净化海砂在混凝土中的应用

陈远大

【摘 要】随着城市建设的快速发展，混凝土用砂需求量迅速增加，由于河砂资源的逐渐减少，在我国部分沿海地区，人口密度大，经济发达，工程建设量大，当河（江）砂资源出现供给不足，又没有其他砂源替代的情况下，开发利用当地的海砂资源成为经济发展的客观需要和历史发展的必然。目前，《建设工程质量管理条例》、《海砂混凝土应用技术规范》JGJ206—2010已经发布实施等有关法律法规已经发布实施。本文结合规范，探讨了海砂混凝土应用技术要点。

【关键词】海砂混凝土；河沙；耐久性

1.海砂混凝土应用技术要点

1.1用于配制混凝土的海砂应作净化处理

凡是掺有海砂的混凝土，无论掺加比例多少，都应视为海砂混凝土。上述定义具有特殊性，与其他学科的术语有较大差别，其目的是从严控制海砂混凝土的工程质量。《规范》规定“用于配制混凝土的海砂应作净化处理”，并将此作为强制性条文。“净化处理”作为本规范的特有术语，被定义为：采用专用设备对海砂进行淡水淘洗并使之符合本规范要求的生产过程。因此，海砂的净化处理需要采用专用设备进行淡水淘洗，并去除泥、泥块、粗大的砾石和贝壳等杂质。这主要考虑到采用简易的人工清洗，含盐量和杂质不易去除干净，且均匀性差，质量难以控制。海砂用于配制混凝土，应特别考虑影响建设工程安全性和耐久性的因素，确保工程质量，确保海砂应用的安全性。鉴于我国目前质量管理的现实状况，本规范对此进行了严格规定。该强制性条文一是为了杜绝将海砂原砂直接用于生产混凝土，二是为了杜绝采用自然淡化、简单的人工淘洗等无法保证净化质量的方式来敷衍了事的行为。

目前，最大量使用的海砂净化处理方法是淡水冲洗法。我国目前典型的海砂净化生产线工艺流程如图2所示。基本流程为：抓斗从运砂船中抓取海砂，放入大型敞口容器，经传送带进入净化生产线。首先进入第1冲洗箱，箱内设有转筛，同时注入淡水。海砂在第1冲洗箱和转筛内经淡水冲刷洗滤，可除去部分氯离子、较大的贝壳和粗大砾石，筛下的海砂冲入第1浸泡池，经提斗传送带提取后，进入第2冲洗箱，箱内一般不再设转筛，第2次注入淡水冲洗，然后海砂沿冲洗槽泄入第2浸泡池，再经提斗传送带提取后，输送入堆料场，即得到净化海砂。我国海砂净化处理技术及其设备工艺目前总体上处于一个自发、无序、随意的状态。净化生产线的设备、工艺流程、运行管理制度、控制参数（如淡水水质、用水量、淘洗时间等）等五花八门，其直接后果就是造成净化后的海砂含盐量不稳定，不同生产线处理的海砂含盐量差异大，即使同一条生产线不同批次的净化砂含盐量也相差较大；在这种条件下，为了满足对氯离子含量的控制要求，一般会根据经验加大用水量，而且现有的工艺大部分不能使用循环水技术，造成淡水的巨大浪费。国外的海洋骨料净化生产线自动化、规范化程度较高。其基本流程是：海洋骨料从采砂船中输送到堆场，从堆场输送到筛选设备，过大的骨料会被筛出破碎后重新进入筛选设备。筛选设备出来的骨料分为3个粒级：10～20mm，4～10mm，0～4mm。其中只有0～4mm粒级的海砂需要进行淡水冲洗，冲洗后还需要进行脱水处理。冲洗产生的泥浆则需要专门处理。

针对这种情况，中国建筑科学研究院成功改进了海砂净化处理工艺技术，能够节约淡水资源30%以上，且保证净化海砂的含盐量稳定，满足《规范》要求。海砂净化工艺循环水利用如图3所示。其中：净化砂目标氯离子含量S*；进砂（原砂）的氯离子含量Sin；进水的氯离子含量Win；进水量（水砂比例）Rin；出砂（净化砂）的氯离子含量Sout；出水（淘洗水）的氯离子含量Wout；出水量ROut。

2.海砂不得用于预应力混凝土

《规范》规定“海砂不得用于预应力混凝土”。 有些经营者在利益的驱动下，参杂使假、在河砂中拌和海砂进行销售，混凝土生产施工中违规使用海砂和不合格河砂的现象也有所抬头，给建设工程带来严重质量安全隐患。为了坚决制止和打击使用不合格混凝土用砂的违规现象，《建设工程质量管理条例》、《厦门市建设工程材料使用管理办法》等法规明确指出预拌商品混凝土生产企业、施工企业不得使用验收不合格、检测不合格的混凝土用砂。混凝土用砂的质量指标和检验方法也必须符合《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》（JGJ52-2006）和《海砂混凝土应用技术规范》（JGJ206-2010），并且要求氯离子含量不得大于0.01%。用于配制混凝土的海砂必须经净化处理，且海砂不得用于预应力混凝土。因此，本规范规定预应力结构不得使用海砂混凝土。

