海砂混凝土的研究和應用綜述★

趙嘉瑋 薛瑞豐

(內蒙古工業大學土木工程學院，內蒙古 呼和浩特 010050)

海砂混凝土的研究和應用綜述★

趙嘉瑋 薛瑞豐

(內蒙古工業大學土木工程學院，內蒙古 呼和浩特 010050)

通過大量國內外文獻，從海砂的應用現狀、海砂混凝土力學性能、海砂混凝土的淡化處理及其腐蝕性能、未經淡化處理海砂混凝土的研究等方面出發，對海砂混凝土的研究現狀進行了總結，就海砂混凝土的應用前景提出了一些看法。

海砂，混凝土，氯離子含量，海砂淡化

0 引言

隨著各國經濟快速發展和建設規模日益擴大，混凝土用量相應增加，導致很多沿海城市面臨河砂資源枯竭的困境，而沿海地區海砂資源卻非常豐富，因此在沿海地區合理利用海砂資源，成為各國緩解河砂資源不足的一種有效方式。

海砂成分除貝殼外(成分為CaCO3)，與河砂大致相同，但未經處理的海砂含有大量氯鹽及硫酸鹽，不能直接用于傳統鋼筋混凝土結構，因此各國學者紛紛圍繞海砂淡化、海砂混凝土的耐久性等方面問題進行深入研究，以期望海砂作為建筑用砂代替河砂。

1 海砂混凝土腐蝕性能研究現狀

有關海砂混凝土腐蝕性能的研究相對較多，國內有代表性的研究者主要有洪乃豐、干偉忠、肖建莊和殷惠光。

洪乃豐[1- 4]先后發表了幾篇文獻闡述了濫用海砂的危害性，海砂混凝土的銹蝕機理及其防范措施。干偉忠等[5]對影響鋼筋銹蝕進行了快速耐久性試驗，試驗主要考慮了混凝土強度、保護層厚度、鋼筋直徑、氯離子含量對鋼筋銹蝕的影響。試驗表明：同等條件下，混凝土強度高鋼筋銹蝕小；混凝土保護層厚度大鋼筋銹蝕小；Cl離子含量高鋼筋銹蝕程度大。

肖建莊等[6]對比研究了淡化海砂、海砂和河砂高性能混凝土的氯離子滲透性，共設計了C60和C80兩種強度的高性能混凝土12組，每組3個試件，研究了齡期為90 d和120 d的混凝土滲透性，C80混凝土的滲透性比C60要小，海砂的滲透性最大，河砂的最小，淡化海砂滲透性居中。

殷惠光等[7,8]通過試驗研究了砂的種類(海砂、河砂、海砂和河砂混合)、水膠比、復合超細粉摻量、種類以及養護時間五種因素對混凝土抗氯離子滲透性的影響，試驗結果表明五種因素影響最大的是復合超細粉摻量，其次是水膠比，然后是養護時間，其他兩種因素影響甚微，在試驗的基礎上，利用多元線性回歸方法提出一種預測混凝土抗氯離子滲透性的數學模型。國外學者研究了海砂混凝土的耐久性、氯離子含量、阻銹劑效應等[9,10]。

2006年，由深圳大學邢鋒主持的國家自然科學基金課題《海砂混凝土腐蝕破壞特性與機理研究》(項目編號：50578095)對NaCl浸泡的河砂模擬海砂中氯離子的擴散，水泥凝膠體與氯離子的結合特性、鋼筋銹蝕等方面進行了微觀方面研究，發表了系列文章[11-15]。

國外學者研究了海砂混凝土的耐久性、氯離子含量、阻銹劑效應等[16,17]。通過研究發現，控制氯離子含量可有效提高淡化海砂混凝土的耐久性、添加適當阻銹劑可有效提高淡化海砂鋼筋混凝土的耐久性。

陸續還有許多學者[9,17]對海砂混凝土進行了研究，經過這些學者的大量研究可以發現，嚴格控制氯離子含量，淡化海砂可以代替河砂用于傳統鋼筋混凝土結構，采用阻銹劑等阻隔氯離子的方式也可以防止鋼筋銹蝕。各國根據以上研究成果，都給出了淡化海砂氯離子含量限值規定。

