凈化海砂在混凝土中的應(yīng)用

陳遠(yuǎn)大

【摘 要】隨著城市建設(shè)的快速發(fā)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(guó)部分沿海地區(qū)，人口密度大，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，工程建設(shè)量大，當(dāng)河（江）砂資源出現(xiàn)供給不足，又沒有其他砂源替代的情況下，開發(fā)利用當(dāng)?shù)氐暮Ｉ百Y源成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的客觀需要和歷史發(fā)展的必然。目前，《建設(shè)工程質(zhì)量管理?xiàng)l例》、《海砂混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》JGJ206—2010已經(jīng)發(fā)布實(shí)施等有關(guān)法律法規(guī)已經(jīng)發(fā)布實(shí)施。本文結(jié)合規(guī)范，探討了海砂混凝土應(yīng)用技術(shù)要點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】海砂混凝土；河沙；耐久性

1.海砂混凝土應(yīng)用技術(shù)要點(diǎn)

1.1用于配制混凝土的海砂應(yīng)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(yīng)視為海砂混凝土。上述定義具有特殊性，與其他學(xué)科的術(shù)語(yǔ)有較大差別，其目的是從嚴(yán)控制海砂混凝土的工程質(zhì)量。《規(guī)范》規(guī)定“用于配制混凝土的海砂應(yīng)作凈化處理”，并將此作為強(qiáng)制性條文?！皟艋幚怼弊鳛楸疽?guī)范的特有術(shù)語(yǔ)，被定義為：采用專用設(shè)備對(duì)海砂進(jìn)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(jìn)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(jiǎn)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(guó)目前質(zhì)量管理的現(xiàn)實(shí)狀況，本規(guī)范對(duì)此進(jìn)行了嚴(yán)格規(guī)定。該強(qiáng)制性條文一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(jiǎn)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。

目前，最大量使用的海砂凈化處理方法是淡水沖洗法。我國(guó)目前典型的海砂凈化生產(chǎn)線工藝流程如圖2所示?；玖鞒虨椋鹤ザ窂倪\(yùn)砂船中抓取海砂，放入大型敞口容器，經(jīng)傳送帶進(jìn)入凈化生產(chǎn)線。首先進(jìn)入第1沖洗箱，箱內(nèi)設(shè)有轉(zhuǎn)篩，同時(shí)注入淡水。海砂在第1沖洗箱和轉(zhuǎn)篩內(nèi)經(jīng)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(jīng)提斗傳送帶提取后，進(jìn)入第2沖洗箱，箱內(nèi)一般不再設(shè)轉(zhuǎn)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(jīng)提斗傳送帶提取后，輸送入堆料場(chǎng)，即得到凈化海砂。我國(guó)海砂凈化處理技術(shù)及其設(shè)備工藝目前總體上處于一個(gè)自發(fā)、無序、隨意的狀態(tài)。凈化生產(chǎn)線的設(shè)備、工藝流程、運(yùn)行管理制度、控制參數(shù)（如淡水水質(zhì)、用水量、淘洗時(shí)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(wěn)定，不同生產(chǎn)線處理的海砂含鹽量差異大，即使同一條生產(chǎn)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(duì)氯離子含量的控制要求，一般會(huì)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)加大用水量，而且現(xiàn)有的工藝大部分不能使用循環(huán)水技術(shù)，造成淡水的巨大浪費(fèi)。國(guó)外的海洋骨料凈化生產(chǎn)線自動(dòng)化、規(guī)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(chǎng)，從堆場(chǎng)輸送到篩選設(shè)備，過大的骨料會(huì)被篩出破碎后重新進(jìn)入篩選設(shè)備。篩選設(shè)備出來的骨料分為3個(gè)粒級(jí)：10～20mm，4～10mm，0～4mm。其中只有0～4mm粒級(jí)的海砂需要進(jìn)行淡水沖洗，沖洗后還需要進(jìn)行脫水處理。沖洗產(chǎn)生的泥漿則需要專門處理。

針對(duì)這種情況，中國(guó)建筑科學(xué)研究院成功改進(jìn)了海砂凈化處理工藝技術(shù)，能夠節(jié)約淡水資源30%以上，且保證凈化海砂的含鹽量穩(wěn)定，滿足《規(guī)范》要求。海砂凈化工藝循環(huán)水利用如圖3所示。其中：凈化砂目標(biāo)氯離子含量S*；進(jìn)砂（原砂）的氯離子含量Sin；進(jìn)水的氯離子含量Win；進(jìn)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(yù)應(yīng)力混凝土

《規(guī)范》規(guī)定“海砂不得用于預(yù)應(yīng)力混凝土”。 有些經(jīng)營(yíng)者在利益的驅(qū)動(dòng)下，參雜使假、在河砂中拌和海砂進(jìn)行銷售，混凝土生產(chǎn)施工中違規(guī)使用海砂和不合格河砂的現(xiàn)象也有所抬頭，給建設(shè)工程帶來嚴(yán)重質(zhì)量安全隱患。為了堅(jiān)決制止和打擊使用不合格混凝土用砂的違規(guī)現(xiàn)象，《建設(shè)工程質(zhì)量管理?xiàng)l例》、《廈門市建設(shè)工程材料使用管理辦法》等法規(guī)明確指出預(yù)拌商品混凝土生產(chǎn)企業(yè)、施工企業(yè)不得使用驗(yàn)收不合格、檢測(cè)不合格的混凝土用砂?；炷劣蒙暗馁|(zhì)量指標(biāo)和檢驗(yàn)方法也必須符合《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ52-2006）和《海砂混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)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(jīng)凈化處理，且海砂不得用于預(yù)應(yīng)力混凝土。因此，本規(guī)范規(guī)定預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)不得使用海砂混凝土。

