用于混凝土的海洋集料
海洋集料已用于很多標(biāo)志性建筑,像塞芬二橋、溫布利體育場(chǎng)和英吉利海峽隧道鐵路線,這些建筑每天都在使用,且首要的性能就是工作性和耐久性。這些建筑與陸地上的建筑一樣應(yīng)該采用歐洲標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定的集料。與海水接觸的海灘砂和其它礦物沉淀物也可以當(dāng)作海洋集料。在一些區(qū)域海洋集料對(duì)市場(chǎng)的貢獻(xiàn)更大,例如,英國(guó)東南部大約30%的集料是海洋集料,威爾斯南部超過(guò)90%的砂是海砂。
海洋集料主要從英國(guó)和威爾斯南部許可開(kāi)發(fā)海域的海床周圍開(kāi)采。海洋集料的開(kāi)采許可必須經(jīng)過(guò)完整的環(huán)境影響評(píng)價(jià)才可以授予。環(huán)境影響評(píng)價(jià)包括調(diào)查對(duì)海岸地質(zhì)作用的影響、對(duì)海洋生態(tài)的影響以及對(duì)漁業(yè)和考古的影響。
海洋集料在英國(guó)是高品質(zhì)砂石的重要來(lái)源,主要用于混凝土集料。2005年英國(guó)和威爾斯混凝土集料總量的18%使用的是海洋集料。
在英國(guó)2001年—2016年國(guó)家和地區(qū)對(duì)集料供給指南中,海洋集料對(duì)整個(gè)集料供應(yīng)的重要性已經(jīng)得到公認(rèn)。英國(guó)每年有1700萬(wàn)噸海洋集料被開(kāi)采出來(lái),包括填砂護(hù)灘所用的材料和其它用于填充的材料。
像英國(guó)東南部這些區(qū)域施工作業(yè)難度很高,且陸地的集料供應(yīng)有限,所以海洋集料就成為主要材料。由于海洋集料是直接運(yùn)輸?shù)酱a頭,這樣可以減少?gòu)牡V場(chǎng)的公路交通運(yùn)輸對(duì)環(huán)境造成的影響。
海洋集料的開(kāi)采和使用信息可以從海洋集料制造商協(xié)會(huì)獲得。2008年3月出版的項(xiàng)目綜述是從超過(guò)360個(gè)項(xiàng)目中提煉而成的。
什么是海洋集料
海洋集料的地質(zhì)起源和礦物組成與來(lái)自于陸地的集料一樣。他們大部分都是硅酸鹽類,粗粒徑從南部的燧石和黑燧石到石英石,細(xì)粒徑部分組分相同但是晶狀石英含量較高。
海洋集料中含有貝殼碎片和海鹽,在最終使用時(shí)歐洲標(biāo)準(zhǔn)對(duì)這些組分的含量都有一定的限制。盡管海洋集料中氯化物含量通常都較低,但氯化物促使埋置鋼筋腐蝕,而鈉離子在一定環(huán)境下有助于堿骨料反應(yīng)。對(duì)于結(jié)構(gòu)混凝土,需要采用化學(xué)方法測(cè)定氯化物含量,以確定滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。如果混凝土中堿含量控制在發(fā)生堿骨料反應(yīng)的最小風(fēng)險(xiǎn)以下,那么鈉含量也應(yīng)相應(yīng)控制在一定含量以內(nèi)。
歐洲標(biāo)準(zhǔn)
主要的歐洲標(biāo)準(zhǔn)有BSEN12620和BSEN206-1。BS8500是BSEN206的英國(guó)國(guó)家使用文檔,而PD6682-1則是BSEN12620的使用導(dǎo)則。
混凝土中的氯化物除了來(lái)自于集料之外,像水泥和外加劑中也有氯化物的存在,所以集料中含有氯化物需要正確對(duì)待。BSEN206-1中對(duì)混凝土中氯化物的總含量(采用占水泥重量來(lái)計(jì)量)做了限制。