2 國內外對使用海砂混凝土氯離子含量限值規定

中國：1)對鋼筋混凝土，海砂中氯離子含量不應大于0.06%。2)對預應力混凝土不宜用海砂。若必須使用海砂時，則應經淡水沖洗，其氯離子含量不得大于0.02%。3)建筑工程中采用的海砂必須是經過專門處理的淡化海砂。公共建筑或者高層建筑不宜采用海砂。鋼筋混凝土抹灰面層不得采用未處理的海砂作砂漿。采用海砂的建筑工程應當嚴格檢查工程質量；對結構構件的混凝土保護層不符合規范要求的，必須進行處理后，才能進入下一工序。日本：BS:882:1992規定，淡化海砂中氯離子當用于普通混凝土結構中，氯離子的含量占骨料總質量，必須控制在0.1%之內，如果用于預應力混凝土結構，必須控制在0.05%。BS:882:1997規定，淡化海砂中氯離子當用于普通混凝土結構中，氯離子的含量占水泥總質量的比例，必須控制在0.4%之內，如果用于預應力混凝土結構，必須控制在0.1%之內。

日本各部門對氯離子含量限制見表1。

表1 日本各部門對氯離子含量的規定 %

美國混凝土協會的相關規定見表2。

表2 美國相關規定(氯離子含量占總水泥的重量)

許多國家都延用美國規范。

3 海砂混凝土力學性能研究現狀

文獻[18]的作者調查了東京地區1999年8月17日和1998年6月27日兩次地震鋼筋混凝土房屋破壞和倒塌情況，調查發現混凝土質量太差是導致結構在地震發生時破壞的主要原因之一，其中大量房屋發現使用沒有經過處理的海砂，導致鋼筋銹蝕嚴重，而且作者對破壞混凝土進行化學分析發現，這些混凝土中氯離子含量是使用河砂混凝土氯離子含量的20多倍，并對海砂混凝土和河砂混凝土的力學性能進行了試驗，發現海砂混凝土的強度比河沙混凝土強度低60%，海砂的級配也比河砂要差。因此如果采用不加淡化的海砂，有關它的力學性能必須進行相關研究。

淡化海砂力學性能與河砂力學性能比較的文獻非常少，文獻[19]對挖掘海砂混凝土與河砂的混凝土進行了對比試驗研究，主要研究挖掘海砂對混凝土和易性、力學性能、耐久性的影響。試驗共設計了三種混凝土，一種為常規混凝土，設計強度為30 MPa,采用常規河砂細骨料，水泥采用快凝水泥，骨料采用石灰石碎料，共有四種尺寸，分別為0 mm～2 mm，0 mm～5 mm，5 mm～12 mm，12 mm～20 mm；第二種混凝土用挖掘海砂代替0 mm～2 mm的細骨料，其他相同；第三種為用挖掘海砂代替0 mm～2 mm的細骨料，并在混凝土中添加塑料纖維。其中挖掘海砂從海中挖出后，在海邊堆放3個月干燥后使用。海砂中氯離子含量最高為所有骨料重量的0.046%，SO3含量為0.038%，符合規范UNE-EN 1744-1對氯離子和硫化物含量的限值要求。水灰比也控制在規范UNE-EN 1744-1要求0.5的限值之內。

用上述三種混凝土分別澆筑了三條15 m長，5 m寬，25 cm厚的港灣路，并在澆筑路面的時候同時澆筑了標準棱柱體試塊。主要試驗測試了棱柱體試塊的坍落度和標準養護28 d后的力學性能。并在150 d后選取澆筑的路面核心進行了試驗。還進行了滲透性試驗和毛細系數試驗，以比較挖掘海砂混凝土的耐久性。

三種混凝土的坍落度試驗值分別為17 cm,22 cm,19 cm，相差不大，說明海砂對混凝土的和易性沒有影響，采用海砂細骨料的混凝土坍落度反而要比石灰石磨碎細骨料的和易性要好。

