珊瑚砂大体积混凝土的配制及应用研究

余以明 ，刘松 ，吴柯 ，徐文冰 ，高凡

（1.中交武汉港湾工程设计研究院有限公司，湖北 武汉 430040；2.海工结构新材料及维护加固技术湖北省重点实验室，湖北 武汉 430040）

海洋工程拌制混凝土所需的原材料匮乏，混凝土原材料均从内陆海运至工程所在地，不仅运输成本高、耗工、耗时，而且影响工程的快速建设[1]。鉴于此，本着就近取材的原则，选用工程所在地的珊瑚砂来代替全部的河砂拌制混凝土[2-3]。一方面，可节约工程成本，节约资源，绿色环保[4]；另一方面，为后期大规模推广珊瑚砂混凝土的应用积累经验、提供借鉴。因此，珊瑚砂混凝土的应用具有较好的时效性及经济和社会效益。

1 试验

1.1 原材料

（1）水泥：华润红水河 P·O.42.5 水泥，密度 3.10 g/cm3，初、终凝时间分别为161、335 min，比表面积341 m2/kg，28 d抗折、抗压强度分别为7.8、47.3 MPa。

（2）粉煤灰：Ⅱ级，钦州港永佳环保有限公司。

（3）GHPC耐蚀剂：山西吕梁广厦特种建材有限公司，作为胶凝材料使用，密度29 g/cm3、初、终凝时间分别为45、356 min，水中7 d、28 d限制膨胀率分别为0.025%、0.07%。

（4）粗集料：5～20 mm连续级配碎石。

（5）外加剂：四川路加VF-2聚羧酸高性能减水剂，减水率20%，含固量11%。

（6）拌合水：淡化海水，符合JGJ 63—2006《混凝土用水标准》要求。

（7）细集料：0～4.75 mm珊瑚砂、0～4.75 mm广西北海河砂。珊瑚砂的基本物理性能指标见表1，筛分结果见表2。

表1 珊瑚砂的基本物理性能

表2 珊瑚砂级配及细度模数

从表2可以看出，珊瑚砂细度模数为2.10，颗粒较细，属于细砂的范畴，级配曲线大多数不在GB/T 14684—2011规定的范围内，级配不良。筛分后观察各级珊瑚砂的形貌，其中4.75 mm级珊瑚砂为多孔、形状不规则的珊瑚碎体，0.3～2.36 mm级珊瑚砂多为扁平的贝壳碎屑，0.075～0.15 mm级珊瑚砂细颗粒较多，为粉状物[5]。

1.2 配合比及试验方法

（1）珊瑚砂大体积混凝土结构的设计强度为C30，其配合比按照JGJ 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》的设计原则及GB 50496—2009《大体积混凝土施工规范》的要求，确定水胶比≤0.55、砂率为38%～42%、坍落度控制在140～160 mm、掺15%的Ⅱ级粉煤灰。大体积混凝土的拌制原则：选用粒型、级配良好的粗细骨料，降低混凝土浆体率；使用性能优良的高效减水剂，降低拌和水用量，降低胶凝材料用量。

由于珊瑚砂的形状不规则，多孔、扁平、粉状的颗粒较多，吸水率较大，能吸附大量的水及部分外加剂导致用水量增加，不利于大体积混凝土的配制，故确定外加剂用量占胶凝材料总量的1.5%以上；为提高该大体积混凝土的耐久性，按设计要求掺入一定量的耐蚀剂。在前期试验时提出了基准配合比（0#配比），在基准配合比的基础上开展不同砂率、水胶比、外加剂用量、耐蚀剂用量的试验来优化珊瑚砂混凝土配合比，试验配合比见表3。

（2）珊瑚砂混凝土的拌合性能及基本物理力学性能按JTJ 270—98《水运工程混凝土试验规程》进行测试。

表3 珊瑚砂大体积混凝土的试验配合比 kg/m3

2 试验结果与分析

2.1 不同龄期混凝土抗压强度发展规律

按 m（水泥）∶m（河砂）∶m（粗集料）∶m（淡化海水）∶m（减水剂）=420∶724∶1090∶160∶6.3制备普通混凝土，与 0#配比珊瑚砂混凝土进行对比，研究2种混凝土强度随龄期的变化，结果见表4。

表4 珊瑚砂混凝土与普通混凝土强度发展规律

由表4可见，珊瑚砂混凝土与普通混凝土抗压强度均随着龄期的延长而不断提高，但珊瑚砂混凝土抗压强度的增长速率逐渐降低，养护7 d以后其强度增长缓慢[6]，7 d抗压强度可达其28 d抗压强度的83.6%，普通混凝土7 d抗压强度达其28 d抗压强度的75.4%。珊瑚砂混凝土各龄期抗压强度均低于普通混凝土。

2.2 耐蚀剂掺量对珊瑚砂混凝土性能的影响

经过多次试拌发现，耐蚀剂吸水率较大，掺入耐蚀剂后若不提高减水剂用量，则需要掺入大量的拌合用水，用水量过高不仅降低珊瑚砂混凝土的强度，还会增加大体积混凝土的开裂风险。耐蚀剂掺量对珊瑚砂混凝土抗压强度的影响见表5。

