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摘 要：针对偏远岛礁拥有大量丰富的珊瑚礁砂资源，主要研究珊瑚礁砂特性，及通过覆膜、添加剂、挤压等免烧固结成型技术，探究就地制备珊瑚礁砂透水砖的工艺路线，为在岛礁上建设道路工程利用珊瑚礁砂提供依据。
关键词：珊瑚礁砂；添加剂；挤压；免烧固结成型技术；珊瑚礁砂砌块
边远岛礁地处热带地区，为珊瑚礁砂岛屿，缺淡水，远离陆地[1]，在岛礁上建设各类工程设施，首要问题是缺乏碎石、河沙等建筑材料，施工用淡水也非常匮乏；如果这些材料从陆地运往，不仅延长的施工期，而且运输费用高昂，还可能受到风浪等自然条件的限制；因此开展珊瑚礁砂就地利用，珊瑚砂砌块免烧结固接成型技术的研究具有十分重要的现实意义。
珊瑚砂特性研究
珊瑚砂由珊瑚、孔虫等海生生物的遗体形成[2]，与陆地砂相比，虽然同是一类流动性颗粒，但其理化性能差异较大。作为砌块的主要骨料，珊瑚砂的成分组成、粒径分布、含泥量、体积密度、视密度、空隙率、圆球度、单颗粒强度等系列性能，对固结强度、耐高温、耐盐雾、耐潮湿均有着重要影响。通过珊瑚砂基础性能的测试，分析珊瑚砂砌块骨料的关键影响因素。
珊瑚砂基础性能测试
珊瑚砂矿物组成主要为文石和高镁方解石，化学成分主要砂碳酸钙[3]，其质轻、形状各异，棱角度高，低强度，容易破碎[4]。实验过程中对珊瑚砂进行破碎筛分，筛分出5～15mm的粗颗粒及0.053～0.425mm细颗粒，如图1所示。
从图1可以看出珊瑚砂，形状不规则，表面有一定的孔隙，孔隙会导致吸水率增大，有研究表明，珊瑚的吸水率高达10%以上[5]，吸水高会影响后期制品的性能，对细颗粒珊瑚砂的组分，含泥量、圆球度进性分析结果如表1所示。
从表1可以看出，珊瑚礁砂主要由碳酸钙组成，其含量96.7%以上，珊瑚礁礁砂圆度，球度较差，这是因为，珊瑚砂本身是钙质成分，多孔，质脆，在破碎石，导致很多封闭的内孔隙释放，孔隙比减小，从而发生更大变形[6]。
对珊瑚砂进行扫描电镜分析其表面结构，结果如图2所示，珊瑚砂表面粗糙，孔隙较多。
珊瑚砂骨料覆膜研究
为避免珊瑚砂制品吸水率大和吸濕性强的问题，通过在珊瑚砂表面包覆一层复合胶黏剂，同时在包覆过程中引入反应型偶联剂，使复合胶黏剂反应性的均匀包覆在珊瑚砂表面。
实验材料：实验室自主研制的复合胶黏剂ZM树脂，ZM固化剂，钛酸酯偶联剂，钛白粉、硬脂酸钙。
实验仪器：FR-1236马弗炉、JJ-5水泥胶砂机。
实验方法：将筛分好40/70目的珊瑚砂2Kg在马弗炉中加热到140℃，然后快速倒入水泥胶砂机，启动搅拌，带降温到120oC，依次加入ZM树脂，钛酸酯偶联剂，钛白粉、ZM固化剂，待包覆完全，珊瑚砂分散开后出料，制备得到包膜珊瑚砂。
结果与讨论：通过上述实验，采用显微镜图片比较了珊瑚砂样品及覆膜珊瑚砂样品的外观如图3所示。珊瑚砂经过表面包覆以后，珊瑚砂颗粒的变得圆润光滑，进一步的比较珊瑚砂与覆膜珊瑚砂扫描电镜分析，结果如图4所示，从图上可以看出，经过覆膜以后，珊瑚砂表面的多孔结构，被包覆膜层覆盖，覆膜珊瑚砂整个颗粒表面变得更加光滑。
比较珊瑚砂与覆膜珊瑚砂单颗粒强度，结果如图5所。
通过比较可以看出覆膜后，珊瑚砂高强度分布区高于未覆膜珊瑚砂，计算单颗粒强度覆膜后平均值，覆膜珊瑚砂为6.72kN，未覆膜珊瑚砂为5.38kN ，说明经过覆膜后能够提高珊瑚砂砂单颗粒强度。
进一步比较珊瑚砂与覆膜珊瑚砂的在28MPa下破碎率，结果如表2所示。
从表中可以看出，覆膜后珊瑚砂的破碎率明显的低于未覆膜珊瑚砂，这是因为珊瑚砂表面包覆一层树脂后，树脂覆膜层在界面形成软性结构，界面相的法向变形可用来表示线弹簧模型的法相位移间断量[7]，因此当覆膜砂在被压缩的情况下，可类似于弹簧的收缩，相比刚性的沙子，覆膜砂具有更好的强度。
珊瑚砂砌块成型技术研究
以覆膜珊瑚砂为材料，自主开XZM为复合胶黏剂，在添加量为覆膜珊瑚砂4.5%制备的透水砖性能7d抗压强度22.5MPa，体积密度1.7g/cm3，透水速率2.5mL/cm2·min，样品图片如图6所示，能够满足非机动车道的透水铺装，为在岛礁上建设道路工程利用珊瑚礁砂提供依据。
结论
综上所述，文章得出如下结论：①通过对珊瑚砂物理化学性质研究，确定了其可以制备珊瑚砂透水砖砂实验方案；②通过实验优化出制备珊瑚砂透水砖，技术工艺；③通过珊瑚砂固结成型技术及透水砖，为在岛礁上建设道路工程利用珊瑚礁砂提供依据。
参考文献：
[1]陈兆林，陈天月，曲勋明.珊瑚礁砂混凝土的应用可行性研究[J].海洋工程，1991，9（3）：67-80.
