贝壳粉的不同掺量对砂浆性能的影响研究

庄凯王聪

（河海大学港口海岸与近海工程学院，江苏 南京 210098）

0 引言

我国贝类丰富,近几年来，中国的各类贝类产品产量逐步上升，在世界产量中处于领先地位[1]。现今我国对废弃贝壳的利用主要包括加工成饲料添加剂、化工原料以及制造工艺品等。大量的废弃贝壳在沿海地区被作为固体垃圾处理，此举极大地浪费自然资源，并对环境造成污染，如何高效地处理废弃贝壳的问题亟待解决[2]。贝壳由95%的碳酸钙，少量有机贝壳素和一些微量元素组成[3]。贝壳高温分解得到二氧化碳和氧化钙，因而可以将高温处理过的贝壳粉作为砂浆掺合料，这样做不仅可以大规模地处理海边废弃贝壳，而且会大大降低建材的生产成本和相关的环境污染。迄今为止，将高温处理过的贝壳粉作为砂浆掺合料，还处于新兴阶段。本试验研究了在MK砂浆中掺加不同掺量的高温处理过的贝壳粉对于MK砂浆的力学性能和耐久性能的影响，并得出贝壳粉在MK砂浆中的最佳掺量，供贝壳粉的多元应用以参考。

1 试验

1.1 试验材料及配比

本试验研究了高温处理过的贝壳粉的不同掺量对于MK砂浆的影响，其中贝壳粉的处理过程如下：将贝壳粉过 600μm孔径的圆孔筛，将直径小于 600μm的贝壳粉在950℃下放置2h,每小时对贝壳粉进行一次搅动。2h后，将贝壳粉分批球磨2-5min(以实际筛余率与水泥的筛余率对比得到具体球磨时间)，得到与水泥颗粒大小相近的贝壳粉。其它原材料为：海螺牌P.O 42.5普通硅酸盐水泥，活性偏高岭土，天然河砂，萘系高效减水剂。

主要配比如下：

1.2 试样检测方法

1.2.1 砂浆的制作与养护

先将水泥和贝壳粉共同倒入容器，使用实验室旋转鼓式混合机，搅拌 60s；再将MK和河砂装入容器，搅拌60s；最后将拌入减水剂的水倒入容器，搅拌3min；试样按GB 177-85的规范进行成型，在室温环境下养护24小时后拆模，编号。按JC/T603-2004规范，将3根25mm×25mm×280mm棱柱体试样测量初始长度后，放在（20±3）℃，相对湿度为（50±4）%的空气中养护；其它试样在20±2℃，相对湿度95%标准养护室中养护，养护至规定龄期后，进行相关测试。

表1 水泥砂浆配合比

1.2.2 砂浆的力学性能测试

按 GB 177-85规 范， 测定砂浆在 3d、7d、28d、90d的抗折强度与抗压强度。

1.2.3 砂浆的耐久性能测试

（1）抗氯离子渗透性能

采用 RCM 法[4]。该方法将直径 D=（100±1）mm,高度h=(50±2)mm的圆柱体试样装入橡胶筒内，放于筒底部，在和试样齐高的橡胶筒外侧固定两个环箍，使试样侧面处于密封。在橡胶筒中倒入300ml的KOH溶液，使得阳极板和试件表面均浸没在溶液中，将密封好的试样浸没在溶液 （含有5%NaCL的KOH溶液）中的塑料支撑板上。

试验时，将实验室温度控制在（20±5）℃，无负荷状态，在试样两端，加上（30±0.2）V的直流电压，同步测定初始串联电流值、电解液初始温度。试验结束后，先关闭电源，测定阳极电解液最终温度。

将试样从橡胶筒移出，用万能实验机劈成两半。在劈开的试件表面均匀涂抹0.1mol/L的AgNO3溶液，在15min后，有白色硝酸银沉淀出现。测量白色沉淀分界线到试样底部的距离，取平均值作为渗透深度。氯离子扩散系数按照下式计算：