表5 耐蚀剂掺量对珊瑚砂混凝土抗压强度的影响

由表5可知，掺入一定量的耐蚀剂以后，珊瑚砂混凝土的7 d、28 d抗压强度显著提高，但当耐蚀剂的掺量超过5%后，强度增长明显减缓；当耐蚀剂掺量达到胶凝材料总量的10%时，不改变其它材料用量则减水剂用量需提高到3%，这样拌制出来的混凝土不仅黏度过大、易泌水且极不经济。因此，珊瑚砂混凝土中耐蚀剂的掺量确定为5%。

2.3 砂率对珊瑚砂混凝土工作性及抗压强度的影响

在其它材料用量不变的情况下，改变珊瑚砂混凝土的用砂量及用水量，研究砂率对珊瑚砂混凝土工作性及抗压强度的影响，结果见表6。

表6 砂率对珊瑚砂混凝土工作性及抗压强度的影响

由表6可知，当珊瑚砂混凝土中砂率低于35%时，其浆体量较少，混凝土的包裹性较差，试拌混凝土时出现了离析泌水现象；增大砂率，混凝土的工作性变好，但其强度有所降低，原因在于珊瑚砂本身吸水量较大，砂率增大时其用水量增大，导致混凝土抗压强度降低；当砂率为38%时，浆体量适中，混凝土的包裹性好，满足大体积混凝土的拌制原则。

2.4 水胶比对珊瑚砂混凝土工作性及抗压强度的影响（见表7）

表7 水胶比对珊瑚砂混凝土工作性及抗压强度的影响

由表7可见，随着水胶比增大，混凝土的坍落度变大，工作性变好，但其抗压强度有所下降。水胶比为0.50时，不仅满足皮带机浇筑的施工要求，用水量和抗压强度适中，满足大体积混凝土的拌制要求。

通过上述试验，选用0.50水胶比、38%砂率、减水剂掺量2%、掺5%耐蚀剂及15%粉煤灰的优化配合比（见表8），按此配比配制的珊瑚砂混凝土工作性能优良，坍落度为150 mm；力学性能较好，28d抗压强度可达48.3MPa；抗离子渗透性较好，28 d电通量为987 C，满足海工大体积混凝土的施工要求。

表8 珊瑚砂大体积混凝土的优化配合比 kg/m3

3 试验段应用情况

采用皮带机工艺浇筑珊瑚砂大体积混凝土结构试验段，浇筑时珊瑚砂混凝土的坍落度控制在（140±20）mm，现场施工性能良好，无泌水离析现象，匀质性良好。试验段脱模后外观质量良好，无砂线、蜂窝和麻面。拆模后，采用土工布覆盖，定期洒水养护，3个多月后观察该珊瑚砂大体积混凝土结构，未发现肉眼可见裂纹，表明其体积稳定性较好。

4 结论

（1）珊瑚砂混凝土的抗压强度随着龄期的延长而不断提高，但其增长速率逐渐降低，早期强度增长较快，后期强度增长缓慢，7 d抗压强度达其28 d抗压强度的83.6%。

（2）耐蚀剂的吸水率较大，掺入耐蚀剂后若不提高减水剂掺量，则需掺入大量的拌合用水，提高外加剂掺量后，掺一定量耐蚀剂，珊瑚砂混凝土的抗压强度显著提高，但当耐蚀剂掺量超5%时，抗压强度增长明显减缓，故耐蚀剂的最佳掺量为5%。

（3）珊瑚砂混凝土砂率低于35%时其工作性不良，增大砂率后混凝土工作性变好，但其强度有所降低，砂率为38%时，浆体量适中，混凝土的包裹性好，满足大体积混凝土的拌制要求。

（4）随着水胶比增大，珊瑚砂混凝土的流动性增加，工作性较好，但其抗压强度会有所下降。选用0.50的水胶比不仅满足皮带机浇筑的施工要求，而且用水量和抗压强度适中，满足大体积混凝土的拌制要求。

（5）通过配合比的优化设计，选用0.5的水胶比、38%的砂率、减水剂掺量2%、掺5%耐蚀剂及15%粉煤灰配制的珊瑚砂混凝土的工作性能优良，坍落度为150 mm；力学性能较好，28 d抗压强度为48.3 MPa；抗离子渗透性较好，28 d电通量为987 C，可满足海工大体积混凝土的施工要求。

[1] 陈兆林，孙国峰，唐筱宁，等.岛礁工程海水拌养珊瑚礁、砂混凝土修补与应用研究[J].海岸工程，2008，27（4）：60-69.

[2] 陈飞翔，张国志，丁沙，等.珊瑚砂混凝土性能试验研究[J].混凝土与水泥制品，2006（7）：16-21.

[3] 丁沙，张国志，陈飞翔，等.珊瑚砂混凝土配制技术研究[J].建材世界，2016，37（2）：15-20.

[4] 李刊.碎卵石配制高性能混凝土试验研究[D].兰州：兰州交通大学，2012.

[5] 紫民，刘旷怡，刘松，等.珊瑚礁砂细骨料基本性能研究[J].建材世界，2015，36（5）：11-14.

[6] 王磊，赵艳林，吕海波.珊瑚骨料混凝土的基础性能及研究应用前景[J].混凝土，2012（2）：99-101.