部分被水泥水化产物结合(物理吸附和化学结合),成为对钢筋混凝土威胁较小的结合氯离子,剩下的均游离于混凝土孔隙液中,成为对钢筋混凝土极具威胁的自由氯离子[45]㊂水泥相对氯离子化学结合与物理吸附的能力统称为混凝土的氯离子结合能力[46],内掺型氯离子主要与C 3A 和C 4AF 反应形成Friedel s 盐;外渗型氯离子除了与未水化的C 3A 和C 4AF 反应生成Friedel s 盐外,还会以离子交换(见图2)的方式从AFm 相中置换阴离子形成Friedel s 盐[47],主要反应如式(3)和式(4)所示㊂㊀第12期李师财等:海水海砂混凝土力学性能与耐久性研究综述3747 C3A+2NaCl+Ca(OH)2+10H2OңC3A㊃CaCl2㊃10H2O+2Na++2OH-(3)R-OH+Na++Cl-ңR-Cl+Na++OH-(4)式中:R为[Ca2Al(OH)6㊃n H2O]+㊂海水带入混凝土中的氯离子属于内掺型方式,而海砂中的氯离子则比内掺型更复杂㊂邢峰等[49-52]研究表明,海砂附近凝胶中氯离子的含量与距海砂距离有关,由近及远不断降低,其原因是:海砂内部的氯离子在拌和过程中不完全溶解,只有少量的氯离子溶解于海砂与水泥浆的界面溶液中,剩下的氯离子在水泥终凝后才以海砂为中心逐渐向外部释放㊂董必钦等[53]通过电化学阻抗谱研究发现,在海砂砂浆的水化过程中,海砂中氯离子是持续释放的,其对水泥基材料水化进程的促进作用也是一个长期的过程㊂因此,海水海砂混凝土中氯离子传输方式的特点为:海砂中氯离子会逐渐从颗粒内部释放到附近的浆体和孔隙液中,海水中氯离子则相对均匀地分布在混凝土中㊂基于此,应寻找更有效地结合海水海砂混凝土中氯离子的方式,为钢筋混凝土结构提高安全保障㊂4.2㊀提高氯离子结合能力的措施水泥相对氯离子化学结合与物理吸附的能力统称为混凝土的氯离子结合能力㊂因此,可以胶凝材料为主要切入点,探寻提高物理吸附和化学结合氯离子能力的途径㊂一方面,水泥的组成直接关系着混凝土的氯离子结合能力㊂(1)C3A和C4AF含量:氯离子可与C3A/C4AF反应生成Friedel s盐及其类似物㊂Glass 等[54]研究表明C3A含量越高氯离子结合能力越强㊂因此,C3A和C4AF在水泥中的含量会影响化学结合氯离子能力㊂(2)C2S和C3S含量:区别于C3A和C4AF,C2S和C3S的含量关系着物理吸附氯离子能力,起主导作用的是其水化产物C-S-H凝胶㊂Ramachandran[55]认为C-S-H凝胶吸附氯离子主要有三种形式:①进入C-S-H凝胶化学吸附层;②渗进C-S-H凝胶层间层;③依附于C-S-H凝胶晶格㊂Tang等[56]研究表明C-S-H凝胶含量越高,氯离子的物理结合率越高㊂因此,选取合适的水泥品种可以提高混凝土的氯离子结合能力㊂另一方面,越来越多的辅助胶凝材料以其各自优异的理化性质被用于提升混凝土性能,尤其是在提高混凝土氯离子结合能力和抗氯离子渗透方面作用显著㊂在工程中应用较多的辅助胶凝材料有粉煤灰㊁矿粉和硅灰等,近年来偏高岭土㊁煤矸石㊁石灰石等新材料也越来越受欢迎㊂各种辅助胶凝材料对氯离子结合能力的影响方式不同㊂(1)粉煤灰:粉煤灰结构呈空心球状,内比表面积大,物理吸附氯离子能力较强㊂另外,其Al2O3含量丰富,有利于Friedel s盐的生成,可以提高混凝土的化学结合能力㊂Cheewaket等[57]通过控制粉煤灰掺量研究其对氯离子结合能力的影响,结果表明氯离子结合能力随粉煤灰掺量增加而不断提高㊂(2)矿粉:矿粉结构不同于粉煤灰,内比表面积较粉煤灰小,因此,其物理吸附氯离子能力低于粉煤灰,但其Al2O3含量比粉煤灰高,化学结合氯离子能力更强㊂Luo等[58]研究表明矿粉可以显著提高氯离子结合能力㊂(3)硅灰:硅灰成分中SiO2含量极高,而Al2O3质量分数不到1%㊂Zhu等[59]研究表明掺加硅灰会显著降低氯离子的结合能力㊂其原因有三[60-61]:①由于Al2O3含量极低,C3A含量随硅灰掺量增加而减少,导致化学结合能力下降;②虽然大量的SiO2与Ca(OH)2反应增加了C-S-H凝胶的含量,但钙硅比的降低导致C-S-H 凝胶表面带负电荷,降低了物理结合能力;③硅灰诱导的火山灰反应消耗了Ca(OH)2,使孔溶液pH值降低,进而影响Friedel