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1、新型人工鱼礁混凝土渗透性能研究2013.9.13-叶益龙摘要：渗透性能是人工鱼礁混凝土耐久性的重要内容，直接影响着人工鱼礁在海洋环境下的使用年限。采用 ASTM C1202 电通量法对各组人工鱼礁混凝土的氯离子渗透性进行研究，通过混凝土表面吸水率试验与电通量法相互验证，并使用孔结构分析仪对其微观孔结构进行了分析。研究结果表明：与硅酸盐水泥混凝土相比，硫铝酸盐水泥显著减少了混凝土的孔隙率，降低渗透性；海水和海砂明显起到了优化混凝土孔结构的作用，无害孔和少害孔的孔体积所占比例增加，平均孔径较小，混凝土的抗渗性较好；两种水泥混合使用的混凝土的累计孔体积增加，其有害孔和多害孔的体积所占比例较大，孔数量
2、增多且平均孔径增大，使得混凝土的氯离子渗透性很高。与标准养护相对比，淡水养护和海水养护对混凝土渗透性能的影响较小，孔结构也较一致，但增加了孔的总体积。关键词：人工鱼礁，混凝土，渗透性，孔结构，硫铝酸盐水泥Permeability of new type of artificial fish reef concrete Abstract：Permeability is an important content of concrete durability of artificial reefs, having a direct impact on the service life of arti
3、ficial reefs in Marine environment. By the method of electric flux ASTM C1202, groups of artificial reef concrete were studied on the chlorideion permeability. And the trial results of the water absorption of the concrete surface could realize mutual authentication with the electric flux method, and
4、 the pore structure was analyzed by using a pore structure analyzer. The results show that, compared with Portland cement concrete, the sulphoaluminate cement significantly reduces the porosity of concrete and its permeability. Seawater and sea sand can obviously optimize concrete pore structure. Th
5、e volume percentage of harmless hole and less harm hole increase, the average pore size is small, so the permeability resistance of concrete becomes better. When two kinds of cement is mixed used in concrete, its cumulative pore volume increases. The volume proportion of harmful hole and much harmfu
6、l hole is larger, and the number and average pore diameter increase, and the chlorideion permeability of concrete is very high. Compared with standard curing, fresh water curing and seawater curing have less effect on the permeability of concrete, and their pore structures are consistent, but increa
7、se the total pore volume.Keywords：artificial reef , concrete, permeability, pore structure, sulphoaluminate cement0 前言在 21 世纪，随着海洋经济在国家经济发展中的重要地位不断上升，各国也竞相谋求从海洋中获取资源来发展本国的国民经济。其中，以开展海洋牧场为沿海海域进行海洋生态功能修复的人工鱼礁工程项目，在许多国家业已进行了长期的探索、研究和建设，并相继取得了一定的成果 1-3。一些研究表明 4-6，在鱼类增殖和生态功能修复方面，混凝土人工鱼礁的效果比其他材料的人工鱼礁更为显著，
8、因而在沿海地区得到了较为广泛的应用。但是，混凝土人工鱼礁在成功投放到沿岸海区使用后，通过多年的调查发现，这些混凝土人工鱼礁出现了许多问题，诸如混凝土强度劣化、内部钢筋锈蚀等耐久性问题，导致了人工鱼礁结构破坏，使用寿命严重缩短，其经济效益、社会效益和生态效益也最终降低，不能够达到人们的预期目标。而这是由于人工鱼礁不可避免地受到了海水的长期渗透和侵蚀作用所产生的后果。为了提高混凝土人工鱼礁的经济效益、社会效益和生态效益，尤其在经济效益方面降低人工鱼礁的成本，可利用硫铝酸盐水泥和沿海地区的海水、海砂等建造混凝土人工鱼礁，但需对其耐久性能进行深入研究。有关研究表明 7-9，掺入海水或海砂对普通混凝土的
