特別策劃：利用海砂生產(chǎn)混凝土的進展及注意事項探討

特別策劃：利用海砂生產(chǎn)混凝土的進展及注意事項探討

編者按：隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，作為混凝土細骨料的砂子用量特別巨大，在沿海某些地區(qū)相繼出現(xiàn)河砂短缺、濫用海砂的現(xiàn)象。但是，海砂作為建筑用砂是把“雙刃劍”，一方面可以緩解河砂短缺局面、避免過度開采河砂帶來的生態(tài)環(huán)境問題，另一方面由于海砂中所含的氯離子會腐蝕鋼筋，濫用海砂有可能引發(fā)“海砂屋”等嚴重工程事故。本期誠請業(yè)內(nèi)專家和相關(guān)技術(shù)人員對對如何科學、規(guī)范、合理地使用的利用海砂資源生產(chǎn)混凝土展開討論。

黃清林（嘉興市鼎業(yè)新型建材有限公司，總經(jīng)理）

隨著天然河砂、江砂資源的緊缺，部分區(qū)域的混凝土企業(yè)對海砂出現(xiàn)濫用現(xiàn)象，導(dǎo)致質(zhì)量事故隱患不斷，所以許多人“談海砂色變”，其實沒有想象中嚴重，能正確利用海砂，不但能解決河砂濫采現(xiàn)象，也是資源合理利用的體現(xiàn)。

海砂與河砂相比，主要缺點是氯離子含量高，造成對鋼筋的腐蝕，影響工程質(zhì)量，通常我們使用海砂主要采取以下措施：

（1）必須使用淡化后的海砂，且氯離子含量檢測結(jié)果低于規(guī)定標準，嚴禁未經(jīng)淡化濫用。

（2）在混凝土中摻加一定量的“鋼筋防銹劑”，以抑制、消除海砂中的可溶性氯鹽對鋼筋的腐蝕。在國外有許多建筑就采用海砂，采用這種辦法使用，效果比較好。

（3）就是將海砂與河砂按適當?shù)谋壤龘胶驮谝黄鸹旌鲜褂茫饕墙档吐然锏暮坎⒏淖兒Ｉ暗募壟洹?/p>

（4）海砂使用在淡化時應(yīng)該采用砂網(wǎng)進行過濾掉海砂中的貝殼類雜物，否則混凝土澆筑完成后表面有貝殼浮出，影響外觀。

（5）海砂的強度不會比河砂差，但海砂經(jīng)過淡化后，不是連續(xù)級配了，所以在使用時最好與河砂混合使用效果最佳。

（6）使用海砂對混凝土的耐久性的檢測主要體現(xiàn)在碳化性能上，通過大量試驗表明，海砂與河砂的碳化深發(fā)展規(guī)律是一致的。碳化深度隨著時間的增加而增大，隨著強度等級的提高而減小。

總之，我們?nèi)绾握_使用海砂，關(guān)鍵是技術(shù)人員對海砂的認知程度，不能盲目去模仿。如今，利用海水拌制的混凝土的新技術(shù)已經(jīng)開發(fā)成功運用，所以，對于海砂在混凝土中的利用不要再跟風叫停，應(yīng)正確對待，合理利用。

漆貴海（貴州中建建筑科研設(shè)計院有限公司，工程師）

隨著建筑業(yè)對建筑用砂需求量的不斷增加以及河砂資源的日益匱乏，使人們將注意力轉(zhuǎn)移到了儲量豐富的海砂上。海砂相對于河砂具有含泥量低和細度模數(shù)均勻等特點，但海砂中含有大量的氯鹽，氯離子是導(dǎo)致鋼筋混凝土中鋼筋銹蝕的關(guān)鍵因素，也是導(dǎo)致混凝土耐久性降低的重要原因。

