长江下游超细疏浚砂在混凝土中的应用技术研究

1绪论

1.1研究背景及意义

1.2研究现状

1.2.1水运工程疏浚砂研究现状

1.2.2新型砂性混凝土研究进展

1.2.3矿物填料的使用现状

1.2.4疏浚砂掺量对混凝土性能的影响

1.3本书主要研究工作与研究方法

2疏浚砂特性分析及形态结构特征研究

2.1疏浚砂特性分析

2.2疏浚砂形态结构特征研究

2.2.1样本制作与图像处理

2.2.2形态特征参数

2.2.3分形维数

2.3本章小结

3砂性混凝土配合比设计及性能检测

3.1水胶比对砂性混凝土力学性能的影响

3.1.1粉煤灰为填料时水胶比对砂性混凝土力学性能的影响……044

3.1.2矿粉为填料时水胶比对砂性混凝土力学性能的影响

3.2填料掺量对砂性混凝土力学性能的影响

3.2.1粉煤灰填料掺量的影响

3.2.2矿粉作为填料掺量对砂性混凝土力学性能的影响

3.3含泥量对砂性混凝土性能的影响

3.4疏浚砂砂性混凝土物理及耐久性能

3.4.1表观密度

3.4.2流动度、凝结时间和泌水性

3.4.3抗侵蚀性和抗冲磨性能

3.5本章小结

4砂性混凝土组成设计原则与方法

4.1微观分析及优化研究

4.1.1微观机理分析

4.1.2微观形貌分析

4.1.3孔隙大小分布和孔隙度

4.2超细砂混凝土配合比设计原则及方法

4.3砂性混凝土组成设计原则及方法

4.3.1混凝土配合比设计相关理论

4.3.2致密堆积混凝土配合比设计

4.3.3砂性混凝土配合比设计相关研究

4.4本章小结

5砂性混凝土制备工艺研究

5.1实验室制备工艺研究

5.1.1原料添加顺序对砂性混凝土强度的影响

5.1.2搅拌速率对砂性混凝土强度的影响

5.1.3加水方式对砂性混凝土强度的影响

5.1.4振动条件对砂性混凝土强度的影响

5.2现场应用

5.2.1试验原材料及仪器设备

5.2.2工艺流程与试样检测

5.3半干法压制成型制备砂性混凝土

5.4本章小结

6养护制度对疏浚砂砂浆及水工混凝土孔隙结构及力学性能的影响6.1养护制度对疏浚砂砂浆影响规律的研究

6.1.1试验方案

6.1.2养护制度对疏浚砂浆宏观力学性能的影响

……

9超细疏浚砂对水工混凝土静动态力学性能影响研究

9.1超细疏浚砂对水工混凝土静态力学性能的影响

9.1.1试验方法及配合比

9.1.2试验结果及分析

9.1.3超细疏浚砂对水工混凝土三轴力学性能的影响研究

9.1.4疏浚砂水工混凝土微观性质

9.2超细疏浚砂对水工混凝土动态力学性能的影响

9.2.1试件养护成型

9.2.2试验方法和设备

9.2.3结果与分析

9.3本章小结

参考文献…

1绪论

1.1研究背景及意义

随着国家资源节约、环境保护、长江大保护等政策的发布实施，传统的开山采石等方式受到限制。同时，天然砂石材料面临严重短缺和枯竭，给工程建筑领域带来不利影响。长江南京以下深水航道维护会产生大量疏浚砂，目前疏浚砂通常的处置方法主要有：一是抛弃至附近或指定水域；二是用于围垦造地；三是作为建材资源化利用，以减轻对环境的影响，间接地减少土地占用，降低工程造价。大量利用废弃疏浚砂可有效缓解天然砂石材料短缺和枯竭问题。在目前中国对于生态环境极为重视的宏观背景下，前两种处置途径受到越来越多的限制。疏浚砂的建材资源化利用是一个较为切合实际的途径，对推动绿色发展、促进长江生态保护起到积极作用，也是积极践行习近平总书记“绿水青山就是金山银山”重要论述的有力举措。近年疏浚砂的建材化利用研究主要表现在以下三个方面：①使用聚合物或水泥等胶凝材料对其进行固化处理；②烧制成轻质陶粒骨料；③进行预处理后，部分取代河砂细骨料。但以上建材化利用存在水泥固化疏浚砂土制品容易开裂，陶粒骨料烧制过程中会产生新的污染物而对环境造成二次破坏，疏浚砂取代河砂骨料用量少（一般少于50%）等问题。因而亟待寻找更加经济有效的方法处置日益增加的废弃疏浚砂。以疏浚砂为主要原料制备新型砂性混凝土材料，一方面可以大量利用疏浚砂、粉煤灰等工业废渣，减少土地占用，解决固体废物的二次污染，缓解航道整治工程等对环境的影响；另一方面可以减少水泥用量，降低工程造价，具有良好的生态效益和广阔的应用前景。

