凈化海砂在混凝土中的應用

陳遠大

【摘 要】隨著城市建設的快速發展，混凝土用砂需求量迅速增加，由于河砂資源的逐漸減少，在我國部分沿海地區，人口密度大，經濟發達，工程建設量大，當河（江）砂資源出現供給不足，又沒有其他砂源替代的情況下，開發利用當地的海砂資源成為經濟發展的客觀需要和歷史發展的必然。目前，《建設工程質量管理條例》、《海砂混凝土應用技術規范》JGJ206—2010已經發布實施等有關法律法規已經發布實施。本文結合規范，探討了海砂混凝土應用技術要點。

【關鍵詞】海砂混凝土；河沙；耐久性

1.海砂混凝土應用技術要點

1.1用于配制混凝土的海砂應作凈化處理

凡是摻有海砂的混凝土，無論摻加比例多少，都應視為海砂混凝土。上述定義具有特殊性，與其他學科的術語有較大差別，其目的是從嚴控制海砂混凝土的工程質量?！兑幏丁芬幎ā坝糜谂渲苹炷恋暮Ｉ皯鲀艋幚怼?，并將此作為強制性條文?！皟艋幚怼弊鳛楸疽幏兜奶赜行g語，被定義為：采用專用設備對海砂進行淡水淘洗并使之符合本規范要求的生產過程。因此，海砂的凈化處理需要采用專用設備進行淡水淘洗，并去除泥、泥塊、粗大的礫石和貝殼等雜質。這主要考慮到采用簡易的人工清洗，含鹽量和雜質不易去除干凈，且均勻性差，質量難以控制。海砂用于配制混凝土，應特別考慮影響建設工程安全性和耐久性的因素，確保工程質量，確保海砂應用的安全性。鑒于我國目前質量管理的現實狀況，本規范對此進行了嚴格規定。該強制性條文一是為了杜絕將海砂原砂直接用于生產混凝土，二是為了杜絕采用自然淡化、簡單的人工淘洗等無法保證凈化質量的方式來敷衍了事的行為。

目前，最大量使用的海砂凈化處理方法是淡水沖洗法。我國目前典型的海砂凈化生產線工藝流程如圖2所示?；玖鞒虨椋鹤ザ窂倪\砂船中抓取海砂，放入大型敞口容器，經傳送帶進入凈化生產線。首先進入第1沖洗箱，箱內設有轉篩，同時注入淡水。海砂在第1沖洗箱和轉篩內經淡水沖刷洗濾，可除去部分氯離子、較大的貝殼和粗大礫石，篩下的海砂沖入第1浸泡池，經提斗傳送帶提取后，進入第2沖洗箱，箱內一般不再設轉篩，第2次注入淡水沖洗，然后海砂沿沖洗槽泄入第2浸泡池，再經提斗傳送帶提取后，輸送入堆料場，即得到凈化海砂。我國海砂凈化處理技術及其設備工藝目前總體上處于一個自發、無序、隨意的狀態。凈化生產線的設備、工藝流程、運行管理制度、控制參數（如淡水水質、用水量、淘洗時間等）等五花八門，其直接后果就是造成凈化后的海砂含鹽量不穩定，不同生產線處理的海砂含鹽量差異大，即使同一條生產線不同批次的凈化砂含鹽量也相差較大；在這種條件下，為了滿足對氯離子含量的控制要求，一般會根據經驗加大用水量，而且現有的工藝大部分不能使用循環水技術，造成淡水的巨大浪費。國外的海洋骨料凈化生產線自動化、規范化程度較高。其基本流程是：海洋骨料從采砂船中輸送到堆場，從堆場輸送到篩選設備，過大的骨料會被篩出破碎后重新進入篩選設備。篩選設備出來的骨料分為3個粒級：10～20mm，4～10mm，0～4mm。其中只有0～4mm粒級的海砂需要進行淡水沖洗，沖洗后還需要進行脫水處理。沖洗產生的泥漿則需要專門處理。

針對這種情況，中國建筑科學研究院成功改進了海砂凈化處理工藝技術，能夠節約淡水資源30%以上，且保證凈化海砂的含鹽量穩定，滿足《規范》要求。海砂凈化工藝循環水利用如圖3所示。其中：凈化砂目標氯離子含量S*；進砂（原砂）的氯離子含量Sin；進水的氯離子含量Win；進水量（水砂比例）Rin；出砂（凈化砂）的氯離子含量Sout；出水（淘洗水）的氯離子含量Wout；出水量ROut。

2.海砂不得用于預應力混凝土

《規范》規定“海砂不得用于預應力混凝土”。 有些經營者在利益的驅動下，參雜使假、在河砂中拌和海砂進行銷售，混凝土生產施工中違規使用海砂和不合格河砂的現象也有所抬頭，給建設工程帶來嚴重質量安全隱患。為了堅決制止和打擊使用不合格混凝土用砂的違規現象，《建設工程質量管理條例》、《廈門市建設工程材料使用管理辦法》等法規明確指出預拌商品混凝土生產企業、施工企業不得使用驗收不合格、檢測不合格的混凝土用砂?；炷劣蒙暗馁|量指標和檢驗方法也必須符合《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》（JGJ52-2006）和《海砂混凝土應用技術規范》（JGJ206-2010），并且要求氯離子含量不得大于0.01%。用于配制混凝土的海砂必須經凈化處理，且海砂不得用于預應力混凝土。因此，本規范規定預應力結構不得使用海砂混凝土。