那么如何才能很好地利用我國沿海地區(qū)豐富的海砂資源呢？筆者通過查閱文獻總結(jié)出一些海砂中氯鹽的處理方法。

（1）淡化海砂的方法

方法一：海砂自然放置法。這種方法就是將海砂堆積到一定厚度，自然堆放數(shù)月或幾年，取樣化驗其氯化物的含量，合格后再使用。此技術(shù)措施簡單，不需要特別大的場地，但周期長，放置時間一般需要2 個月以上，并且空間利用率低且不能解決應(yīng)急需要。

方法二：淡水沖洗法。這種方法又包括斗式濾水法和散水法。其中斗式濾水法可在較窄的場地上作業(yè)，每立方米砂需消耗淡水 0.8t 以上，每批砂除鹽時間約 12～24h。散水法則需較大場地，而用水量則較少（每立方米砂需消耗淡水0.2t 以上），每批砂除鹽時間 12h 以上。此種方法快捷，能滿足應(yīng)急需要，但通常需要沖洗設(shè)備，造價高，并且水資源浪費嚴重，不符合可持續(xù)發(fā)展需要。

方法三：機械法。這種方法可在較窄的場地上作業(yè)，每立方米砂需消耗淡水 1.5t 以上，耗水量較大，并需要分級機械、離心機械、給水設(shè)備、排水設(shè)備等，但它所需時間短。

（2）摻加阻銹劑的方法

這種方法目前已在日本得到廣泛應(yīng)用，它采取的主要技術(shù)措施是摻加一種叫做“鋼筋防銹劑”的化學藥劑，以抑制、消除海砂中海鹽對鋼筋的腐蝕作用。

目前對鋼筋阻銹劑按使用方式和應(yīng)用對象可分為：摻入型、滲透型阻銹劑；按形態(tài)可分為：水劑型、粉劑型阻銹劑；按化學成分可分為：無機型、有機型和混合型阻銹劑；按作用機理可劃分為；陰極型、陽極型、混合型阻銹劑。

（3）混合法：這一方法就是將海砂與河砂按適當?shù)谋壤龘胶驮谝黄穑涓疽彩墙档吐然锏暮俊：Ｉ芭c河砂的比例可根據(jù)其混合物取樣化驗其氯化物的含量，當其氯化物的含量小于國家規(guī)定的標準后，方可使用。

從以上幾種方法比較得知，機械法一次性投資較大，自然堆放法省錢但耗時，摻加阻銹劑省時但費錢，而淡水沖洗法則介于兩者之間，這種方法也為較多的生產(chǎn)廠家所采用。各海砂生產(chǎn)單位可以根據(jù)自身的條件和實際情況，選擇適合的生產(chǎn)方式進行海砂的生產(chǎn)。

日本對開發(fā)利用海砂，采取了積極、慎重的政策和嚴格的技術(shù)與管理措施，雖然大量使用了海砂，但沒有出現(xiàn)“濫用海砂”和造成“海砂屋”等問題。

目前，美國、日本、英國等國家和我國寧波、溫州、北京、青島、湛江、臺灣等沿海地區(qū)都己經(jīng)開始大量使用鋼筋阻銹劑來預(yù)防鋼筋混凝土中鋼筋的銹蝕，特別是在海工、海島工程的應(yīng)用尤其普遍，但是比起發(fā)達國家的利用率還差很遠，希望海砂在我國的利用能夠進一步實現(xiàn)突破性的進展。

周永祥（中國建筑科學研究院，副總工）

1　海砂資源及利用的問題

在我國東部沿海地區(qū)，人口稠密，經(jīng)濟發(fā)達，工程建設(shè)量大，當河砂資源出現(xiàn)供給不足時，又沒有其他砂源替代（如內(nèi)陸地區(qū)可以使用山砂或機制砂等替代），遠距離運輸河砂又會大大提高工程造價。與國外許多國家走過的路一樣，在陸砂資源短缺的情況下，人們開始將注意力轉(zhuǎn)向了當?shù)厣霸础Ｉ啊Ｒ虼耍睾５貐^(qū)開采利用海砂是經(jīng)濟發(fā)展的客觀需要和歷史發(fā)展的必然。