式中DRCM,0——RCM法测定的混凝土氯离子扩散系数，m2/s；

T——阳极电解液初始和最终温度的平均值，K；

h——试件高度，m；

t——通电实验时间，s；

Xd——氯离子扩散深度，m；

α——辅助变量

（2）干缩率

按照JC/T603-2004规范，将3根25mm×25mm×280mm棱柱体试样测量初始长度后，放置在（20±3）℃，相对湿度为（50±4）%的空气中养护到规定龄期，测试试样在龄期为 0d，1d，4d，7d，14d，28d，56d，90d，112d 时 的 长 度 ，并计算相对于第0d试样长度的收缩率。

1.3 试验结果及分析

1.3.1 贝壳粉的不同掺量对MK砂浆力学性能的影响

由图1分析可知，掺加不同掺量贝壳粉的MK砂浆抗折强度在前期增长速度较快，贝壳粉掺量为5%的MK砂浆，在由3d-28d的增大比例可达到23%，未掺加贝壳粉的MK砂浆的增大比例为18%，掺加适当比例的高温处理过的贝壳粉可以增强砂浆的早强特性，养护到28d时所有砂浆强度值已基本稳定，28d-90d时已无较大增长；在MK砂浆中贝壳粉掺量从0%逐步升到10%的过程中，砂浆在28d的抗折强度分别为 9.35 MPa、10.26 MPa、9.66 MPa、9.02MPa 呈先升后降的趋势，从而可以看出掺加适当比例的高温处理过的贝壳粉可以提升砂浆的抗折强度上限值，提升砂浆的力学性能，而贝壳粉掺加过量时则会降低砂浆的抗折强度上限值，对砂浆的力学性能产生不利影响。由图2分析可知，由于砂浆抗压强度与抗折强度的对应关系，抗压强度的增长与强度分布规律与抗折强度基本一致；在砂浆中掺加适量的高温处理过的贝壳粉，掺量为5%-8%时，能提升砂浆的力学性能，掺加过量则会对砂浆的力学性能产生不利影响，这与吴泽辉[5]的研究结论趋于一致。

1.3.2 贝壳粉的不同掺量对MK砂浆耐久性能的影响

（1）贝壳粉的不同掺量对MK砂浆氯离子扩散系数的影响

由图3分析可知，MK砂浆在28d与90d的氯离子扩散系数分布规律基本一致，随着砂浆中贝壳粉掺加比例的升高，均呈先降后升的趋势，但数值之间差距不大，最大值较最小值的增幅为9.3*10-13m2/s；贝壳粉掺量为5%的MK砂浆的氯离子扩散系数最小，小于未掺加贝壳粉的MK砂浆；可以看出掺加一定量的高温处理过的贝壳粉，能略微增强MK砂浆的抗氯离子渗透性能，掺量为5%-8%时，贝壳粉的对MK砂浆的抗氯离子渗透性能提升效果最好，这与2.3.1中对于砂浆的力学性能的分析对应，砂浆的力学性能较好从侧面反映了砂浆自身的密实性较好，从而砂浆的抗氯离子渗透性能较好。

（2）贝壳粉的不同掺量对MK砂浆干缩率的影响

由图4分析可知，MK砂浆干缩率在早期增长速度较快，后期增长平缓，趋于稳定值；随着贝壳粉的掺量的升高，MK砂浆干缩率呈先升后降的趋势，贝壳粉的掺量为5%-8%时的MK砂浆干缩率较大，高于未掺加贝壳粉的MK砂浆的干缩率7%-13%；这表明掺加一定量的贝壳粉会增大MK砂浆原有的干缩率，对MK砂浆的耐久性产生少许的不利影响。

2 结论

（1）掺加适当掺量的高温处理过的贝壳粉能增大MK砂浆的抗折强度与抗压强度，当贝壳粉在MK砂浆中的掺量为5%-8%时，对MK砂浆的力学性能提升效果最明显。

（2）掺加适当掺量的贝壳粉能增强MK砂浆的抗氯离子渗透性能，当贝壳粉在MK砂浆中的掺量为5%-8%时，对MK砂浆抗氯离子渗透性能提升效果最好。

（3）掺加一定量的高温处理过的贝壳粉会增大MK砂浆原有的干缩率，会使MK砂浆相对更容易发生开裂，因而在对裂缝控制有严格要求的工程中需谨慎使用这种砂浆。