3.嚴格控制海砂及海砂混凝土中的氯離子含量

從研究結果與工程應用經驗來看，由于氯離子是導致鋼筋銹蝕的最直接因素，因而也是影響海砂在工程中應用的最關鍵因素。上述提到的對海砂應用的種種從嚴的限制性規定，從技術層面而言，最重要的原因是對海砂中氯離子可能對鋼筋混凝土結構留下重大隱患的擔憂。也可以說，海砂混凝土應用的安全問題主要取決于是否控制好海砂及海砂混凝土的氯離子含量?！镀胀ɑ炷劣蒙?、石質量及檢驗方法標準》JGJ52—2006中對砂的氯離子含量作為強制性條文規定：“鋼筋混凝土用砂，氯離子含量不得大于0.06%（以干砂質量百分率計）；預應力鋼筋混凝土用砂，氯離子含量不得大于0.02%”。然而，對于海砂而言，這個含量的限制相對寬松，除了需要考慮到海砂的氯離子在混凝土中存在一個長期緩慢釋放的過程，而目前的測試方法僅是針對短期溶出氯離子的測定，且按照JGJ52—2006的測試方法，先將砂樣烘干，然后測定氯離子，這個過程會損失氯離子，造成對海砂氯離子含量的低估。同時還需要考慮海砂大多用于沿海地區，混凝土結構受到來自海洋氯離子的侵入風險高，以及沿海地區干濕循環現象普遍等不利因素。因此，《規范》提高了對海砂中氯離子含量的要求，規定海砂的氯離子含量不得大于0.03%。同時對其他原材料的氯離子含量也提出了較高要求。如要求水泥的氯離子含量不得大于0.025%，拌合用水的氯離子含量不得超過250mg/L。

除了對原材料的控制，《規范》對混凝土拌合物總的水溶性氯離子含量也提出明確限值（見表1）。而且，在進行配合比設計時，要求“當海砂批次發生變化時，應重新測試拌合物的水溶性氯離子含量”。同時要求海砂混凝土“水溶性氯離子含量應在澆筑地點取樣檢驗”。

除此之外，《規范》對海砂的堅固性、含泥量、泥塊含量、云母含量等技術指標都是取《建筑用砂》GB/T148684—2001和《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》JGJ52—2006中偏于安全、甚至最嚴格的限值。

3.1海砂混凝土的耐久性要求

海砂混凝土用于建設工程，最令人擔憂的問題就是耐久性問題。除了從嚴控制海砂及海砂混凝土的氯離子含量外，《規范》規定：“海砂混凝土耐久性應滿足設計要求”，當設計無要求時，應符合表2的要求。表2對海砂混凝土的碳化深度、抗硫酸鹽等級、抗滲等級、抗氯離子滲透性能、抗凍等級、堿-骨料反應等技術指標提出了基本要求。在混凝土結構耐久性設計不足時，可以在一定程度上保證海砂混凝土在服役過程中的耐久性。

3.2河砂與凈化海砂的區別和效益

3.2.1河砂與凈化海砂有如下區別（表2）

通過對海砂混凝土的主要力學性能如抗壓強度、軸壓強度、彈性模量、抗折強度、劈拉強度、受壓應力應變曲線和鋼筋握裹力的系統研究，并與河砂混凝土進行了對比，發現在同等條件下，海砂混凝土的力學性能與河砂混凝土基本相當（圖4），海砂經一定的過濾及清洗等凈化流程后，在去除氯離子的同時也大大降低了沙中所含的貝殼及含泥、泥塊等。這是凈化海砂的一大優良特點。而較低的含泥量及泥塊含量對混凝土的強度及抗滲抗裂均有很好的幫助。

3.2.2經濟性

河砂每立方約88元，凈化海砂每立方約78元，從2011年6月使用至今，運用凈化砂約生產了15萬方混凝土，節約成本約70萬元。運用在中鐵源昌2007G7項目及恒安國際廣場，及筼筜湖綜合整治工程等一些工程，在強度及施工性能方面均獲得工地好評，無論是地下室底板或屋面板等重要部位均未出現裂縫問題。

3.2.3海砂混凝土的配合比設計

海砂混凝土與河砂混凝土的配合比設計基本相同，但需要注意以下幾點。

由于需要控制混凝土中總的水溶性氯離子含量，在某些情況下，原材料的選擇增加了氯離子含量的制約因素。例如當海砂的氯離子含量偏高（如僅達到《規范》要求的0.03%），這時外加劑和礦物摻和料可能需要選擇氯離子含量比其產品標準要求更低的產品才能符合要求。

4.結束語

現如今，我國依然有一些地方繼續偷用、誤用或不合理利用海砂的情況。為此，需要加強宣傳和貫徹相關標準規范的執行力度，讓廣大工程技術人員認識到使用未經凈化處理海砂的極大危害性，只要科學、合理地利用海砂，筆者認為在技術框架內，完全可以生產出質量合格、耐久性良好的混凝土，滿足工程建設的需要，創造出巨大的經濟效益和社會效益。 [科]