s盐的稳定性㊂(4)偏高岭土:偏高岭土的主要成分是Al2O3和SiO2,并且其Al2O3含量在这些辅助胶凝材料中最高,火山灰活性较强㊂除了其填充作用外,还可促进Friedel s盐的形成㊂Shi[62]和Li[63]等研究表明偏高岭土可以显著提高海水混凝土氯离子结合能力㊂(5)煤矸石:煤矸石是我国产量最大的工业固体废弃物之一,Al2O3含量高,其结晶矿物相在高温下分解为SiO2和Al2O3,具有较强的火山灰活性㊂Yi等[64]研究得出煤矸石可以提高氯离子结合能力,最佳含量为20%~30%(质量分数)㊂综上所述,提高氯离子结合能力主要有两个方向:(1)通过提高胶凝材料的Al2O3㊁C3A㊁C4AF含量来促进Friedel s盐的生成,进而提高化学结合氯离子能力,具体的途径主要包括使用高铝水泥㊁高强水泥及添加高Al2O3含量的辅助胶凝材料(偏高岭土㊁矿粉㊁煤矸石等);(2)通过提高C-S-H凝胶含量或掺加比表面积较大的辅助胶凝材料来提高物理吸附氯离子能力㊂另外,掺加具有离子交换性的水滑石和沸石来提高氯离子结合能力也有不错的效果,目前研究报道较少㊂3748㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第39卷5㊀海水海砂混凝土中的钢筋锈蚀机理与阻锈措施5.1㊀锈蚀机理图3㊀氯离子引起腐蚀的示意图[66]Fig.3㊀Schematic diagram of corrosion induced by chloride [66]当自由氯离子浓度(C f )在钢筋表面的孔隙液中累积到临界氯离子浓度(C cr )时钢筋开始被腐蚀,主要反应如图3所示,其对钢筋的锈蚀机理主要分为以下几个方面[65]:(1)破坏钝化膜;(2)形成 腐蚀电池 ;(3)阳极去极化作用;(4)导电作用㊂由第4节可知,海水海砂携带的氯离子不同于传统的外渗型和内掺型,其对钢筋的影响也与传统侵蚀方式不同㊂海水中的氯离子在混凝土拌和时会均匀分布在混凝土中,属于内掺型氯离子,而海砂中的氯离子在混凝土拌和时,只有少量溶解于海砂与水泥浆的界面溶液中,剩下的氯离子在水泥终凝后才以海砂为中心逐渐向外部释放㊂苏卿等[67]研究表明海水侵蚀对钢筋锈蚀的长期影响大于NaCl 溶液;另外,外界环境侵入的氯离子仍是引起钢筋锈蚀的主要原因,而非海砂中的氯离子㊂马红岩等[68]研究表明海砂混凝土中的钢筋一般不会很快发生严重锈蚀,而要经过长期的内部迁移,氯离子在钢筋表面富集,才会引发锈蚀㊂相同氯盐引入量的情况下,海砂型氯离子比内掺型氯离子对钢筋的危害小㊂钢筋锈蚀是Fe㊁H 2O㊁O 2㊁Cl -共同反应的过程,而混凝土内部没有充足氧气进入,所以海水海砂导致的钢筋锈蚀是厌氧性腐蚀,其锈蚀产物与传统钢筋锈蚀也有差异(见图4)㊂Wang 等[69]研究表明海水海砂混凝土中钢筋内锈层含有大量的过渡产物,包括纤铁矿(γ-FeOOH)与针铁矿的混合物(α-FeOOH)㊂Wu 等[70]研究发现海水海砂混凝土中钢筋表面的氯离子不到30d 便达到临界腐蚀浓度,其失重速率和腐蚀速率随时间稳定发展,钢筋腐蚀坑多为形状较宽浅的椭圆形㊂Dias 等[71]也发现随着海砂掺量和水灰比的增加,海砂混凝土中腐蚀性钢的失重率增大㊂宋旭艳等[72]研究表明海砂混凝土中氯离子浓度越高,钢筋的腐蚀程度越严重㊂但存在临界氯离子浓度,超过该浓度后,氯离子对钢筋钝化膜的破坏能力减弱㊂Mohammed 等[73]将钢筋海水混凝土试件放置在潮汐环境中15年,发现在浇筑混凝土后,由海水引入的氯离子可能会立即在钢筋混凝土界面有空隙/缺口的位置引起腐蚀,并且使用海水后钢筋的腐蚀坑较多,坑深较大㊂而赵文成等[74]研究表明经过干湿循环加速试验后,海砂混凝土中的钢筋未见明显的腐蚀或点蚀现象,这可能是由混凝土抗蚀性提高所致㊂综上所述,海水海砂混凝土中钢筋锈蚀机理不同于传统钢筋混凝土结构,由于其内部本身氯离子含量较高,钢筋在很短的时间就会锈蚀,但腐蚀存在临界点,超过临界点后腐蚀程度便不再大幅度增长㊂混凝土中钢筋发生锈蚀必备条件有三个:(1)钢筋表面存在电位差而构成腐蚀电池;(2)钢筋钝化膜被破坏而处于活化状态;(3)有反应发生所需的水和溶解氧㊂因此,如果能阻止这三个条件发生,就能有效保护海水海砂混凝土中钢筋,提高海水海砂混凝土的耐久性㊂图4㊀不同混凝土钢筋锈蚀分层结构示意图[69]Fig.4㊀Schematic