[2]杨国志.珊瑚砂的农业利用[J].日本土壤肥料学1986，57（2）： 193-197.
[3]孙宗勋.南沙群岛珊瑚砂工程性质研究[J].热带海洋，2000， 19（2）：1-8.
[4]程忠庆，阳平，姜海波.珊瑚砂中浅基础抗风可靠性动态分析[J].水电能源科学，2014，32（7）：113-115.
[5]彭自强，彭胜，李达，等.无机聚合物珊瑚礁砂混凝土基本力学性能试验研究[J].武汉理工大学学报，2016，38（11）：93-104.
[6]张家明，张凌，刘慧，等.钙质砂剪切特性试验研究[J].岩石力学与工程学报，2016，27（1）：3010-3015.
[7]段惠玲，王建祥，黄筑平，等，颗粒增强复合材料的界面模型与界面相模型的关[J].复合材料学报，2004，21（3）：102-109.
作者简介：秦升益（1961-），男，安徽岳西人，硕士，教授级高级工程师，研究方向：砂产业研究。
王宏斌（1985-），男，陕西商洛人，中级硕士，研究方向：胶黏剂。
关键词：珊瑚礁砂；添加剂；挤压；免烧固结成型技术；珊瑚礁砂砌块
边远岛礁地处热带地区，为珊瑚礁砂岛屿，缺淡水，远离陆地[1]，在岛礁上建设各类工程设施，首要问题是缺乏碎石、河沙等建筑材料，施工用淡水也非常匮乏；如果这些材料从陆地运往，不仅延长的施工期，而且运输费用高昂，还可能受到风浪等自然条件的限制；因此开展珊瑚礁砂就地利用，珊瑚砂砌块免烧结固接成型技术的研究具有十分重要的现实意义。
珊瑚砂特性研究
珊瑚砂由珊瑚、孔虫等海生生物的遗体形成[2]，与陆地砂相比，虽然同是一类流动性颗粒，但其理化性能差异较大。作为砌块的主要骨料，珊瑚砂的成分组成、粒径分布、含泥量、体积密度、视密度、空隙率、圆球度、单颗粒强度等系列性能，对固结强度、耐高温、耐盐雾、耐潮湿均有着重要影响。通过珊瑚砂基础性能的测试，分析珊瑚砂砌块骨料的关键影响因素。
珊瑚砂基础性能测试
珊瑚砂矿物组成主要为文石和高镁方解石，化学成分主要砂碳酸钙[3]，其质轻、形状各异，棱角度高，低强度，容易破碎[4]。实验过程中对珊瑚砂进行破碎筛分，筛分出5～15mm的粗颗粒及0.053～0.425mm细颗粒，如图1所示。
从图1可以看出珊瑚砂，形状不规则，表面有一定的孔隙，孔隙会导致吸水率增大，有研究表明，珊瑚的吸水率高达10%以上[5]，吸水高会影响后期制品的性能，对细颗粒珊瑚砂的组分，含泥量、圆球度进性分析结果如表1所示。
从表1可以看出，珊瑚礁砂主要由碳酸钙组成，其含量96.7%以上，珊瑚礁礁砂圆度，球度较差，这是因为，珊瑚砂本身是钙质成分，多孔，质脆，在破碎石，导致很多封闭的内孔隙释放，孔隙比减小，从而发生更大变形[6]。
对珊瑚砂进行扫描电镜分析其表面结构，结果如图2所示，珊瑚砂表面粗糙，孔隙较多。
珊瑚砂骨料覆膜研究
为避免珊瑚砂制品吸水率大和吸濕性强的问题，通过在珊瑚砂表面包覆一层复合胶黏剂，同时在包覆过程中引入反应型偶联剂，使复合胶黏剂反应性的均匀包覆在珊瑚砂表面。
实验材料：实验室自主研制的复合胶黏剂ZM树脂，ZM固化剂，钛酸酯偶联剂，钛白粉、硬脂酸钙。
实验仪器：FR-1236马弗炉、JJ-5水泥胶砂机。