BS8500-1給出了一個(gè)確定氯化物含量等級(jí)(依據(jù)所計(jì)算出的混凝土中氯化物的含量)的指南,氯化物含量的限制是根據(jù)鋼筋(如果有)和水泥的類型來(lái)確定的。預(yù)應(yīng)力混凝土和經(jīng)過(guò)熱養(yǎng)護(hù)的鋼筋混凝土或是埋置金屬的混凝土所要求的氯化物含量等級(jí)比正常養(yǎng)護(hù)的同類混凝土要低一些。采用依照BS4027標(biāo)準(zhǔn)要求的抗硫酸鹽水泥配制的混凝土所要求的氯化物含量要比其它水泥配制的混凝土要低,這是因?yàn)榭沽蛩猁}水泥含有較低的C3A組分,在硬化混凝土中它與氯離子的化學(xué)鍵密切相關(guān)。
BS8500建議,在后張法預(yù)應(yīng)力混凝土和無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土中,氯化物含量取決于建筑物類型,施工方法和裸露程度。BRE文摘507對(duì)此進(jìn)行了進(jìn)一步的解釋。
BSEN12620中假定來(lái)自于內(nèi)陸的混合集料氯化物含量在0.01%以內(nèi)。
內(nèi)陸集料和海洋集料一樣也有貝殼碎片。BSEN12620對(duì)于細(xì)集料的貝殼含量沒(méi)有做限制,但是將粗集料的貝殼含量分為兩類,貝殼重量小于10%和大于等于10%兩類。做這些限制最初是想通過(guò)降低空心貝殼的含量來(lái)保持混凝土的抗?jié)B性,其實(shí)大部分貝殼碎片填充在水泥漿體中,所以說(shuō)并沒(méi)有增加混凝土的滲透性。大部分貝殼碎片的成分是碳酸鈣,這種組分在混凝土中很穩(wěn)定,不過(guò)薄殼的貝殼,和任何片狀材料一樣會(huì)影響混凝土的和易性。
用于道路路面的高速公路管理局規(guī)范中限制混凝土路面板用50mm粒徑以上的砂中酸性材料(主要是碳酸鈣)低于25%,因?yàn)榭紤]到交通帶來(lái)的對(duì)路面磨損。
鋼筋保護(hù)
對(duì)于普通鋼筋混凝土可以采用清洗混合集料來(lái)滿足所要求的氯化物含量。在布里斯托海峽和默西塞德區(qū)域60年來(lái)都是這樣做的。如果使用未清洗的海砂,必須檢測(cè)氯化物含量且滿足BS8500規(guī)定的要求。如果作為儲(chǔ)備物資的水通過(guò)蒸發(fā)而不是排水失去,海洋集料的氯化物含量可能會(huì)增加,不過(guò)在英國(guó)這個(gè)不是問(wèn)題,除非夏天達(dá)到儲(chǔ)備水的底線。海洋集料中像來(lái)源于靠近海岸線的海灘或是偶爾遭受海水浸濕亦或是蒸發(fā)率比較高的,通常氯化物含量較高。
工程實(shí)例表明,假如硬化后混凝土的氯化物含量低于BS8500的限制,以及混凝土的質(zhì)量和保護(hù)層厚度都按標(biāo)準(zhǔn)要求做的話,采用海洋集料并沒(méi)有大的額外腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。
BSEN206-1和英國(guó)導(dǎo)則都要求氯化物含量的計(jì)算包括混凝土中所有組分,包括水泥、水、外加劑,這三種成分都含有一定量的氯化物。
堿骨料反應(yīng)
在英國(guó)導(dǎo)則中通常不再提堿骨料反應(yīng),并且這個(gè)問(wèn)題現(xiàn)在描述的也很少。但是一些規(guī)范中這個(gè)問(wèn)題依然很重要,像BRE文摘330最新說(shuō)明以及混凝土協(xié)會(huì)技術(shù)報(bào)告30中都有提到。海洋集料和內(nèi)陸集料一樣不會(huì)或是很少影響堿骨料反應(yīng)。
結(jié)論
海洋集料對(duì)英國(guó)集料供應(yīng)做了很有價(jià)值的貢獻(xiàn),在許多著名的工程項(xiàng)目中都有應(yīng)用。在那些施工作業(yè)難度高,且陸地的集料供應(yīng)有限的區(qū)域,像英國(guó)東南部,使用海洋集料是非常有利的。海洋集料主要用來(lái)做混凝土集料。混凝土中的氯化物通過(guò)適當(dāng)?shù)呐浜媳?、質(zhì)量控制措施以及遵守英國(guó)和歐洲標(biāo)準(zhǔn)來(lái)加以控制。
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