淡化海砂在混凝土應(yīng)用中的注意事項

隨著混凝土用量相應(yīng)增加，導(dǎo)致很多沿海城市面臨河砂資源枯竭的困境，而沿海地區(qū)海砂資源卻非常豐富，因此合理利用海砂資源已成為緩解河砂資源不足的一種有效方式。國外發(fā)達(dá)國家如英國、加拿大、澳大利亞、日本等以及我國的臺灣地區(qū)早在20世紀(jì)中期就逐步開采海砂用工程建設(shè)。21世紀(jì)初日本90%以上的沿海工程已使用海砂混凝土；英國將海砂混凝土用于結(jié)構(gòu)工程的歷史也已長達(dá)數(shù)十年；美國學(xué)者通過研究證明了海砂能夠應(yīng)用于道路建設(shè)的基體工程。隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和城市化進(jìn)程的不斷加速，對河沙的需求量也與日俱增，沿海地區(qū)已出現(xiàn)河砂資源匱乏的情況，因此海砂用于建筑工程中已儼然成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然趨勢。我國寧波、深圳等沿海地區(qū)也已大量使用淡化海砂混凝土。

海砂對混凝土耐久性危害主要源于其鹽分。其中氯離子會造成鋼筋的電化學(xué)腐蝕，削弱了鋼筋截面，而且由于銹蝕產(chǎn)物的膨脹作用而使混凝土保護(hù)層開裂、剝落，從而造成鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)失效；若SO₄^2-離子含量較高有生成延遲性鈣礬石可能；鈉和鉀等堿金屬離子可能造成混凝土產(chǎn)生膨脹性的堿骨料反應(yīng)。因此，海砂必須經(jīng)過嚴(yán)格淡化處理，使海砂各項指標(biāo)達(dá)到規(guī)范要求后，淡化后海砂有著含泥量低和細(xì)度模數(shù)均勻的優(yōu)點，是可以應(yīng)用于混凝土生產(chǎn)。

由于個別混凝土攪拌站缺乏使用技術(shù)或監(jiān)管不到位，誤用氯離子超標(biāo)砂現(xiàn)象時有發(fā)生，這必將給建筑的耐久性和安全埋下巨大隱憂。因此，如何科學(xué)、規(guī)范、合理地使用淡化海砂就顯得尤為重要了。筆者根據(jù)多年的實踐與體會，提出淡化海砂在混凝土應(yīng)用幾點注意事項，與同行業(yè)人員進(jìn)行交流、探討。

海砂混凝土應(yīng)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。據(jù)《普通混凝土用砂、石質(zhì)量檢驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ52-2006,以下稱《標(biāo)準(zhǔn)》）第3.1.10條規(guī)定，對于鋼筋混凝土用砂，氯離子含量不得大于0.06%（以干砂質(zhì)量百分率計）；對于預(yù)應(yīng)力混凝土用砂，其氯離子含量不得大于0.02%（以干砂質(zhì)量百分率計）。雖說JGJ52-2006沒有對海砂用途作嚴(yán)格的界定，但根據(jù)2010年公布的《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”?！兑?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(guī)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(jìn)行配合比設(shè)計時,要求“當(dāng)海砂批次發(fā)生變化時,應(yīng)重新測試拌合物的水溶性氯離子含量”。

3、采用氯離子快速測定方法和完善監(jiān)控措施

3.1 快速氯離子檢測法

砂氯離子含量的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法，從取樣、備樣（包括烘干）到出試驗結(jié)果需耗時約4～5個小時。為了有效掌握砂氯離子含量信息，必需采取快速檢測砂氯離子含量方法。在即將卸料的砂車或船上從幾個不同點隨機(jī)取樣，樣品拌勻縮分后取一份用電磁爐或微波爐快速烘干，按《標(biāo)準(zhǔn)》第6.18.4條（1）的試驗過程，將搖動次數(shù)由標(biāo)準(zhǔn)的3次增加至5次，稍作停留后即倒出約60～70mL溶液至裝有過濾紙的漏斗中，再用移液管汲取50mL溶液用標(biāo)準(zhǔn)法（硝酸銀滴定法）測出砂氯離子含量（快速法），以供參考之用。另一份試樣則按標(biāo)準(zhǔn)法測出氯離子含量。根據(jù)統(tǒng)計分析，快速法與標(biāo)準(zhǔn)法之間還存在0.001%～0.002%間的誤差，生產(chǎn)企業(yè)可根據(jù)實測均方差予以修正，出于安全考慮，建議修正值取正數(shù)，從而快速掌握混凝土用砂氯離子含量信息，供質(zhì)量控制部門作參考之用，這很有必要。此試驗方法從取樣到出結(jié)果僅需約1小時，數(shù)據(jù)的重復(fù)性較好，具有一定的實用性。