实验方法：将筛分好40/70目的珊瑚砂2Kg在马弗炉中加热到140℃，然后快速倒入水泥胶砂机，启动搅拌，带降温到120oC，依次加入ZM树脂，钛酸酯偶联剂，钛白粉、ZM固化剂，待包覆完全，珊瑚砂分散开后出料，制备得到包膜珊瑚砂。
结果与讨论：通过上述实验，采用显微镜图片比较了珊瑚砂样品及覆膜珊瑚砂样品的外观如图3所示。珊瑚砂经过表面包覆以后，珊瑚砂颗粒的变得圆润光滑，进一步的比较珊瑚砂与覆膜珊瑚砂扫描电镜分析，结果如图4所示，从图上可以看出，经过覆膜以后，珊瑚砂表面的多孔结构，被包覆膜层覆盖，覆膜珊瑚砂整个颗粒表面变得更加光滑。
比较珊瑚砂与覆膜珊瑚砂单颗粒强度，结果如图5所。
通过比较可以看出覆膜后，珊瑚砂高强度分布区高于未覆膜珊瑚砂，计算单颗粒强度覆膜后平均值，覆膜珊瑚砂为6.72kN，未覆膜珊瑚砂为5.38kN ，说明经过覆膜后能够提高珊瑚砂砂单颗粒强度。
进一步比较珊瑚砂与覆膜珊瑚砂的在28MPa下破碎率，结果如表2所示。
从表中可以看出，覆膜后珊瑚砂的破碎率明显的低于未覆膜珊瑚砂，这是因为珊瑚砂表面包覆一层树脂后，树脂覆膜层在界面形成软性结构，界面相的法向变形可用来表示线弹簧模型的法相位移间断量[7]，因此当覆膜砂在被压缩的情况下，可类似于弹簧的收缩，相比刚性的沙子，覆膜砂具有更好的强度。
珊瑚砂砌块成型技术研究
以覆膜珊瑚砂为材料，自主开XZM为复合胶黏剂，在添加量为覆膜珊瑚砂4.5%制备的透水砖性能7d抗压强度22.5MPa，体积密度1.7g/cm3，透水速率2.5mL/cm2·min，样品图片如图6所示，能够满足非机动车道的透水铺装，为在岛礁上建设道路工程利用珊瑚礁砂提供依据。
结论
综上所述，文章得出如下结论：①通过对珊瑚砂物理化学性质研究，确定了其可以制备珊瑚砂透水砖砂实验方案；②通过实验优化出制备珊瑚砂透水砖，技术工艺；③通过珊瑚砂固结成型技术及透水砖，为在岛礁上建设道路工程利用珊瑚礁砂提供依据。
参考文献：
[1]陈兆林，陈天月，曲勋明.珊瑚礁砂混凝土的应用可行性研究[J].海洋工程，1991，9（3）：67-80.
[2]杨国志.珊瑚砂的农业利用[J].日本土壤肥料学1986，57（2）： 193-197.
[3]孙宗勋.南沙群岛珊瑚砂工程性质研究[J].热带海洋，2000， 19（2）：1-8.
[4]程忠庆，阳平，姜海波.珊瑚砂中浅基础抗风可靠性动态分析[J].水电能源科学，2014，32（7）：113-115.
[5]彭自强，彭胜，李达，等.无机聚合物珊瑚礁砂混凝土基本力学性能试验研究[J].武汉理工大学学报，2016，38（11）：93-104.
[6]张家明，张凌，刘慧，等.钙质砂剪切特性试验研究[J].岩石力学与工程学报，2016，27（1）：3010-3015.
[7]段惠玲，王建祥，黄筑平，等，颗粒增强复合材料的界面模型与界面相模型的关[J].复合材料学报，2004，21（3）：102-109.
作者简介：秦升益（1961-），男，安徽岳西人，硕士，教授级高级工程师，研究方向：砂产业研究。
王宏斌（1985-），男，陕西商洛人，中级硕士，研究方向：胶黏剂。