基于此，本书以疏浚砂在砂浆及水工混凝土中的应用作为主要研究目标，通过将试验与理论分析相结合，开展长江下游疏浚砂砂浆及水工混凝土力学性能研究，以分析蒸养制度对疏浚超细砂浆的强度和孔结构的影响，研究最大化利用疏浚砂的混凝土配合比优化方法，揭示疏浚砂水工混凝土的静动态力学特性及三轴荷载下的损伤机理，为在砂浆和水工混凝土中最大化利用疏浚砂提供基础，具有重要的理论意义及工程应用价值。

1.2研究现状

砂性混凝土是一种具有与普通波特兰水泥混凝土相似强度的新型混凝土，其主要由砂、水泥、填料（矿粉、粉煤灰或石灰石粉等）、水和高效减水剂等组成，其中砂替代普通混凝土中的粗骨料，粉煤灰、矿粉等填料替代普通混凝土中的细骨料，水泥为黏结剂，同时必须掺入高效减水剂增加其流动性（1-3]。该组成混凝土通过粉煤灰、矿粉等填料细颗粒的填塞作用，基于获得的合理良好的颗粒级配制备以砂为主要原料的新型混凝土。

砂性混凝土又可称为细粒混凝土或无粗骨料混凝土，砂性混凝土与普通混凝土的区别在于砂性混凝土具有高含量的砂。通常砂性混凝土具有低的水泥掺量（250~400kg/m³）、低水灰比和比普通砂浆更高的抗压强度[4]。由于可以使用大量的砂，不需使用粗集料，砂性混凝土主要用于沙漠等石子缺乏而砂供应量大的地区[5]。与普通混凝土相比，砂性混凝土具有很高比例的砂用量、低比例的水泥用量和低水灰比，同时比普通砂浆具有更高的抗压强度等力学性能[S-8]。研究表明，在砂性混凝土中加入石灰石粉等细粒填料作为填充剂，可以保持足够的黏度，从而减少泌水、离析和沉降。然而，过量的细粒填料会使混凝土各组成的比表面积显著增加，从而大大增加需水量。

1.2.1水运工程疏浚砂研究现状

港口、航道整治工程中产生的疏浚砂体量较大，工程界首先尝试了对其资源化处置。在港口的疏浚工程中，利用疏浚土吹填造陆是对其资源化利用的最早方式之一。由于疏浚土往往土颗粒细、含水量高、孔隙比大，其形成的地基土强度低、承载后变形大，引起建筑物下沉量大，容易造成建筑物失稳。因此，疏浚土吹填的陆域往往需要固结处理。针对吹填土的特征，工程界开发了强夯法、动力排水固结法、真空预压法、高真空击密法等物理排水固结工艺来提高其强度，降低其沉降。另外，根据当地废弃土的化学性质，也可以通过向土体中加入化学添加剂并产生化学反应来提高废弃土的固结程度。例如，日本中部国际机场就是在利用名古屋港的疏浚土吹填造陆的基础上建成的，我国天津滨海新区和温州沿海产业带开发中也分别应用了天津港和温州港的疏浚土吹填所造陆域。

在国外，出于环保意识的增强和对资源高效利用的考虑，对土建过程中产生的废弃土和砂都进行了高效的回收利用。而强度较低的弃土和疏浚泥沙则需要经过固化处理才能使用。一般的处理方法是添加矿物填料如石灰石粉末，有研究表明，添加3%～6%的石灰石粉末能够显著增强废弃土的工作性能和力学性能，并将其……

本书以疏浚砂制备的砂浆及水工混凝土为研究对象，开展了超细砂对砂浆、水工混凝土的性能影响规律研究。通过试验与理论分析，明晰了蒸养制度对疏浚超细砂浆与水工混凝土的强度和孔结构的影响，提出了超细沙混凝土配合比优化方法，揭示了疏浚砂水工混凝土的静动态力学特性，相关研究对疏浚砂的资源化应用具有重要的理论意义及工程应用价值。