diagram of layered structure of rebar rust in different concrete [69]㊀第12期李师财等:海水海砂混凝土力学性能与耐久性研究综述3749 5.2㊀阻锈措施国内外针对海水海砂混凝土中钢筋锈蚀与阻锈措施的研究多集中于研制新型的复合缓蚀剂㊂缓蚀剂的作用机理是通过化学缓冲来提高氯化物阈值或在腐蚀开始后降低腐蚀速率㊂Xu等[75]研究制备了复合缓蚀剂(三乙醇胺㊁二甲乙醇胺㊁三乙氧基硅烷㊁硝酸锂),结果表明复合缓蚀剂能有效提高海水海砂混凝土的耐蚀性能,在420d内钢筋完全不被腐蚀㊂周俊龙等[76]研究表明复掺20%(质量分数)偏高岭土和1.5%(质量分数)三乙醇胺可以显著提高海水海砂混凝土的护筋性㊂张航等[77-78]研究制备的复合阻锈剂(醇胺化合物㊁表面活性剂㊁无机盐)对海水海砂混凝土中的钢筋有很好的缓蚀作用,并且还兼具改善砂浆流动性的效果㊂Pan等[79]研究发明了针对海水海砂混凝土中钢筋的新型阻锈方法,结果表明掺入咪唑啉和三乙烯四胺缓蚀剂并结合双向电迁移可以提高海水海砂混凝土中钢筋的耐蚀性㊂关于海水海砂混凝土中钢筋的锈蚀问题研究尚有不足,之前的学者多集中于研究海水海砂混凝土的力学性能,为更好地推广海水海砂的应用,应对钢筋海水海砂混凝土结构展开更多的理论与试验研究㊂首先,从降低外部氧气向混凝土内部传输角度出发,可通过优化配合比㊁掺加辅助胶凝材料等措施制备高密实㊁低渗透的混凝土;其次,提高氯离子结合能力以降低混凝土中自由氯离子含量,可降低钢筋锈蚀的风险;另外,从筋材自身的角度,研制缓蚀效果更好的复合缓蚀剂或采用不受氯盐腐蚀的纤维增强复合筋(FRP筋)取代钢筋,可避免发生钢筋锈蚀㊂6㊀海水海砂混凝土应用的建议(1)海水海砂淡化目前,国内外淡化海水成本虽已降至5元/m3,但与自来水的价格相比还较高,不过发展低成本的海水淡化技术对远海工程建设仍然适用㊂国内外主要采用自然放置及淡水冲洗等方法对海砂进行淡化处理,淡化海砂能满足混凝土工程安全要求,但海砂经淡化处理后价格就会远高于普通河砂㊂(2)提高混凝土的氯离子结合能力辅助胶凝材料既可提高化学结合氯离子能力,又能起到降低混凝土孔隙率和细化孔径的作用,降低钢筋锈蚀风险㊂因此,研发强固化氯离子的辅助胶凝材料和新材料是海水海砂混凝土能大量使用的有效措施㊂(3)改善混凝土的孔隙结构及密实度Li等[80]利用海砂和模拟海水制备了高性能混凝土(SHPC),SHPC在实验室和西沙群岛海洋环境中都表现出很好的力学性能和耐久性能;Teng等[81]论证了超高性能海水海砂混凝土的可行性,并成功制备了28d抗压强度超过180MPa的超高性能海水海砂混凝土;Yin等[82]通过正交试验证明水灰比较低时,可获得抗氯离子侵蚀和更耐用的混凝土;Li[83]的研究也印证了超低水胶比的超高性能混凝土有利于以海水作为混合水,因为其致密的基体中水分和氧气不足,可以延缓钢筋的腐蚀㊂海砂中的氯离子存在一个从海砂内部向外扩散的过程,因此,通过优化配合比或掺加辅助胶凝材料等措施,提升混凝土的致密性,从而延缓氯离子在混凝土内部的传输与扩散㊂因此,提高混凝土致密度可延缓氯离子㊁氧气和水(钢筋锈蚀三要素)到达钢筋表面的时间㊂(4)钢筋缓蚀剂采用高效缓蚀剂或多种缓蚀材料协同作用是提高海水海砂混凝土中钢筋耐蚀能力的重要途径㊂张航[84]对适用于海水海砂混凝土的阻锈剂进行了研究,结果表明,阻蚀效果由强到弱为多组分阻锈剂>双组分阻锈剂>单组分阻锈剂,多组分阻锈剂可以产生较好的协同作用㊂另外,复掺偏高岭土和多组分阻锈剂缓蚀效果更好㊂因此,研发适用于海水海砂混凝土的更高效的复合缓蚀剂或采用合适的辅助胶凝材料与缓蚀剂复掺方式有利于延缓钢筋锈蚀㊂(5)耐蚀筋材目前,关于FRP筋与海水海砂混凝土复合结构的研究越来越多,研究结果都表明海水海砂中的氯盐对FRP筋的性能影响不大[85-87]㊂因此,选择不受海水海砂中氯盐腐蚀的FRP筋取代钢筋,并与海水海砂混凝土组合替代钢材和普通淡水河砂混凝土,可从根本上避免出现钢筋锈蚀问题,还可充分应用未经淡化处理的海水海砂,节约淡水河砂资源,从而实现高耐久建筑材料的绿色环保㊂与此同时,耐蚀钢筋㊁不锈钢钢筋目前。