3.嚴(yán)格控制海砂及海砂混凝土中的氯離子含量

從研究結(jié)果與工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)來看，由于氯離子是導(dǎo)致鋼筋銹蝕的最直接因素，因而也是影響海砂在工程中應(yīng)用的最關(guān)鍵因素。上述提到的對(duì)海砂應(yīng)用的種種從嚴(yán)的限制性規(guī)定，從技術(shù)層面而言，最重要的原因是對(duì)海砂中氯離子可能對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)留下重大隱患的擔(dān)憂。也可以說，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?！镀胀ɑ炷劣蒙?、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》JGJ52—2006中對(duì)砂的氯離子含量作為強(qiáng)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(jì)）；預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土用砂，氯離子含量不得大于0.02%”。然而，對(duì)于海砂而言，這個(gè)含量的限制相對(duì)寬松，除了需要考慮到海砂的氯離子在混凝土中存在一個(gè)長(zhǎng)期緩慢釋放的過程，而目前的測(cè)試方法僅是針對(duì)短期溶出氯離子的測(cè)定，且按照J(rèn)GJ52—2006的測(cè)試方法，先將砂樣烘干，然后測(cè)定氯離子，這個(gè)過程會(huì)損失氯離子，造成對(duì)海砂氯離子含量的低估。同時(shí)還需要考慮海砂大多用于沿海地區(qū)，混凝土結(jié)構(gòu)受到來自海洋氯離子的侵入風(fēng)險(xiǎn)高，以及沿海地區(qū)干濕循環(huán)現(xiàn)象普遍等不利因素。因此，《規(guī)范》提高了對(duì)海砂中氯離子含量的要求，規(guī)定海砂的氯離子含量不得大于0.03%。同時(shí)對(duì)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(duì)原材料的控制，《規(guī)范》對(duì)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(jì)時(shí)，要求“當(dāng)海砂批次發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)重新測(cè)試拌合物的水溶性氯離子含量”。同時(shí)要求海砂混凝土“水溶性氯離子含量應(yīng)在澆筑地點(diǎn)取樣檢驗(yàn)”。

除此之外，《規(guī)范》對(duì)海砂的堅(jiān)固性、含泥量、泥塊含量、云母含量等技術(shù)指標(biāo)都是取《建筑用砂》GB/T148684—2001和《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》JGJ52—2006中偏于安全、甚至最嚴(yán)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(shè)工程，最令人擔(dān)憂的問題就是耐久性問題。除了從嚴(yán)控制海砂及海砂混凝土的氯離子含量外，《規(guī)范》規(guī)定：“海砂混凝土耐久性應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求”，當(dāng)設(shè)計(jì)無要求時(shí)，應(yīng)符合表2的要求。表2對(duì)海砂混凝土的碳化深度、抗硫酸鹽等級(jí)、抗?jié)B等級(jí)、抗氯離子滲透性能、抗凍等級(jí)、堿-骨料反應(yīng)等技術(shù)指標(biāo)提出了基本要求。在混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)不足時(shí)，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(qū)別和效益

3.2.1河砂與凈化海砂有如下區(qū)別（表2）

通過對(duì)海砂混凝土的主要力學(xué)性能如抗壓強(qiáng)度、軸壓強(qiáng)度、彈性模量、抗折強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度、受壓應(yīng)力應(yīng)變曲線和鋼筋握裹力的系統(tǒng)研究，并與河砂混凝土進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)在同等條件下，海砂混凝土的力學(xué)性能與河砂混凝土基本相當(dāng)（圖4），海砂經(jīng)一定的過濾及清洗等凈化流程后，在去除氯離子的同時(shí)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(yōu)良特點(diǎn)。而較低的含泥量及泥塊含量對(duì)混凝土的強(qiáng)度及抗?jié)B抗裂均有很好的幫助。

3.2.2經(jīng)濟(jì)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(yùn)用凈化砂約生產(chǎn)了15萬方混凝土，節(jié)約成本約70萬元。運(yùn)用在中鐵源昌2007G7項(xiàng)目及恒安國(guó)際廣場(chǎng)，及筼筜湖綜合整治工程等一些工程，在強(qiáng)度及施工性能方面均獲得工地好評(píng)，無論是地下室底板或屋面板等重要部位均未出現(xiàn)裂縫問題。

3.2.3海砂混凝土的配合比設(shè)計(jì)

海砂混凝土與河砂混凝土的配合比設(shè)計(jì)基本相同，但需要注意以下幾點(diǎn)。

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(dāng)海砂的氯離子含量偏高（如僅達(dá)到《規(guī)范》要求的0.03%），這時(shí)外加劑和礦物摻和料可能需要選擇氯離子含量比其產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求更低的產(chǎn)品才能符合要求。

4.結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)如今，我國(guó)依然有一些地方繼續(xù)偷用、誤用或不合理利用海砂的情況。為此，需要加強(qiáng)宣傳和貫徹相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的執(zhí)行力度，讓廣大工程技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到使用未經(jīng)凈化處理海砂的極大危害性，只要科學(xué)、合理地利用海砂，筆者認(rèn)為在技術(shù)框架內(nèi)，完全可以生產(chǎn)出質(zhì)量合格、耐久性良好的混凝土，滿足工程建設(shè)的需要，創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 [科]