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。这是由于海水、海砂中的氯离子与水泥水解后的Ca(OH)2反应生成CaCl2,加速水泥的早期水化[22];另外相对于淡水,C-S-H凝胶在海水的水泥浆中结构更加致密,这也有利于海水拌和的混凝土早期抗压强度的提高[6]。而实邢丽等[21]研究认为海水、海砂中的盐结晶和贝壳可能会抑制水泥的水化,并发现海水海砂混凝土的早期抗压强度相对于普通素混凝土降低约20%。秦斌[8]则研究认为海水和海砂中的盐分以及海砂的砂质对混凝土的抗压强度影响不大,在相同配合比下海水海砂混凝土和普通混凝土抗压强度高度接近。在不考虑钢筋腐蚀的情况下可以替代河水河砂混凝土在建筑中的使用。
2.抗拉强度
关于海水海砂混凝土的抗拉强度,一些研究表明海水海砂对混凝土抗拉强度有负面影响[10-12],而也有研究表明海水海砂有助于提升混凝土的抗拉强度[18~19]。秦斌[8]研究发现海水海砂混凝土劈拉强度仅比同等级普通混凝土提高约2.3%,并且随着混凝土强度等级的提高,海水海砂混凝土劈拉强度提升幅度减小。而苏红艳等[15]研究发现海水海砂混凝土的劈裂抗拉强度略低于普通混凝土,与同等级混凝土相比降低幅度为4%~12%,并且掺入钢纤维可以提高其劈裂抗拉强度。结果上的差异可能由于各地区海水和海砂品质的不同,但偏差不大。
3.抗折强度
针对海水海砂混凝土的抗折强度,许多学者研究表明其抗折强度低于常规混凝土[12,16,17],或与常规混凝土相近[16~17]。李田雨[4]等研究发现海水海砂混凝土的抗折强度与温度有关 在同等养护条件下海水海砂混凝土28d抗折强度比普通混凝土低25.4%,而通过热水养护海水海砂混凝土28d 抗折强度提高23.1%,提高养护温度可以有改善海水海砂混凝土抗折强度降低的问题。
4.单轴受压应力-应变关系
海水海砂混凝土的单轴受压应力-应变关系能够为混凝土结构的承载力和变形提供参考。陈宗平等[7]通过海砂混凝土单轴受压应力-应变全曲线试验探究了海砂率对其影响,总体上海砂混凝土应力-应变曲线与普通混凝士类似,而特征参数不同。同一率下,海水海砂混凝土峰值应力高于淡水海砂混凝土峰值应力约11%~26%,峰值应变增加约6%~11%。周登飞[15]研究后也得出相似结论,但在峰值应力上意见相左,研究得出海水海砂混凝土的峰值应变低于普通混凝士,并认为海水、海砂在水化反应中生成的盐会填充水泥浆的孔隙,降低混凝土的可变形性。Teng 等[14]人研究了海砂种类、拌合及养护用水的类型对超高性能海水海砂混凝土的应力-应变曲线的影响,研究表明海水、海砂的使用会降低混凝土的弹性模量,而轴向和环向峰值应变有所提高。
根据对上述文献的研究分析,可以得出以下结论:(1)与河水河砂混凝土相比,海水海砂中的盐类与砂质等成分对海水海砂混凝土的抗压强度有一定的影响。在合理的配合比下,海水海砂混凝土具有优越的抗压性能,可代替普通混凝土。(2)海水海砂成分差异会对混凝土抗拉强度产生积极或者消极的影响,但影响程度不大。(3)海水海砂混凝土抗折强度低于或接近普通混凝土,可以通过改善养护条件以及掺加纤维来提高。(4)海砂混凝土应力-应变曲线与普通混凝土类似,而特征参数不同,这可能是由于海水、海砂中氯盐作用的结果。目前,对海水海砂混凝土的研究还是偏少,特别是对其动态力学性能以及复杂条件下的力学性能分析。未来,应加大其各方面的研究,从而推广海水海砂混凝土的使用,缓解如今内陆河水河砂资源不足等问题。
2、海水-海砂混凝土的力学性能的研究
2.1基本力学性质
混凝土的基本力学性质主要涉及抗压和抗折强度两个方面。这里采用河海大学李田雨团队[1]的实验数据进行进一步的分析。
2.1.1抗压性能
图3是四种不同配合比的混凝土分别在养护3、7d、14d、28d及热水养护48h后的抗压强度[3]
可以发现在水化早期单独使用海水或海砂的混凝土的强度要高于河水河砂混凝土;而在养护14d之后河水河砂混凝土的强度始终高于添加海水)海砂的混凝土。此外在热水养护下,混凝土的早期强度有了明显的提高。
2.1.2抗折性能
图4为不同配合比下混凝土混凝土分别在养护3d、7d、14d、28d及热水养护48h后的抗折强度[4]
对比抗折强度和上文中的抗压强度可以发现抗折强度特性和抗压强度基本相似,且在14d之后河水河砂混凝士的的强度和含海水或海砂组分的强度比例差值更加明显。
2.2影响因素及破坏机理分析
2.2.1影响因素
在上文的实验数据中可以发现海水海砂的加入可以使砂浆的早期强度得到一定的提升,海砂中含有的氯离子对于水泥的水化有促进作用,和早期的以NaCI或者CaCl2为主要成分的混凝土早强剂有相似的作用。其中氯离子与水泥水解后的Ca(OH)2 起反应生成CaCl2,从而加快水泥的早期水化,由于CaCl2 能与C3A反应,在水泥微粒表面上生成具有促进C3S、C2S的水化反应的水化氯铝酸钙,所以最初几个小时的水化热有显著提高。
而使用海水拌合混凝土的28d抗压强度普遍低于普通混凝土,由此Islam的团队发现海水混凝土早期强度较高与水合产物堵塞孔隙有关而后期强度下降则和软水合产物渗出有关[2]。
2.2破坏机理
对于破坏机理的分析本文采用了蔡红明的实验数据[3]。下图5、图6、图7分别为受压裂缝图、受压压坏形态图和受压破坏形态图。
海水海砂混凝十受压出现裂缝状态和普通混凝土类似,都是右下角先出现细微裂缝,裂缝通过显微镜如图6所示。随后裂缝逐渐变大并且向上发展,和上部生成的裂缝在式样中间会合。在图7中可以看到裂缝由外向内发展,在内部产生贯通裂缝,混凝土碎块和主体彻底分开。
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