水泥珊瑚砂砂浆的抗压强度与微观结构秦修云; 赵军; 刘茂军【期刊名称】《《科学技术与工程》》【年(卷),期】2019(019)021【总页数】6页(P239-244)【关键词】珊瑚砂砂浆; 水泥砂浆; 抗压强度; 电镜扫描【作者】秦修云; 赵军; 刘茂军【作者单位】桂林理工大学南宁分校土木建筑工程学院南宁532100【正文语种】中文【中图分类】TQ175随着中国对南海海域资源的开发，珊瑚礁作为中国南海唯一的陆地国土类型，其地理优势非常明显，它是中国海洋权益保护、资源开采和国防建设的基石。

近些年，中国利用吹填技术，以岛礁上的珊瑚砂作为基建材料，对永暑岛、永兴岛进行码头、港口、机场和房屋的建设。

而这些建筑设施多具有重要的军事作用。

可见关于珊瑚砂性质的研究对于建筑的稳定性与安全性具有实践意义。

钙质砂是由生物骨骼、贝壳碎片和珊瑚碎片等有机物质沉积多年形成的，具有高孔隙率，颗粒不规则，易破碎的特性，与陆源砂的力学性质有较大的差异。

出于经济利益和地理因素等原因，外国工程界提出采用钙质砂替代普通河砂进行混凝土制备的方法。

外国学者最早于1974年开始研究珊瑚砂混凝土的相关特性[1]，美国军方在太平洋大量海岛上使用珊瑚砂混凝土修建机场等建筑物[2—4]，并利用海水拌和养护，大幅节约了远距离海上运输的工程成本。