9、渗透性会产生重要的影响，决定着混凝土的耐久性。Caijun 10指出，混凝土的渗透性是由混凝土的孔隙结构决定。周俊龙等11通过研究发现，海水海砂造成普通硅酸盐水泥混凝土内部孔隙多且孔隙率大，对混凝土的抗渗透性能非常不利。肖建庄等 12研究发现，不管是掺加何种外掺料，海砂混凝土的氯离子渗透性比普通混凝土的大。而黄华县等 13认为混凝土的抗渗性与混凝土是否含有氯离子及氯离子含量并没有直接的关系，只取决于混凝土的孔结构。其研究结果表明，混凝土中氯盐的存在降低了混凝土的渗透性，提高了氯离子抗渗性能，是因为混凝土中引入的氯离子在内部孔隙中结晶并堵住了孔隙之间的通道，使得电通量降低。Yildirim 14
10、研究了不同类型的水泥在混凝土氯离子渗透性能方面的差异性，表明了水泥类型对混凝土的抗渗性有不同的影响。并且，认为电通量法测出的氯离子渗透性能是受到两个因素的共同影响：一个是取决于混凝土孔结构，另一个是混凝土孔隙液的离子。因此，在评价混凝土渗透性能时需要结合表面吸水率进行判断。另外有研究表明 15-17，硫铝酸盐水泥在改善混凝土的氯离子渗透性能方面有明显的效果。硫铝酸盐不仅能够提高混凝土的密实度，降低孔隙率，而且通过化学结合和物理吸附等固化由海水和海砂引入的大量的自由态氯离子，有效地降低了自由态氯离子的含量。鉴于氯盐环境（如海洋及近海环境）中采用普通混凝土时钢筋混凝土结构物的耐久寿命只有 10-2
11、0 年的现状，硫铝酸盐水泥海砂海水混凝土在经济效益以及由于固化氯离子降低混凝土内部氯离子含量从而在保护混凝土中的钢筋所起到的作用等方面， ，展现出了优势，这在混凝土人工鱼礁中的应用展现出较好的。1 原材料和试验方法1.1 原材料1）水泥：本试验使用普通硅酸盐水泥（PC）和硫铝酸盐水泥（ SAC） 。采用福建炼石水泥有限公司生产的普通硅酸盐水泥（P.O 42.5 级） ，表观密度 3050kg/m3, 主要参数见 表 1，主要性能指标见 表 2；快硬硫铝酸盐水泥由唐山北极熊建材公司生产，表观密度3150kg/m3，主要参数见 表 1，主要性能指标见 表 2。表 1 OPC 与 SAC 水泥熟料矿
12、物组成含量 (%)水泥品种 C3S C2S C3A SO3 C4AF C4A3Error!OPC 55.6 19.6 7.5 2.1 9.3 -SAC - 31.46 - 2.96 11.28 52.85表 2 SAC 与 PC 的各项性能指标凝结时间(min) 抗折强度(MPa) 抗压强度(MPa)品种表观密度(kg/m3)比表面积(m2/kg)烧失量LOI (%)初凝 终凝 3d 28d 3d 28dOPC 3050 360 1.06 125 185 5.7 8.4 27.5 45SAC 3150 387 1.3 34 58 7.5 79 55.5 61.82）粗骨料：试验用的普通石子按照
13、建筑用卵石、碎石(GB/T 14685-2001)的规定进行检测，其各项性能指标见 表 3。选用的普通石子性能质量优良、级配合理，符合试验的要求。表 3 石子的技术指标表观密度(kg/m 3) 堆积密度 (kg/m3) 空隙率(%) 吸水率 (%)2660 1532 42.4 0.23）细骨料：河砂、海砂，使用闽江河砂以及连江海砂。根据建筑用砂(GB/T 14684-2001)测定细骨料，各性能指标见 表 4，颗粒级配如 表 5 所示。表 4 砂各项技术指标种类 细度模数堆积密度(kg/m3)表观密度(kg/m3)吸水率 贝壳含量 (%) 含泥量(%)氯离子含量 (%)河砂 2.5 1480
14、2591 0.1 0 3.53 0海砂 1.6 1331 2980 0.18 1.52 3.01 0.289表 5 砂的颗粒级配河砂 海砂筛孔尺寸(mm) 分计筛余(%) 累计筛余(%) 分计筛余(%) 累计筛余(%)4.75 0 0.0 0.07 0.072.36 0.73 0.73 0.3 0.371.18 2.29 3.02 0.36 0.730.60 17.48 20.5 6.49 7.220.30 69.55 90.05 46.34 53.560.15 8.86 98.91 41.61 95.170.15 1.09 100 4.83 1004）拌合用水：自来水、人工模拟海水，人工模拟
15、海水按照各成分在海水里面所占的质量比例配制而成，如 表 6 所示。表 6 人工模拟海水成分名称 分子式 质量（克升水）(g/L)氯化钠 NaCl 23.467氯化镁 MgCl2 4.981硫酸镁 Na2SO4 3.917氯化钙 CaCl2 1.102氯化钾 KCl 0.6645）高效减水剂：山西凯迪建材有限公司生产的 KDSP-1 聚羧酸盐缓凝型高效减水剂，使用掺量为水泥质量的 1%，减水率为 25%。6）阻锈剂（三乙醇胺，化学分子式 N(CH2CH2OH)3）：天津市致远化学试剂有限公司生产，使用掺量为水泥质量的 3%。7）硫铝酸盐水泥用缓凝剂：天津巴斯夫化工有限公司生产，其掺量为硫铝酸盐水
16、泥质量的 0.3%。1.2 试验配合比为了研究硫铝酸盐水泥和海水海砂对人工鱼礁混凝土的抗渗性，设计其变化参数为硫铝酸盐水泥掺量、拌合海水和海砂掺量，以及养护方法。人工鱼礁混凝土配合比设计按照C30 强度等级的试验要求以及普通混凝土配合比设计规程 （JGJ55-2011 ）进行设计并适配，配合比见 表 7。缓凝剂是为延缓硫铝酸盐水泥的快速水化反应，因而其掺量为硫铝酸盐水泥质量的百分比。表 7 人工鱼礁混凝土配合比（kg/m 3）注：试验编号前缀 S 代表为标准养护条件，D 代表为淡水养护条件，H 代表为海水养护。1.3 试验方法1.3.1 电通量法测新型人工鱼礁混凝土的抗氯离子渗透性能本试验采用 ASTM C1202 电通量法测试仪，测量混凝土试件在 60V 直流电压下 6h 通过的电量以评价混凝土的渗透性。该方法通过测定流过混凝土的电量，快速评价混凝土的渗透性高低。ASTM C1202 方法基本原理是阴极溶液(氯化物溶液) 中负离子(氯离子)被吸引到正极，所以所测的电通量就是氯离子渗