3.严格控制海砂及海砂混凝土中的氯离子含量

从研究结果与工程应用经验来看，由于氯离子是导致钢筋锈蚀的最直接因素，因而也是影响海砂在工程中应用的最关键因素。上述提到的对海砂应用的种种从严的限制性规定，从技术层面而言，最重要的原因是对海砂中氯离子可能对钢筋混凝土结构留下重大隐患的担忧。也可以说，海砂混凝土应用的安全问题主要取决于是否控制好海砂及海砂混凝土的氯离子含量。《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JGJ52—2006中对砂的氯离子含量作为强制性条文规定：“钢筋混凝土用砂，氯离子含量不得大于0.06%（以干砂质量百分率计）；预应力钢筋混凝土用砂，氯离子含量不得大于0.02%”。然而，对于海砂而言，这个含量的限制相对宽松，除了需要考虑到海砂的氯离子在混凝土中存在一个长期缓慢释放的过程，而目前的测试方法仅是针对短期溶出氯离子的测定，且按照JGJ52—2006的测试方法，先将砂样烘干，然后测定氯离子，这个过程会损失氯离子，造成对海砂氯离子含量的低估。同时还需要考虑海砂大多用于沿海地区，混凝土结构受到来自海洋氯离子的侵入风险高，以及沿海地区干湿循环现象普遍等不利因素。因此，《规范》提高了对海砂中氯离子含量的要求，规定海砂的氯离子含量不得大于0.03%。同时对其他原材料的氯离子含量也提出了较高要求。如要求水泥的氯离子含量不得大于0.025%，拌合用水的氯离子含量不得超过250mg/L。

除了对原材料的控制，《规范》对混凝土拌合物总的水溶性氯离子含量也提出明确限值（见表1）。而且，在进行配合比设计时，要求“当海砂批次发生变化时，应重新测试拌合物的水溶性氯离子含量”。同时要求海砂混凝土“水溶性氯离子含量应在浇筑地点取样检验”。

除此之外，《规范》对海砂的坚固性、含泥量、泥块含量、云母含量等技术指标都是取《建筑用砂》GB/T148684—2001和《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JGJ52—2006中偏于安全、甚至最严格的限值。

3.1海砂混凝土的耐久性要求

海砂混凝土用于建设工程，最令人担忧的问题就是耐久性问题。除了从严控制海砂及海砂混凝土的氯离子含量外，《规范》规定：“海砂混凝土耐久性应满足设计要求”，当设计无要求时，应符合表2的要求。表2对海砂混凝土的碳化深度、抗硫酸盐等级、抗渗等级、抗氯离子渗透性能、抗冻等级、碱-骨料反应等技术指标提出了基本要求。在混凝土结构耐久性设计不足时，可以在一定程度上保证海砂混凝土在服役过程中的耐久性。

3.2河砂与净化海砂的区别和效益

3.2.1河砂与净化海砂有如下区别（表2）

通过对海砂混凝土的主要力学性能如抗压强度、轴压强度、弹性模量、抗折强度、劈拉强度、受压应力应变曲线和钢筋握裹力的系统研究，并与河砂混凝土进行了对比，发现在同等条件下，海砂混凝土的力学性能与河砂混凝土基本相当（图4），海砂经一定的过滤及清洗等净化流程后，在去除氯离子的同时也大大降低了沙中所含的贝壳及含泥、泥块等。这是净化海砂的一大优良特点。而较低的含泥量及泥块含量对混凝土的强度及抗渗抗裂均有很好的帮助。

3.2.2经济性

河砂每立方约88元，净化海砂每立方约78元，从2011年6月使用至今，运用净化砂约生产了15万方混凝土，节约成本约70万元。运用在中铁源昌2007G7项目及恒安国际广场，及筼筜湖综合整治工程等一些工程，在强度及施工性能方面均获得工地好评，无论是地下室底板或屋面板等重要部位均未出现裂缝问题。

3.2.3海砂混凝土的配合比设计

海砂混凝土与河砂混凝土的配合比设计基本相同，但需要注意以下几点。

由于需要控制混凝土中总的水溶性氯离子含量，在某些情况下，原材料的选择增加了氯离子含量的制约因素。例如当海砂的氯离子含量偏高（如仅达到《规范》要求的0.03%），这时外加剂和矿物掺和料可能需要选择氯离子含量比其产品标准要求更低的产品才能符合要求。

4.结束语

现如今，我国依然有一些地方继续偷用、误用或不合理利用海砂的情况。为此，需要加强宣传和贯彻相关标准规范的执行力度，让广大工程技术人员认识到使用未经净化处理海砂的极大危害性，只要科学、合理地利用海砂，笔者认为在技术框架内，完全可以生产出质量合格、耐久性良好的混凝土，满足工程建设的需要，创造出巨大的经济效益和社会效益。 [科]