淡化海砂在混凝土应用中的注意事项

随着混凝土用量相应增加，导致很多沿海城市面临河砂资源枯竭的困境，而沿海地区海砂资源却非常丰富，因此合理利用海砂资源已成为缓解河砂资源不足的一种有效方式。国外发达国家如英国、加拿大、澳大利亚、日本等以及我国的台湾地区早在20世纪中期就逐步开采海砂用工程建设。21世纪初日本90%以上的沿海工程已使用海砂混凝土；英国将海砂混凝土用于结构工程的历史也已长达数十年；美国学者通过研究证明了海砂能够应用于道路建设的基体工程。随着我国经济的高速发展和城市化进程的不断加速，对河沙的需求量也与日俱增，沿海地区已出现河砂资源匮乏的情况，因此海砂用于建筑工程中已俨然成为经济发展的必然趋势。我国宁波、深圳等沿海地区也已大量使用淡化海砂混凝土。

海砂对混凝土耐久性危害主要源于其盐分。其中氯离子会造成钢筋的电化学腐蚀，削弱了钢筋截面，而且由于锈蚀产物的膨胀作用而使混凝土保护层开裂、剥落，从而造成钢筋混凝土结构失效；若SO₄^2-离子含量较高有生成延迟性钙矾石可能；钠和钾等碱金属离子可能造成混凝土产生膨胀性的碱骨料反应。因此，海砂必须经过严格淡化处理，使海砂各项指标达到规范要求后，淡化后海砂有着含泥量低和细度模数均匀的优点，是可以应用于混凝土生产。

由于个别混凝土搅拌站缺乏使用技术或监管不到位，误用氯离子超标砂现象时有发生，这必将给建筑的耐久性和安全埋下巨大隐忧。因此，如何科学、规范、合理地使用淡化海砂就显得尤为重要了。笔者根据多年的实践与体会，提出淡化海砂在混凝土应用几点注意事项，与同行业人员进行交流、探讨。

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。据《普通混凝土用砂、石质量检验方法标准》（JGJ52-2006,以下称《标准》）第3.1.10条规定，对于钢筋混凝土用砂，氯离子含量不得大于0.06%（以干砂质量百分率计）；对于预应力混凝土用砂，其氯离子含量不得大于0.02%（以干砂质量百分率计）。虽说JGJ52-2006没有对海砂用途作严格的界定，但根据2010年公布的《海砂混凝土应用技术规范》规定“海砂不得用于预应力混凝土”。《规范》提高了对海砂中氯离子含量的要求,规定海砂的离子含量不得大于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”。

3、采用氯离子快速测定方法和完善监控措施

3.1 快速氯离子检测法

砂氯离子含量的标准试验方法，从取样、备样（包括烘干）到出试验结果需耗时约4～5个小时。为了有效掌握砂氯离子含量信息，必需采取快速检测砂氯离子含量方法。在即将卸料的砂车或船上从几个不同点随机取样，样品拌匀缩分后取一份用电磁炉或微波炉快速烘干，按《标准》第6.18.4条（1）的试验过程，将摇动次数由标准的3次增加至5次，稍作停留后即倒出约60～70mL溶液至装有过滤纸的漏斗中，再用移液管汲取50mL溶液用标准法（硝酸银滴定法）测出砂氯离子含量（快速法），以供参考之用。另一份试样则按标准法测出氯离子含量。根据统计分析，快速法与标准法之间还存在0.001%～0.002%间的误差，生产企业可根据实测均方差予以修正，出于安全考虑，建议修正值取正数，从而快速掌握混凝土用砂氯离子含量信息，供质量控制部门作参考之用，这很有必要。此试验方法从取样到出结果仅需约1小时，数据的重复性较好，具有一定的实用性。

3.2 监控措施

为了确保混凝土用砂符合国家规范及行业标准，确保混凝土质量及耐久性指标满足设计要求，混凝土生产企业建立专业化学试验室，配备专业人员实行动态全覆盖质量管理，安排专职技术员24小时值班，务求做到凡材料进库前必检，确保只有检验合格的材料方可用于生产。

