海砂作為建筑用砂的探討

劉 瑾

(深圳市鹽田區(qū)工程質(zhì)量監(jiān)督站，廣東深圳 518081)

央視財(cái)經(jīng)報(bào)道，華潤涉嫌在建筑工程中使用不合格海砂，一時(shí)間引起廣泛關(guān)注。海砂的危害，主要是因?yàn)楹Ｉ袄锖新入x子，一旦超標(biāo)，將嚴(yán)重腐蝕混凝土里的鋼筋，破壞混凝土結(jié)構(gòu)，降低結(jié)構(gòu)耐久性，產(chǎn)生安全隱患。其實(shí)“海砂屋”在國內(nèi)外早已屢見不鮮。但是總是有人鋌而走險(xiǎn)，因?yàn)?1)河砂資源緊缺，在建材市場河砂已近絕跡。2)還是一個(gè)“利”字當(dāng)頭，河砂價(jià)格現(xiàn)在超過160元/m3，海砂1 m3只需30多元，但經(jīng)過淡化的合格海砂，價(jià)格至少要翻一倍。然而海砂并不是洪水猛獸，科學(xué)規(guī)范地利用海砂不僅能夠解決河砂資源緊缺的矛盾，而且能夠大幅度降低成本。我國海砂資源豐富，淺海海砂儲量約1.6萬億t，海砂含泥量低，粒形好，細(xì)度均勻，硬度高，適合配制混凝土。所以合理利用海砂資源成為客觀需要，也是必然的發(fā)展趨勢。尤其對于河砂資源緊缺，日益匱乏的東南沿海地區(qū)具有非常重大的現(xiàn)實(shí)意義。海砂應(yīng)用于工程建設(shè)已有多年歷史，并積累了不少成功經(jīng)驗(yàn)。日本是世界上成功利用海砂的國家之一。日本早在20世紀(jì)40年代就已經(jīng)開始利用海砂配制混凝土，特別是20世紀(jì)80年代～90年代，日本海砂的利用量所占建筑用砂的比例高達(dá)30%，現(xiàn)在建筑用砂90%以上已是海砂［1］。

1 海砂的利用關(guān)鍵在于科學(xué)規(guī)范

《海砂混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》規(guī)定:海砂必須經(jīng)過凈化處理，滿足本規(guī)范要求后，方可用于配制混凝土，而且在海砂混凝土生產(chǎn)過程中，應(yīng)檢測混凝土中的氯離子含量。海砂混凝土不得用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。中華人民共和國建設(shè)部2004年9月發(fā)布《關(guān)于嚴(yán)格建筑用海砂管理的意見》要求:對重要工程混凝土使用的砂，應(yīng)采用化學(xué)法和砂漿長度法進(jìn)行骨料的堿活性檢驗(yàn)。對鋼筋混凝土，海砂中氯離子含量不應(yīng)大于0.06%。對預(yù)應(yīng)力混凝土不宜用海砂。若必須使用海砂時(shí)，則應(yīng)經(jīng)淡水沖洗，其氯離子含量不得大于0.02%。建筑工程中采用的海砂必須是經(jīng)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。

2 海砂中的氯離子引起鋼筋銹蝕對建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生危害的機(jī)理

海砂中的氯離子能夠降低混凝土的pH值，從而破壞鋼筋的鈍化膜，形成腐蝕電池，造成鋼筋銹蝕。在這個(gè)電化學(xué)腐蝕過程中氯離子作為中間產(chǎn)物，充當(dāng)了催化劑，增大溶液導(dǎo)電性，增大電位差從而加速鋼筋腐蝕過程。鋼筋銹蝕對結(jié)構(gòu)的危害來自以下三方面:1)鋼筋銹蝕會使鋼筋截面積減小，強(qiáng)度降低。而且銹蝕是不均勻的，鋼筋表面凹凸不平，缺口處會產(chǎn)生應(yīng)力集中，更易折損。2)鋼筋腐蝕導(dǎo)致鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度下降，鋼筋所受的拉應(yīng)力不能有效傳遞給混凝土，使結(jié)構(gòu)承載力降低。3)銹蝕產(chǎn)物的體積比鋼筋體積大2倍～4倍，使混凝土內(nèi)產(chǎn)生了體積應(yīng)力，可能導(dǎo)致混凝土開裂、剝落等破壞。