試驗結果三種混凝土的抗壓強度分別為39 MPa，36 MPa，33 MPa，三種混凝土的力學性能相差不大。

文獻[20]對含鹽量、貝殼含量對海砂海水混凝土強度的影響進行了深入研究，研究發現隨著含鹽量的增加，混凝土強度下降；隨著貝殼含量的增加，混凝土強度下降，但是只要貝殼含量和含鹽量控制在一定范圍，海砂海水混凝土可作為建筑用混凝土材料使用。

有關淡化海砂與傳統河砂混凝土力學性能的比較還沒有查到相關文獻，可能是以下兩方面的原因：1)海砂和河砂的主要區別是海砂中含有大量的氯離子和氧化物，如果把氯離子控制在不對鋼筋造成銹蝕危害的含量，去除一定的貝殼，海砂從級配等方面與河砂具有相同的性質；2)查閱文獻從近期向早期推進，目前查閱到的文獻都是比較近期的，而海砂混凝土的研究最早開始于1965年，所以有關的力學性能研究可能是在早期進行的，還沒有查閱到，所以后續還要繼續查閱。

4 海砂混凝土應用

使用海砂于傳統混凝土結構中，首先要嚴格進行除鹽處理，使其達到合格后才能使用。但是，由于未經處理的海砂的價格僅為河砂的1/3～1/4[21]，這使得在某些建筑結構施工中，以公開或隱蔽的方式使用未經處理的海砂，導致建筑物成為了“海砂屋”，比較出名的事件有臺灣“海砂屋”事件[22]。韓國曾濫用過海砂，其中最大的事件是漢城“三豐大廈”的垮塌，造成多人傷亡[23]。

我國沿海地區，偷挖、濫用海砂現象由來已久，1999年國土資源部發布了《關于加強海砂開采管理的通知》，在保護海洋環境的前提下，允許有序地開發海砂資源，以解決建筑用砂問題。據初步估算[21]，2000年我國建筑用海砂約9 000萬t均由近岸海域開采而得，產值約2 215億元。最近哈爾濱工業大學的查曉雄教授[24]研究不經過淡化處理的海砂混凝土的應用。主要研究在鋼管和不經淡化處理海砂混凝土之間隔離一層FRP管組成鋼管—FRP—海砂混凝土柱，通過有限元分析了鋼管厚度、鋼材屈服強度、混凝土強度、FRP纏繞方向對柱承載力的影響。廣東省交通廳2012年剛立項高性能纖維復合材料筋(FRP筋)海砂混凝土在橋梁結構中的推廣應用研究項目[25]。2014年浙江省科技廳立項海砂海水混凝土及其工程應用研究項目[26]，研究高性能材料和海砂海水混凝土在工程中的應用。

5 結語

本文通過閱讀大量文獻，總結了目前有關淡化海砂混凝土的研究和應用現狀，淡化海砂用于傳統混凝土結構的技術已經非常成熟，但是有關海砂和高性能FRP材料結合直接用于建筑結構的研究才剛剛起步，還需要進行大量研究。

建設海島國防和軍用基礎設施、發展海洋經濟勢必要興建許多海洋和港口建筑物及構筑物，大量的土建工程，混凝土用量可觀，而且對于一些距離內陸比較遠的島嶼建設，大量砂、水等混凝土材料的運輸也非常困難，與此同時，對于這些海島或沿海地區，有大量的海砂和海水資源可用，如果可以利用海水和海砂資源配制混凝土，對滿足海洋經濟發展和海島國防建設具有非比尋常的意義。因此高性能復合材料與海砂混凝土的應用將是未來海砂混凝土的發展趨勢。

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Review of research and application on the sea sand concrete★

Zhao Jiawei Xue Ruifeng

(CivilEngineeringCollege,InnerMongoliaUniversityofTechnology,Hohhot010050,China)

Mechanical properties of sea sand concrete, sand, sea sand concrete desalination and its corrosion resistance without respect, sea sand concrete research desalination processing, research status of sea sand concrete are summarized, by domestic and foreign literature. Put forward the original opinion on the prospect of the application of sea sand concrete.

sea sand, concrete, chlorine ion content, desalted sea sand

1009-6825(2015)07-0103-03

2014-12-28 ★：浙江省科技廳面上項目(項目編號：2013C31126)

趙嘉瑋(1989- )，男，在讀碩士； 薛瑞豐(1990- )，男，在讀碩士

TU528

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