英國、丹麥、挪威、瑞典、比利時、加拿大、澳大利亞、新西蘭、日本、韓國、土爾其、印度等國家以及我國的臺灣地區(qū)在海砂應(yīng)用于工程建設(shè)方面已有多年的歷史和豐富的應(yīng)用經(jīng)驗。尤其是河砂、陸砂資源短缺的日本，在20 世紀40年代就已經(jīng)開始利用海砂配制混凝土，特別是20 世紀 80年代到 90年代，日本海砂的利用量達到歷史的高點，海砂占建筑用砂的比例高達 30% 左右。

我國20 世紀 30～40年代我國局部地區(qū)將海砂用于臨時建筑。70年代末，個別沿海城市開始出現(xiàn)使用海砂的建筑結(jié)構(gòu)，但規(guī)模較小。對海砂的開采利用在近十多年獲得迅速發(fā)展。國內(nèi)較早大規(guī)模使用海砂的是寧波和舟山地區(qū)、深圳地區(qū)等。目前，寧波、舟山地區(qū)的建筑用砂 90% 以上為海砂。

海砂含泥量低、粒形優(yōu)良、細度均勻，適合配制混凝土。然而，海砂含有較高的氯鹽、貝殼、輕物質(zhì)等有害物質(zhì)。未經(jīng)凈化處理的海砂容易造成混凝土中的鋼筋過早銹蝕，給建筑工程埋下嚴重的質(zhì)量隱患。國內(nèi)外因濫用或誤用海砂出現(xiàn)了一批“海砂屋”，造成了重大的經(jīng)濟損失和惡劣的社會影響。

中國建筑科學研究院承擔了“十一五”科技支撐計劃課題“海砂在建設(shè)工程應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)品開發(fā)”（2006 BAJ02B04）的研究工作，首次在我國黃海、東海、南海三大海域采取了典型的海砂樣品進行研究，系統(tǒng)的研究了海砂作為建筑用砂的特性和應(yīng)用技術(shù)條件、海砂凈化處理技術(shù)、海砂混凝土性能、高性能海砂混凝土生產(chǎn)質(zhì)量控制及工程應(yīng)用技術(shù)、既有海砂混凝土建筑的結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)和病害診治技術(shù)等，建立了海砂凈化示范生產(chǎn)線、海砂混凝土示范生產(chǎn)企業(yè)和海砂混凝土示范工程。制定了工程技術(shù)標準JGJ206-2010《海砂混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》。

2　有效的凈化處理是安全使用海砂的關(guān)鍵前提

海砂經(jīng)過有效的凈化處理之后，如果氯離子含量等技術(shù)指標達到標準要求，完全可以替代河砂生產(chǎn)結(jié)構(gòu)混凝土，且混凝土的各項技術(shù)性能均良好。濱海環(huán)境中的自然暴露試驗也表明海砂混凝土的耐久性良好，但前提是海砂需要進行有效的凈化處理。鑒于此，JGJ206-2010《海砂混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》規(guī)定“用于配制混凝土的海砂應(yīng)作凈化處理”并將其列為強制性條文，要求嚴格執(zhí)行。同時，該規(guī)范對海砂混凝土的氯離子含量和耐久性能技術(shù)指標做出了明確的規(guī)定。嚴格執(zhí)行該規(guī)范，才能確保海砂在建設(shè)工程中的安全使用。

海砂凈化處理的技術(shù)是采用淡水沖洗。雖然目前我國的海砂凈化技術(shù)和設(shè)備能夠基本滿足生產(chǎn)出符合規(guī)范要求的凈化海砂，但存在以下問題：