3 影響鋼筋銹蝕的因素

3.1 混凝土pH值

混凝土孔隙中有堿性很高的Ca(OH)2飽和溶液及少量其他強(qiáng)堿鹽，所以混凝土在澆筑之初呈堿性，其pH值大于12.5，在此環(huán)境下鋼筋容易鈍化，鋼筋表面會生成一層鈍化膜。鈍化膜能夠阻止有害物質(zhì)侵蝕鋼筋，防止鋼筋銹蝕。當(dāng)外界的二氧化碳、水汽或氯離子通過混凝土的孔隙進(jìn)入，與混凝土材料中的堿性物質(zhì)發(fā)生中和反應(yīng)。隨著有害物質(zhì)濃度增加，混凝土pH逐漸降低，當(dāng)pH值小于9時(shí)，鋼筋表面的鈍化膜開始被破壞，由此鋼筋開始銹蝕。

3.2 混凝土密實(shí)度和保護(hù)層厚度

有害物質(zhì)能夠通過混凝土的孔隙，尤其是連通的孔隙進(jìn)入混凝土內(nèi)部，侵蝕鋼筋。所以混凝土結(jié)構(gòu)越致密，孔隙率越低，越能有效阻止有害物質(zhì)的侵入，對鋼筋起保護(hù)作用。而保護(hù)層有一定的厚度就能延緩有害物質(zhì)通過的時(shí)間，延遲或降低鋼筋的銹蝕。

3.3 鋼筋的應(yīng)力狀態(tài)

應(yīng)力的存在使鋼筋表面產(chǎn)生微裂縫，腐蝕沿鋼筋的裂縫逐漸深入，而應(yīng)力又促進(jìn)裂縫進(jìn)一步發(fā)展，也就是機(jī)械應(yīng)力促進(jìn)了鋼筋銹蝕的進(jìn)程。預(yù)應(yīng)力鋼筋較一般鋼筋更脆，極有可能在無任何預(yù)兆的情況下導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的突然破壞，這種腐蝕更危險(xiǎn)。因此標(biāo)準(zhǔn)對預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土使用海砂的要求更為慎重、嚴(yán)格。

3.4 環(huán)境溫濕度

溫度會加速銹蝕反應(yīng)，而濕度為形成電解質(zhì)溶液提供介質(zhì)。

4 預(yù)防鋼筋銹蝕的措施

1)最直接的措施是控制原材料中氯離子的含量。

海砂要經(jīng)過淡化處理，氯離子達(dá)標(biāo)后方可使用。降氯方法有海砂自然放置法、淡水沖洗法、機(jī)械法和混合砂法［3］。目前沿海地區(qū)，海砂基本上是通過淡水沖洗法進(jìn)行降氯。這種方法浪費(fèi)水資源，成本較高，但操作簡便，處理時(shí)間短。機(jī)械法可在較窄的場地上作業(yè)，每立方米砂需消耗淡水1.5 t以上，耗水量較大，并需要分級機(jī)械、離心機(jī)械、給水設(shè)備、排水設(shè)備等，但它所需時(shí)間短。

2)增加混凝土密實(shí)度，降低孔隙率。

增加混凝土密實(shí)度，降低孔隙率，最根本的方法就是在保證流動度的前提下減小水灰比，減少用水量。增加混凝土密實(shí)度有以下幾種措施:

a.選用符合要求的骨料。骨料級配要好，而且細(xì)骨料應(yīng)含適量粉料，骨料的含泥量要符合要求。因?yàn)槿绻橇霞壟洳缓?，含泥量偏大，就會使混凝土?nèi)部的孔隙增大，需水量增加，粘結(jié)強(qiáng)度降低，混凝土密實(shí)度隨之降低。