Abo-El-Enein等[5]针对海岛上的珊瑚砂混凝土进行了采样研究，提出了珊瑚砂混凝土在力学强度上可以满足建筑结构需求。

日本学者Yodsudjai等[6]通过室内压力试验和渗透试验测试了珊瑚砂混凝土试块的抗压强度和Cl-扩散速度，并指出粗骨料的Cl-透过速度对混凝土抗渗起主导作用。

近年来，中国学者对珊瑚砂的基本物理力学性质进行了系统的研究[7—10]，同时也对珊瑚砂混凝土材料的性能有了初步了解[11，12]。

卢博等[13]从经济效益层面分析了这种特殊混凝土在中国南海海域上进行工程建设的可行性。

朱寿永等[14]利用X衍射和电镜扫描试验研究多种矿物掺合料对试样稳定性的影响。

海砂海水混凝土的力学性能及抗渗和碳化试验-水工材料论文-水利工程论文-水利论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——0 引言随着海洋经济的发展，势必要兴建许多海洋和港口建筑物和构筑物，大量的土建工程，混凝土用量可观，如果采用传统的混凝土，需要从内陆运输大量的河砂和淡水，一方面影响建设工期，同时增加建设成本，而且对于一些距离内陆比较远的岛屿建设，大量砂、水等混凝土材料的运输也非常困难，于此同时，对于这些海岛或沿海地区，有大量的海砂和海水资源可用，如果可以利用海砂海水配制混凝土，对满足海洋经济发展和海岛国防建设具有非比寻常的意义。

海砂作为建筑用砂存在两面性。

一方面用海砂或部分河砂，可以缓解河砂缺乏现象，变废为宝,是利国利民的；另一方面，海砂中含盐，对钢筋混凝土有破坏作用。

钢筋混凝土结构如果必须使用海砂时，首先要严格进行除盐处理，使其达到合格后才能使用。

但是，由于未经处理的海砂的价格仅为河砂的13~14[1],而按照各国规定对氯离子含量超标的海砂进行淡化处理不仅费时费力，而且会导致成本大幅提高，这使得在某些建筑结构施工中，以公开或隐蔽的方式使用未经处理的海砂，导致建筑物成为了海砂屋,比较出名的有台湾海砂屋[2].韩国曾有过滥用海砂的时期，许多建筑物先后出现问题。

其中震动最大的是汉城三丰大厦的突然垮坍，20 人，615 人受伤[3],主要原因之一就是在建造时使用了不合格海砂。

在日本西部有80%到90%的细骨料是采用海砂，而且存在没有用淡水处理的海砂，导致钢筋快速锈蚀[4].这一点在日本有关震后房屋倒坍因素调查中得到了证实[5].在英国有11%的细骨料是采用海砂，而在英国的东南部和南部有90%以上是采用海砂作为细骨料[6].近年来，FRP（fiber reinforced polymer）复合材料在土木工程领域得到了越来越多的应用，特别是2011 年6 月1日起开始实施的《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》的颁布，推动了FRP 材料在建设工程中的使用。

FRP筋 -珊瑚混凝土力学性能研究摘要：在高温、高湿、高盐的远离大陆的环境下，钢筋混凝土材料耐腐蚀性和耐久性变差，传统的钢筋混凝土结构显然不能满足工程建设要求。

由于远离大陆和原料产地，增加材料运输成本和建设工期。

而GFRP筋-珊瑚混凝土构件的提出和工程实践，解决了上述问题。

主要对近几年的相关研究进行综述，总结该领域的研究现状。

并利用抗压试验，研究配合比和构件截面尺寸对珊瑚混凝土抗压强度的影响。

关键词：珊瑚混凝土； GFRP筋；力学性能；配合比；抗压试验1研究现状1.1珊瑚混凝土材料及其研究现状珊瑚混凝土是由珊瑚石、珊瑚砂、水泥、外加剂、海水按一定的比例混合而成的混凝土材料。

珊瑚是珊瑚虫死后的产物，成分为碳酸钙。

珊瑚石和珊瑚砂可做为骨料，掺入海水、水泥发挥良好的和易性。

在海洋岛礁建设中实现就地取材，可最大程度的利用海洋资源。

目前对珊瑚混凝土的研究主要集中在以下几个方面：1.单纯研究影响珊瑚混凝土的耐久性和使用寿命的因素海洋生物混凝土在海洋环境中的耐久性研究主要集中在海水中所含离子的腐蚀与溶蚀。