（1）設(shè)備簡易，生產(chǎn)粗放，不規(guī)范，目前也無規(guī)范可以遵循；

（2）普遍存在耗水量大、能耗高、占地廣的問題；

（3）工藝流程設(shè)計和用水量缺乏系統(tǒng)試驗的、科學的依據(jù)，大多依靠經(jīng)驗，隨意性很大，因而，凈化處理出來的海砂質(zhì)量不穩(wěn)定，特別是含鹽量波動較大。因此，我國亟須在海砂凈化處理技術(shù)上進行革新和升級，形成節(jié)水、節(jié)能、高效、穩(wěn)定的凈化處理技術(shù)系統(tǒng)，并制定相應(yīng)的技術(shù)標準，以確保凈化海砂的質(zhì)量。

3　海砂的開采問題

在 1993-1994年前后，寧波、舟山地區(qū)開始大規(guī)模采掘海砂，淡化后用于建筑工程。目前正在使用采掘技術(shù)，是通過采砂船的泵抽吸技術(shù)。抽吸時，由海水攜帶海砂，進入吸管。船艙中設(shè)置初步處理設(shè)備，能夠?qū)⑽蟻淼暮Ｉ斑M行處理，主要是篩去泥塊、大的貝殼和其他雜物，得到比較均勻、潔凈的海砂。

經(jīng)上述采砂工藝處理后，所得海砂的含泥量較低，已不含大的貝殼等粗物，除含鹽量和貝殼含量之外，其余指標一般都能滿足建筑用砂的標準。

（1）海砂開采對海洋生態(tài)環(huán)境和地質(zhì)環(huán)境的影響。

開采海砂，可能會破壞海洋生物群集中的各生物種類的棲息環(huán)境，破壞海底的生態(tài)環(huán)境同時影響海水的鹽度、pH值、O2含量、營養(yǎng)鹽等。日本曾經(jīng)報道過開采海砂導(dǎo)致海底世界如同荒漠一般的景象，由此引起日本社會對開采海砂的反對。

海砂開采可能造成海域輸砂量失衡、附近海域流場、波場改變，使得海岸受到侵蝕，國土流失。在近海大規(guī)模開采海砂，可能會引起近海地質(zhì)環(huán)境的改變，甚至引起局部陸架的地質(zhì)災(zāi)害。

（2）海砂開采用考慮海砂礦產(chǎn)資源的綜合利用

海砂是海底重要的礦產(chǎn)資源，有的海砂礦產(chǎn)中含有大量的稀有金屬元素，如可能含有錳、銅、鎳、鈷等多種元素，還可能鐵礦、鈦鐵石與鋯石等珍貴礦產(chǎn)的賦存地。如果此類極具冶金價值的海砂用于建筑用砂，不僅是極大的資源浪費，而且對人居環(huán)境也可能存在放射性等潛在危害。

因此，海砂的開采因由國家國土資源部門詳細勘探規(guī)劃，有計劃、有步驟的開采使用。盲目開采使用，后果十分嚴重。

4　海砂的基本技術(shù)指標

海灘砂比較細，多屬于細砂范疇，而海底砂則多是中砂，但不同地區(qū)的海砂級配等差別較大。淡化海砂的表觀密度分布在2590～2650kg/m3范圍內(nèi)，與河砂相比，一般來說海砂表觀密度略小。由于海砂中存在一定量強度較低的軟弱顆粒，造成海砂的壓碎值指標偏大，堅固性指標稍差，含泥量較低，但貝殼等輕物質(zhì)含量整體偏高；海砂具有較高的氯離子含量，此外，海砂還含有一定量的硫酸鹽、硫化物、以及含磷的礦物。

根據(jù)出處的不同，海砂中可能含有不同的含泥量、貝殼含量和輕物質(zhì)含量。海砂的含泥量、貝殼含量和輕物質(zhì)含量均比較低，經(jīng)過淡化處理后的海砂對應(yīng)物質(zhì)含量均有顯著降低。

3.4 增加文化經(jīng)費投入。文化主管部門要積極爭取國家和省上的項目、資金支持，做好各項鄉(xiāng)鎮(zhèn)文化建設(shè)的項目申請建設(shè)、人員使用等方面的統(tǒng)一規(guī)劃。財政部門要加大鄉(xiāng)鎮(zhèn)文化人才隊伍建設(shè)工程的投入，保證各項目標任務(wù)的落實。要積極動員社會力量投資文化事業(yè)，培育鄉(xiāng)鎮(zhèn)文化人才。