3.2 監(jiān)控措施

為了確保混凝土用砂符合國家規(guī)范及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，確?；炷临|(zhì)量及耐久性指標(biāo)滿足設(shè)計要求，混凝土生產(chǎn)企業(yè)建立專業(yè)化學(xué)試驗室，配備專業(yè)人員實行動態(tài)全覆蓋質(zhì)量管理，安排專職技術(shù)員24小時值班，務(wù)求做到凡材料進(jìn)庫前必檢，確保只有檢驗合格的材料方可用于生產(chǎn)。

為減少試驗誤差，建議盡可能使用電動設(shè)備協(xié)助試驗(如磁力攪拌器)，以提高工作效率。當(dāng)砂氯離子含量臨近0.018%（即0.02%之90%時）即上報技術(shù)負(fù)責(zé)人等相關(guān)人員，再次加倍取樣復(fù)檢，如復(fù)檢結(jié)果仍超標(biāo)的，則退貨、或摻用其他氯離子含量更低的河砂（以降低混合砂氯離子含量，需經(jīng)試驗確定）混合使用，以確?；炷劣蒙鞍踩?br style="margin: 0px; padding: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; word-wrap: break-word !important;" />

機(jī)制砂是用巖石或鵝卵石經(jīng)除土開采、機(jī)械破碎、篩分而成，相對而言，其氯離子含量較海砂低很多，但由于受生產(chǎn)工藝及過程限制，人工砂形狀粗糙尖銳、多棱角，比表面積大，空隙率大，故混凝土的單位水泥及礦物摻合料用量比河砂混凝土要多，且混凝土的和易性及工作性也較河砂混凝土稍差。因此利用淡化海砂表面形貌較為圓滑、堆積緊密、空隙率低等的各自特點，將人工砂和淡化海砂優(yōu)化組合（2/3-3/2）成為級配良好的中砂，解決了單獨用人工砂或者海砂配制泵送混凝土膠凝材料用量大、保水性差、泌水率大、構(gòu)筑的混凝土結(jié)構(gòu)物內(nèi)實外不美以及混凝土強(qiáng)度和耐久性均受到不同程度影響等難題，且泵送施工順利。人工砂與海砂混合使用，既可降低混凝土的氯離子含量和碳化深度，增加其耐久性，又可節(jié)約天然砂資源，帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

Housmen等人的實驗研究結(jié)果表明，在混凝土的液相中，當(dāng)濃度比值為Cl^-/OH^->0.61時，鋼筋開始銹蝕，并以此作為“臨界值”。海砂混凝土還可適當(dāng)摻用粉煤灰（不宜低于II級）及礦粉（不低于S95級）。摻合料的摻入，一方面由于火山灰效應(yīng)，降低孔隙率，混凝土更加致密，同時礦粉對氯離子有一定固化能力，可以顯著提高使鋼筋開始腐蝕的氯化物臨界濃度值，較大降低了鋼筋銹蝕可能性。但是，大摻量礦物摻合料混凝土必須要采用低水膠比，可通過摻入氯離子含量極低的聚羧酸高效減水劑，降低混凝土水膠比，提高硬化混凝土的密實度，降低混凝土電通量。

采用電極法對新拌混凝土進(jìn)行氯離子含量檢驗，簡單易行，能在混凝土出廠前或者施工現(xiàn)場實時進(jìn)行氯離子含量檢驗，從而能夠及時控制混凝土的氯離子含量。

海砂應(yīng)用是把雙刃劍：一方面，海砂可完全取代或者部分取代河砂，可緩解河砂資源匱乏情況；另一方面，海砂中含有大量有害物質(zhì)，特別是氯鹽，會腐蝕鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋。由于混凝土氯離子產(chǎn)生的危害性巨大，故不可小覷混凝土氯離子含量問題。因此，如何科學(xué)、規(guī)范、合理地使用淡化海砂就顯得尤為重要了。

首先，混凝土生產(chǎn)企業(yè)要認(rèn)真學(xué)習(xí)和嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范；其次，要確?；炷谅入x子不超標(biāo)，控制砂氯離子是關(guān)鍵，必須采用更有效的快速氯離子檢測方法并完善監(jiān)控措施，堅決杜絕氯離子超標(biāo)砂源流入混凝土生產(chǎn)企業(yè)；淡化海砂宜與人工砂或天然砂混合使用（可以降低氯離子總含量）；優(yōu)化混凝土配合比，適當(dāng)摻用粉煤灰（不宜低于II級）及礦粉（不低于S95級），并采用聚羧酸系高效外加劑，以提高混凝土的密實性和耐久性；嚴(yán)格、及時地對新拌混凝土氯離子進(jìn)行檢驗。

嚴(yán)格執(zhí)行上述注意事項，淡化海砂是完全可代替河砂作為混凝土細(xì)集料，不僅緩解了沿海城市日益緊張的混凝土用砂供需矛盾，保證混凝土質(zhì)量和耐久性同時，還可避免河砂資源過度開采，保護(hù)環(huán)境，做到可持續(xù)發(fā)展。

文章摘自微信公眾號“中國混凝土網(wǎng)”作者：劉美蘭，如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)和其它問題，請及時聯(lián)系，我們將盡快處理。