珊瑚混凝土力学性能研究进展
6页1、珊瑚混凝土力学性能研究进展简要:摘 要: 珊瑚混凝土的推广很大程度上缓解了南海岛礁建设原材料匮乏的压力。总结了珊瑚混凝土静/动态力学性能、耐久性及影响因素和改性研究等方面成果。最后对于珊瑚混凝土的研究与应用摘 要: 珊瑚混凝土的推广很大程度上缓解了南海岛礁建设原材料匮乏的压力。总结了珊瑚混凝土静/动态力学性能、耐久性及影响因素和改性研究等方面成果。最后对于珊瑚混凝土的研究与应用前景展开讨论,提出珊瑚骨料本身的改性增强、特殊筋材与珊瑚混凝土共同工作性能以及工程结构受风浪动荷载、偶然荷载等作用下的稳定性研究是进一步探索的重点。关键词: 珊瑚混凝土; 静/动态力学特性; 耐久性; 改性研究周聪; 刘基程; 张俊男; 刘华超, 山西建筑 发表时间:2022-11-25南海及南海诸岛位于我国大陆南方,地处西太平洋与印度洋航道要冲,是我国同世界各国交流贸易的咽喉要道。近年来,菲律宾、越南等其他周边国家非法侵占我国南海岛礁( 中业岛、弹丸礁、南威岛等) ,其事关国家平安与稳定。因此,我国不得不加快推进南海岛礁工程建设,维护我国海洋合法权益。混凝土材料是工程建设的主要材料,但南海岛礁远离大陆,传统砂石
2、骨料及淡水资源匮乏,倘假设所有建筑原材料均从大陆运输,不仅运输本钱高昂,而且施工进度无法得到保证1 - 2。二战时期,美国率先于塞班岛、关岛等太平洋海岛上利用珊瑚礁石及海水资源制备混凝土以替代普通混凝土在海防工程建设中的地位,大量修建机场跑道、公路以及重要建筑,缓解了海岛建筑原材料匮乏等问题3 - 4。自此,包括中国在内的许多海洋权益国家对珊瑚混凝土在海洋工程中的推广应用达成了共识,先后开展了海水拌养珊瑚混凝土的力学特性试验研究,珊瑚混凝土逐渐成为岛礁工程建设 主 要 承 载 体 和 建 筑 材 料 来 源 之 一5 - 7。本文总结了珊瑚 混 凝 土 静 /动 态 力 学 特 性、耐 久 性 及 力 学改性研究等方面成果,为岛礁工程建设提供了较为深远的技术支撑与应用价值。1 珊瑚混凝土根本物理力学特性1. 1 珊瑚混凝土制备及根本物理性质珊瑚混凝土是指利用海岛岛礁附近的珊瑚礁砂作为混凝土粗、细骨料,并与水泥凝胶体、矿物掺合料、水和外加剂搅拌浇筑养护而成的复合型材料。珊瑚礁石是珊瑚虫死亡后长时间沉积而形成的,主要分布在热带海洋中,多以文石和方解石形式存在,其主要化学成分为碳酸钙且外表附
3、有大量氯离子,一般呈现出层状或笼状结构8 - 9。珊瑚砂单颗粒抗压强度低但具有明显的应变率效应10。珊瑚骨料的 XRD 谱见图 1。研究说明,珊瑚混凝土力学特性根本满足岛礁工程中普通建筑及构筑物施工要求,珊瑚混凝土的表观密度在 1 950 kg /m3 2 500 kg /m3 ,纵 波 波 速 约 为 3 600 m/s 4 900 m/s,横波波速为 1 400 m/s 2 500 m/s。1. 2 珊瑚混凝土根本力学性能及影响因素珊瑚混凝土抗压强度范围一般是 30 MPa 50 MPa 之间,其弹性模量介于普通混凝土与轻骨料混凝土之间,约为 23 GPa 37 GPa,泊松比在 0. 23 0. 26 范围内11 - 13。此外,如图 2 所示,珊瑚混凝土具有明显的早强特性,7 d 龄期抗压强度可到达 28 d 强度的 80% ,后期强度增长速度趋缓。一方面是因为珊瑚骨料在搅拌阶段吸水,而养护阶段返水,这种“微泵效应可以促使混凝土的 “内养护作用更明显,混凝土内部发生二次水化作用,使得珊瑚混凝土早期强度增长较快; 另一方面,珊瑚骨料及海水中含有高浓度的氯离子,而氯盐离子对珊瑚混凝
4、土的早期强度开展可以起到促进作用14 - 18( 见图 3) 。珊瑚混凝土的劈裂强度、轴心抗压强度、抗折强度与立方体抗压强度之间近似呈线性相关关系19 - 20。其整体抗压强度主要与水泥砂浆强度、珊瑚骨料强度以及骨料与水泥砂浆界面过渡区黏结强度有关21。一般地,珊瑚骨料自身强度低且易破碎,而其外表含有大量微孔隙结构,水泥砂浆能够更好地嵌入珊瑚骨料内部,界面过渡区黏结强度高于骨料强度; 此外,水泥砂浆强度一般均高于珊瑚骨料强度,因此混凝土内部破坏通常由珊瑚骨料开始,沿“强度薄弱面发生破坏,脆性特征显著22。因此,珊瑚混凝土整体强度主要受限于珊瑚骨料强度,优质珊瑚骨料( 尽量防止使用枝棒状以及鹿角状珊瑚骨料) 能够有效改善珊瑚混凝土的力学性能。此外,水灰比的大小会直接影响珊瑚混凝土的强度,其范围一般在 0. 4 0. 6 之间。鉴于珊瑚骨料的强吸水性,倒入拌合料之后可以进行分批次加水,防止在搅拌的过程中出现泌水或者分层离析的现象23。水泥品种、砂率、矿物掺合料、拌合水以及养护方式等同样对珊瑚混凝土的力学特性有一定程度的影响24 - 26。研究发现,体积掺量为 20% 30% 的硅灰等矿物掺
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