测定高浓度阳离子以及高浓度的阴离子对水泥水化工程的影响。

韩宇栋[1]总结了海水中多离子耦合传输及附和腐蚀效应。

并指出海洋环境下低温物理作用(循环冻融、潮汐作用)对珊瑚礁混凝土材料破坏的影响。

而达波[2]等侧重于对我国南海岛礁的珊瑚混凝土建筑物和构筑物进行现场调查和试验。

利用公式和分析软件对试验数据整理分析，得出不同海洋环境下的Cl-含量和相关参数值。

对于南海岛礁建设，需要增加珊瑚混凝土抗氯离子扩散渗透性和附加防护来延长混凝土结构的使用寿命。

（2）研究改性混凝土对珊瑚混凝土力学性质的影响史文浩[3]等对加入不同纤维材料的5组配比相同的C30混凝土的力学性能进行对比，得出力学性能最佳的纤维材料。

并在最优掺量的前提下加入一定量的粉煤灰，发现能够提高珊瑚混凝土的抗压强度。

王星尧[4]等设计制备了具有良好力学及耐久性的地聚合物基全混凝土，并且得到了3d抗折、抗压强度极限状态下最适宜的磷酸浓度和浸泡时间。

科技/'施工技术/T e ch n o l ogy珊瑚混凝土力学性能和耐久性研究综述张向新(广西大学土木建筑工程学院，广西南宁530004)摘要：我国南海海域有大量待开发建设的珊瑚岛礁，由于远离陆地，建设所需材料的运输将耗费大量人力物力，因此珊瑚混凝土成为海岛建设的重要材料，也是建筑材料领域重点研究方向之一。

总结近年来研究人员针对珊瑚混凝土抗压性能、抗弯折性能及断裂韧性等力学性能研究成果，并针对掺入各类纤维材料的改性珊瑚混凝土材料的应用进行讨论。

关键词:珊瑚混凝土；抗氯离子侵蚀；耐久性；力学性能0引言由大量珊瑚虫的骨骼经历漫长的变迁在自然海水的浸泡下形成的珊瑚礁，其大部分构成物质为碳酸钙。

它们在风、潮汐变化及太阳直射等自然条件下分解成能够应用于建筑材料领域的珊瑚骨料。

虽然目前学术界对于珊瑚混凝土无明确的定义，但珊瑚混凝土一般是指在不破坏海岛生态环境的条件下，本着绿色建筑的理念,以珊瑚石为骨料并用海水拌制而成的建筑材料。

美国作为最早应用珊瑚混凝土的国家，主要用于“二战”时期在西太平洋的塞班岛(Saipan)等海岛上建设一些公用建筑并沿用至今。

在保护海岛生态环境的前提下,采用就地取材的方法减少运输费用，使用珊瑚混凝土修建机场、公路和一些民用建筑。

目前，珊瑚混凝土在英美等国已经成规模地投入使用。

我国也于20世纪90年代将珊瑚混凝土应用于西沙群岛的防波堤、防沙堤的建设中。

海洋环境复杂，可能伴有海啸、台风等恶劣的自然灾害，且海洋气候湿度大、温度高，这些都是珊瑚混凝土应用于实际工程时不得不考虑的恶劣条件。

因此,提高珊瑚混凝土力学性能及改善其耐久性，对于减少建筑材料的损坏和浪费、延长建筑物使用寿命具有重要的意义。

1珊瑚混凝土力学性能及其影响因素珊瑚混凝土的早期研究内容主要是其工程应用的可行性讨论。

在“二战”期间，部分海岛建筑物和构筑物使用珊瑚颗粒作为粗骨料,考虑到钢筋锈蚀及抵抗氯离子渗透的问题，这些建筑物主要是通过增加保护层厚度的方法达到耐久性要求，由此，珊瑚被认为可以用作混凝土的骨料。

海水海砂混凝土力学性能研究-力学性能论文-工业论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——【摘要】大规模岛礁建设需要大量的砂石和水资源，开发和利用海水海砂制备混凝土至关重要。

本文综述了海水海砂混凝土抗压强度、抗拉强度、抗折强度、受压应力-应变关系、以及延性与耗能特性等力学性能，对比分析了海水海砂混凝土与河水河砂混凝土在力学性能方面的差异，为海水海砂混凝土的工程应用提供帮助。