巖相分析表明，不同海域的海砂、灘砂的樣品可能存在潛在堿活性。但通過砂漿棒法檢測堿活性，絕大多數(shù)海砂樣的試件 6 個月的膨脹率均遠小于標準要求值 0.10%，海砂無潛在堿活性危害。

絕大多數(shù)海砂的放射性檢測結(jié)果表明，內(nèi)、外照射指數(shù)符合 GB6566-2001《建筑材料放射性核素限量》和GB50325-2001《民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染控制規(guī)范》的規(guī)定要求，對人的健康和安全不造成危害。

圖1　我國典型海砂樣品的篩分曲線

表1　海砂的基本性能測試結(jié)果

5　海砂混凝土的基本性能

相同配合比和外加劑摻量情況下，海砂混凝土的工作性能不如河砂混凝土，達到相同工作性能需要提高海砂混凝土的外加劑用量。

海砂混凝土和河砂混凝土的抗壓強度、軸壓強度和彈性模量相差不多，基本相當。海砂中含有微量貝殼和輕物質(zhì)不會影響混凝土與鋼筋的粘結(jié)性能，海砂混凝土的鋼筋握裹強度與河砂混凝土基本相當。

淡化海砂混凝土中鋼筋銹蝕失重率略大于河砂混凝土，但相差不多。淡化海砂混凝土的干燥收縮性能與河砂混凝土的干燥收縮性能基本相當，干燥收縮發(fā)展規(guī)律相同。淡化海砂混凝土的受壓徐變性能與河砂混凝土的受壓徐變性能基本相當，受壓徐變值發(fā)展規(guī)律相同。

隨著海砂中鹽分的提高，混凝土的早期抗壓強度（3d 左右）明顯提高，但28d 的抗壓強度基本一致；隨著海砂中鹽分的提高，混凝土中鋼筋銹蝕失重率明顯增加。隨著海砂中鹽分的提高，海砂混凝土的抗氯離子滲透性能基本相當。

6　JGJ206-2010《海砂混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》的幾個技術(shù)要點

（1）海砂及海砂混凝土的定義

《海砂混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》中將“海砂”定義為：出產(chǎn)于海洋和入海口附近的砂，包括灘砂、海底砂和入海口附近的砂。本規(guī)范將“入海口附近的砂”納入海砂范疇，從而解決了一直以來對江河入海口附近的所謂“咸水砂”是否屬于海砂的爭論。入海口是河流與海洋的匯合處，淡水和海水的界線不易分明，且隨著季節(jié)發(fā)生變化，本著從嚴控制的原則，故將入海口附近的砂納入海砂范疇。

規(guī)范中將“海砂混凝土”定義為：細骨料全部或部分采用海砂的混凝土。這樣一來，凡是摻有海砂的混凝土，無論摻加比例多少，都視為海砂混凝土，這也體現(xiàn)了從嚴控制的思想。

（2）凈化處理

《海砂混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》規(guī)定“用于配制混凝土的海砂應(yīng)作凈化處理”，并將將此作為強制性條文。“凈化處理”作為本規(guī)范的特有術(shù)語，定義為：采用專用設(shè)備對海砂進行淡水淘洗并使之符合本規(guī)范要求的生產(chǎn)過程。因此，海砂的凈化處理需要采用專用設(shè)備進行淡水淘洗，并去除泥、泥塊、粗大的礫石和貝殼等雜質(zhì)。這主要考慮到采用簡易的人工清洗，含鹽量和雜質(zhì)不易去除干凈，且均勻性差，質(zhì)量難以控制。海砂用于配制混凝土，應(yīng)特別考慮影響建設(shè)工程安全性和耐久性的因素，確保工程質(zhì)量，確保海砂應(yīng)用的安全性。鑒于我國目前質(zhì)量管理的現(xiàn)實狀況，本規(guī)范對此進行了嚴格規(guī)定。該強制性條文一是是為了杜絕將海砂原砂直接用于生產(chǎn)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(zhì)量的方式來敷衍了事的行為。