为减少试验误差，建议尽可能使用电动设备协助试验(如磁力搅拌器)，以提高工作效率。当砂氯离子含量临近0.018%（即0.02%之90%时）即上报技术负责人等相关人员，再次加倍取样复检，如复检结果仍超标的，则退货、或掺用其他氯离子含量更低的河砂（以降低混合砂氯离子含量，需经试验确定）混合使用，以确保混凝土用砂安全。

机制砂是用岩石或鹅卵石经除土开采、机械破碎、筛分而成，相对而言，其氯离子含量较海砂低很多，但由于受生产工艺及过程限制，人工砂形状粗糙尖锐、多棱角，比表面积大，空隙率大，故混凝土的单位水泥及矿物掺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较河砂混凝土稍差。因此利用淡化海砂表面形貌较为圆滑、堆积紧密、空隙率低等的各自特点，将人工砂和淡化海砂优化组合（2/3-3/2）成为级配良好的中砂，解决了单独用人工砂或者海砂配制泵送混凝土胶凝材料用量大、保水性差、泌水率大、构筑的混凝土结构物内实外不美以及混凝土强度和耐久性均受到不同程度影响等难题，且泵送施工顺利。人工砂与海砂混合使用，既可降低混凝土的氯离子含量和碳化深度，增加其耐久性，又可节约天然砂资源，带来可观的经济效益和社会效益。

Housmen等人的实验研究结果表明，在混凝土的液相中，当浓度比值为Cl^-/OH^->0.61时，钢筋开始锈蚀，并以此作为“临界值”。海砂混凝土还可适当掺用粉煤灰（不宜低于II级）及矿粉（不低于S95级）。掺合料的掺入，一方面由于火山灰效应，降低孔隙率，混凝土更加致密，同时矿粉对氯离子有一定固化能力，可以显著提高使钢筋开始腐蚀的氯化物临界浓度值，较大降低了钢筋锈蚀可能性。但是，大掺量矿物掺合料混凝土必须要采用低水胶比，可通过掺入氯离子含量极低的聚羧酸高效减水剂，降低混凝土水胶比，提高硬化混凝土的密实度，降低混凝土电通量。

采用电极法对新拌混凝土进行氯离子含量检验，简单易行，能在混凝土出厂前或者施工现场实时进行氯离子含量检验，从而能够及时控制混凝土的氯离子含量。

海砂应用是把双刃剑：一方面，海砂可完全取代或者部分取代河砂，可缓解河砂资源匮乏情况；另一方面，海砂中含有大量有害物质，特别是氯盐，会腐蚀钢筋混凝土结构中的钢筋。由于混凝土氯离子产生的危害性巨大，故不可小觑混凝土氯离子含量问题。因此，如何科学、规范、合理地使用淡化海砂就显得尤为重要了。

首先，混凝土生产企业要认真学习和严格执行相关标准和规范；其次，要确保混凝土氯离子不超标，控制砂氯离子是关键，必须采用更有效的快速氯离子检测方法并完善监控措施，坚决杜绝氯离子超标砂源流入混凝土生产企业；淡化海砂宜与人工砂或天然砂混合使用（可以降低氯离子总含量）；优化混凝土配合比，适当掺用粉煤灰（不宜低于II级）及矿粉（不低于S95级），并采用聚羧酸系高效外加剂，以提高混凝土的密实性和耐久性；严格、及时地对新拌混凝土氯离子进行检验。

严格执行上述注意事项，淡化海砂是完全可代替河砂作为混凝土细集料，不仅缓解了沿海城市日益紧张的混凝土用砂供需矛盾，保证混凝土质量和耐久性同时，还可避免河砂资源过度开采，保护环境，做到可持续发展。

文章摘自微信公众号“中国混凝土网”作者：刘美兰，如涉及作品内容、版权和其它问题，请及时联系，我们将尽快处理。