【关键词】海水海砂混凝土；河水河砂混凝土；力学性能引言在经济与科技飞速发展的今天，人们对于建筑的需求量越来越大，要求也越来越高，地球上的各类资源消耗也在逐渐增加。

传统混凝土耗材严重，已经难以满足如今的工程需求，因此发展新型混凝土材料意义重大。

随着海洋资源的开发利用，蓬勃兴起的岛礁建设需要消耗大量的砂石，但在岛屿、礁滩上缺乏进行建设的淡水和骨料。

与河砂相比，海砂含泥量较低、级配良好，可河砂作为混凝土细骨料[1]。

我国拥有1.8万公里的海岸线，有着丰富的海砂资源。

据不完全统计，我国现已探明近海建筑砂矿床27处，资源储量大且主要分布在水深10m以内，岸距小于10km的近岸海域，开采条件良好[2]。

海砂的开采和应用在较大程度上能够减缓建筑用砂紧缺的问题，并且配合海水拌合混凝土也可以节约宝贵的淡水资源。

然而海水海砂中存在大量氯盐等有害物质，会影响混凝土力学性能，进而影响结构安全性，导致这类资源的开发利用尚处于发展初期。

为了推广海水海砂混凝土的安全使用，文本综述了海水海砂混凝土力学性能的研究成果，探讨海水海砂混凝土工程应用的可行性，希望为海水海砂混凝土的推广应用提供支持。

1抗压强度混凝土的抗压强度决定了混凝土的强度等级，对于混凝土在工程中的应用至关重要。

因此，在用海水海砂混凝土代替河水河砂混凝土使用时，抗压强度的变化是必须要考虑的因素，国内外的许多学者针对海水海砂混凝土的抗压强度做了大量的研究。

研究表明[3-5]海水和海砂可以加快水泥水化,从而提高混凝土的早期抗压强度。

珊瑚礁砂特征指标对其砂浆强度的影响陈飞翔;刘旷怡;张国志;丁沙;秦明强【摘要】在海洋工程建设过程中可利用周边的珊瑚礁砂作为细骨料制备不需要配筋的海工砂浆.研究了珊瑚礁砂细度模数、片状颗粒含量、含水率和憎水预处理对砂浆性能的影响,并分析了砂浆的微观结构.结果表明:随着珊瑚礁砂细度模数或含水率的增加,珊瑚礁砂砂浆的流动度和抗折、抗压强度均先提高后降低;随着珊瑚礁砂片状颗粒含量或憎水剂浓度的增加,珊瑚礁砂砂浆的流动度增大,抗折、抗压强度先提高后降低.珊瑚礁砂砂浆28 d水化产物为Ca(OH)2、AFt、CaCO3和C-S-H凝胶.【期刊名称】《新型建筑材料》【年(卷),期】2018(045)008【总页数】5页(P1-5)【关键词】珊瑚礁砂;特征指标;砂浆强度;微观结构【作者】陈飞翔;刘旷怡;张国志;丁沙;秦明强【作者单位】中交第二航务工程局有限公司技术中心,湖北武汉 430040;中交武汉港湾工程设计研究院有限公司,湖北武汉 430040;中交第二航务工程局有限公司技术中心,湖北武汉 430040;中交第二航务工程局有限公司技术中心,湖北武汉430040;中交武汉港湾工程设计研究院有限公司,湖北武汉 430040【正文语种】中文【中图分类】TU528.0410 引言海洋工程建设远离大陆，物资、淡水资源匮乏，若使用传统建筑材料进行海洋工程施工，不仅存在海上运输任务艰巨、运输成本过高的问题，而且传统建筑材料在海洋气候环境下耐久性差、服役寿命短，严重制约了人类对海洋的大规模建设、管理和资源开发。

为了解决上述问题，可以考虑充分利用海洋工程周边的原材料来进行工程建设，例如可以利用珊瑚礁砂作为细骨料，制备一些不需要配筋的海工砂浆结构，如护岸、防波堤等，不仅可以摆脱远距离海上运输的制约，而且能够大幅度节省工程造价[1-3]。

利用珊瑚礁砂代替传统细骨料制备砂浆，国内外开展了一些研究，美国土木工程标准规定了如缺乏常规骨料，工程建设可使用珊瑚礁砂作为砂浆骨料，并在太平洋的岛屿上建造了珊瑚礁砂的建筑物；国内对利用珊瑚礁砂制备砂浆的研究不多，基本上还处于实验室研究阶段，尚无工程案例方面的文献报道。