《海砂混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》規(guī)定“海砂不得用于預(yù)應(yīng)力混凝土”。

（3）氯離子含量問題

《海砂混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》提高了對海砂中氯離子含量的要求，規(guī)定海砂的離子含量不得大于 0.03%。同時對其他原材料（水泥、拌和用水等）的氯離子含量也提出了較高要求，以達到從嚴控制的目的。

JGJ 52-2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法標準》中對砂的氯離子含量作為強制性條文規(guī)定：鋼筋混凝土用砂，氯離子含量不得大于 0.06%（以干砂質(zhì)量百分率計）；預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土用砂，氯離子含量不得大于0.02%。日本標準 JIS A5308:2003《預(yù)拌混凝土》對砂的氯離子含量的要求是：氯鹽（按 NaCl 計算）含量不超過 0.04%（相當于 0.024% 的 Cl-含量），同時又規(guī)定：如砂的氯鹽含量超過 0.04%，則應(yīng)獲得用戶許可，但不得超過 0.1%（相當于 0.06% 的 Cl-含量）；如果用于先張預(yù)應(yīng)力混凝土的砂，氯鹽含量不應(yīng)超過 0.02%（相當于 0.012% 的 Cl-含量），即使得到用戶許可，也不應(yīng)超過 0.03%（相當于 0.018% 的 Cl-含量）。我國臺灣地區(qū)的標準 CNS 1240 《混凝土粒料》沿用了日本最嚴格的規(guī)定：預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土用砂，水溶性氯離子含量不得大于 0.012%；所有其他混凝土用砂，水溶性氯離子含量不得大于 0.024%。

借鑒日本和我國臺灣地區(qū)的標準，并同時考慮到我國大陸地區(qū)的實際情況，將鋼筋混凝土用海砂的氯離子含量限值規(guī)定為 0.03%，低于 JGJ 52-2006 規(guī)定的 0.06%。

值得注意的是，《海砂混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》規(guī)定了配合比設(shè)計和生產(chǎn)過程中應(yīng)檢測海砂混凝土拌合物的水溶性氯離子含量。由于氯離子檢測方法的不完善，中國建筑科學研究院組織編制了 JGJ/T 322-2013《混凝土中氯離子含量檢測技術(shù)規(guī)程》。

（4）其他技術(shù)指標

規(guī)范從嚴控制海砂中的堅固性、含泥量、泥塊含量、云母含量等技術(shù)指標，這些指標都是取 GB/T 148684《建筑用砂》和 JGJ 52-2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法標準》中偏于安全、甚至最嚴格的限值（見表2）。同時，本規(guī)范還對海砂的堿活性和放射性進行了規(guī)定。

表2　海砂的質(zhì)量要求

7　結(jié)束語

儲量豐富的海砂是沿海地區(qū)重要的建筑用砂來源。生產(chǎn)混凝土用于建設(shè)工程中是海砂使用的主要途徑。中外不同歷史時期的經(jīng)驗和教訓表明：使用海砂是經(jīng)濟社會發(fā)展的必然，但關(guān)鍵在于能否科學、合理地使用，用得好，可以創(chuàng)造巨大經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益；相反，如果盲目、不科學地使用海砂將會造成災(zāi)難性后果。

海砂的開采利用應(yīng)該注意兩個關(guān)鍵環(huán)節(jié)：第一是“采”，海砂的開采必須由國家有關(guān)部門詳細勘探規(guī)劃，有計劃、有步驟的開采使用。嚴禁盲目開采、盜采。第二是“洗”，海砂應(yīng)用最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是做好海砂的凈化處理。淡水沖洗目前仍然是最為簡單有效的辦法。