摘 要

海洋开发岛礁建设时存在建材运输困难、成本高等问题，珊瑚礁材可用于海工混凝土，属于碳酸钙质材料，将其作为骨料已经有很多学者研究，发现面临着强度方面的问题；作为矿物掺合料面临严重硫酸盐侵蚀问题。本实验采用珊瑚礁砂作为水泥混合材制备水泥砂浆，研究珊瑚礁材作为混合料对水泥砂浆抗硫酸盐侵蚀性能的影响，对岛礁的建设具有极其重要的工程意义。

本实验通过掺10%，20%，30%的珊瑚砂粉并与掺20%石灰石粉对比，并采用普通硅酸盐，低C₃A，硫铝酸盐等三种水泥，研究水泥砂浆强度，膨胀率，XRD和孔隙率。结果表明，随着珊瑚砂粉掺量的增加，三种水泥的砂浆强度都随之降低；三种水泥膨胀率均随着珊瑚砂掺量的增加的增大；且掺珊瑚砂会增大水泥砂浆的孔隙率，7天XRD存在文石，方解石。另外，在掺珊瑚砂粉量相同的情况下，低C₃A水泥强度降低程度和膨胀率最小，硫铝酸盐水泥其次，普通硅酸盐水泥最大。通过分析，掺珊瑚砂会降低水泥砂浆抗硫酸盐侵蚀的能力，且使用低C₃A水泥对水泥砂浆抗硫酸盐侵蚀最有利，其次为硫铝酸盐水泥，最差为普通硅酸盐水泥。

关键词：珊瑚礁材 石灰石 抗硫酸盐侵蚀

Study on Sulfate Attack Performance of Cement Mortar Mixed with Coral Reef Material

Abstract

The construction of marine development islands and reefs has the problems of difficult transportation of building materials and high cost. Coral reef materials can be used in marine concrete and belong to calcium carbonate materials. As aggregates, many scholars have studied and found that they are facing strength problems. As a mineral admixture, it faces serious sulfate erosion. Therefore, this experiment uses coral reef sand as cement mixture to prepare cement mortar, and studies the influence of coral reef material as mixture on sulfate erosion resistance of cement mortar, which has extremely important engineering significance for the construction of islands and reefs.

In this experiment, the strength, expansion rate, XRD and porosity of cement mortar were studied by mixing 10%, 20% and 30% coral sand powder and comparing with mixing 20% limestone powder, and using ordinary silicate, low C3A, sulphoaluminate and other three cements. The results show that the mortar strength of the three kinds of cement decreases with the increase of coral sand powder content. The expansion rates of the three cements all increased with the increase of coral sand content. Moreover, coral sand will increase the porosity of cement mortar. aragonite and calcite exist in XRD for 7 days. In addition, with the same amount of coral sand powder, the strength reduction and expansion rate of low C3A cement are the smallest, followed by sulphoaluminate cement and ordinary Portland cement. Through analysis, coral sand can reduce the sulfate erosion resistance of cement mortar, and the use of low C3A cement is the most favorable for sulfate erosion resistance of cement mortar, followed by sulphoaluminate cement, and the worst is ordinary Portland cement.

Key Words： Coral Reef；Limestone Resists；Sulfate Attack

目录

摘要 2

Abstract 3

目录 4

第一章 绪论 5

1.1珊瑚砂粉在混凝土中的应用 6

1.2珊瑚砂粉对混凝土抗侵蚀性能的影响 7

1.3研究内容 8

第二章 实验材料及方法 10

2.1实验原材料 10

2.2实验设备 11

2.3实验方法 12

第三章 掺珊瑚砂粉抗硫酸盐侵蚀性能 13

3.1普通硅酸盐水泥 13

3.2低C₃A硅酸盐水泥 17

3.3硫铝酸盐水泥 19

3.4本章小结 23

第四章 结论及展望 24

4.1结论 24

4.2展望 24

参考文献 25

致谢 28

第一章 绪论

珊瑚礁材是一种生物堆积物，它是珊瑚群体失去生命特征后其残留的物质，不仅是在海洋中常见的一种沉淀物并且是种能用于基础建设的基建材料。珊瑚礁的组成成分较为复杂，但是它的矿物成分大部分是文石还有高镁方解石，占它大部分的化学成分和石灰石是比较相像的，都是碳酸钙，但是晶型不同，另外所不同的是在珊瑚礁材中含有大约97%的碳酸钙，因此，以这种分类的话，在岩土中与碳酸盐土或者说钙土比较相似^[1]，在石灰石化学组成中，绝大多数就是碳酸钙。1982年以来，国内外许多国家的水泥生产企业着眼于经济与生态环境，采用石灰石粉作为混合材生产复合水泥，我国1999年修订的国家标准GB12958-1999将石灰石粉划为不是活性的混合材，并且能够在复合水泥中掺加 ^[2]。随着近百年来混凝土工程技术的突飞猛进，石灰石粉也被当做一种可以掺入水泥混凝土，并且可以改善其物理化学性能的一种矿物掺合料，在世界范围内的工程建筑中得到了大量的使用。世界上有很多学者在实验室中做了大量的实验，发现石灰石粉的活性很低，但是将其作为一种矿物掺合料加入水泥混凝土中能够有效地改善物理和化学方面的一些性能^[3]。在化学组成方面，石灰石与珊瑚砂很相似，都是碳酸钙，且珊瑚礁材广泛分布于海洋各岛屿，岛礁等地，我国有很长的海岸线，沿着海岸线依次有珊瑚礁材资源及其丰富的黄海、东海和南海。珊瑚礁材类型的岛屿在南海大部分岛屿中是很重要的组成部分，可能其岛礁的面积不大，但是上面蕴含的海洋资源却非常多，是海洋开发和岛屿基建的重要基地。中国的实力越来越强，同时，对于各种资源的需求也越来越多，然而陆地资源变得越加缺乏，向海洋进军，能够更加有效的用上海洋岛屿上面蕴含的非常多的资源对我国有着巨大的战略意义，是保护祖国领土主权完整的必须考虑的战略需要^[4~7]。在对海洋资源进行开采和在岛屿基础建设时，由于其与陆地交通制约，材料运输成本较高，因此考虑使用珊瑚砂粉代替石灰石粉作为矿物掺合料加入混凝土，并研究此时混凝土的性能改善情况，另外，由于海水中有大量的硫酸根离子，会对混凝土建筑进行腐蚀，会造成严重的后果，因此，应该考虑将珊瑚礁材磨成粉当做混合材加入水泥混凝土时对其抗硫酸盐侵蚀性能的影响。

将珊瑚砂粉作为一种混合材加入水泥中会对混凝土的物理和化学特性产生很大影响，对水泥混凝土的早期抗压强度，收缩膨胀率，孔隙率，硬化后的工程力学特性和耐久性能都有着难以忽略的影响。本实验主要研究珊瑚砂粉作为混合材掺入水泥，在保持水泥量恒定的前提下不同珊瑚砂粉的掺量，珊瑚砂粉的掺量恒定的前提下三种水泥对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响。实验的目的是尽量使得混凝土的强度得到改良，并且改善其耐久性，节约资源，从而取得良好的经济效益和社会效益。

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