b.設(shè)計(jì)合理的配比。首先要在保證流動性的前提下盡量減小水灰比。有研究表明，當(dāng)水灰比小于0.38時(shí)，混凝土毛細(xì)孔隙基本可以消除，摻加高效減水劑便是一種有效途徑。其次，選擇適當(dāng)?shù)纳奥士梢越档涂紫堵?，增加密?shí)度。

c.摻入適量粉煤灰。摻入粉煤灰能大大改善混凝土的抗氯離子滲透性能。由于粉煤灰的顆粒比水泥小，摻入后能夠填充到水泥凝膠的孔隙中，在微觀層次上改善了混凝土的密實(shí)性，減少了較大孔隙的數(shù)量。同時(shí)使水泥顆粒間水分得以釋放，形成自由水，提高混凝土流動性，這是粉煤灰的微集料效應(yīng)。粉煤灰富含玻璃體，可以增加混凝土流動性，有利于降低水灰比。粉煤灰較水泥水化熱低，可以減少溫度裂縫。粉煤灰與水泥水化產(chǎn)物游離Ca(OH)2進(jìn)行二次水化，生成更加穩(wěn)定的產(chǎn)物C—S—H凝膠，填充混凝土內(nèi)部孔隙，使水泥石結(jié)構(gòu)更為致密，阻斷可能形成的滲透路徑，同時(shí)使界面區(qū)的Ca(OH)2晶粒變小，改善了混凝土的微觀結(jié)構(gòu)，使水泥漿體的孔隙率明顯下降，強(qiáng)化了集料界面的粘結(jié)力，使得混凝土密實(shí)度大大增加，耐久性增強(qiáng)［4］。粉煤灰顆粒小，比表面積大，具有較強(qiáng)的吸附氯離子的能力，對氯離子起到了固化作用，在一定程度上提高了混凝土抗氯離子滲透能力。

d.保證混凝土的施工質(zhì)量。20世紀(jì)90年代后建筑工程普遍采用商品混凝土，混凝土的質(zhì)量有了相當(dāng)?shù)谋ＷC。但在現(xiàn)場施工時(shí)為了便于操作會有邊澆筑邊加水的情況，這樣不僅會增大水灰比而且會導(dǎo)致混凝土極不均勻，這種情況是一定要杜絕的。另外還要做到邊澆筑邊振搗，及時(shí)做好混凝土的養(yǎng)護(hù)工作。

3)增加混凝土保護(hù)層厚度。

4)混凝土表面涂層。

混凝土表面涂層作為第一道防線是一種簡單、經(jīng)濟(jì)和有效的輔助性保護(hù)措施。

5)摻加鋼筋阻銹劑。

鋼筋阻銹劑的作用是鋼筋鈍化膜被破壞時(shí)能夠自行再生，自動修復(fù)，從而避免鋼筋腐蝕，亞硝酸鹽是目前應(yīng)用最廣的鋼筋阻銹劑。日本成功利用海砂采取的主要措施就是添加阻銹劑。

6)控制混凝土裂縫。

混凝土裂縫產(chǎn)生的原因很多，常見的有干縮裂縫、沉降裂縫和溫度裂縫等。預(yù)防混凝土裂縫的主要措施有:a.在原材料選擇上，盡量選用水化熱低的水泥，如粉煤灰水泥;粗細(xì)骨料級配要好，含泥量要低。b.設(shè)計(jì)合理的配比，混凝土的干縮受水灰比的影響很大，水灰比越大，干縮越大，因此要在保證流動度的前提下盡可能減小水灰比，通過摻加高效減水劑來改善和易性，減少用水量;選擇合適的砂率，減少水泥用量;摻加適量粉煤灰。c.及時(shí)做好混凝土的養(yǎng)護(hù)工作，尤其重要的是早期養(yǎng)護(hù)。及時(shí)覆蓋塑料薄膜或者潮濕的草墊、麻片等，或者在混凝土表面噴灑養(yǎng)護(hù)劑等，保證混凝土終凝前表面濕潤。冬季施工時(shí)要采取混凝土保溫措施。在高溫和大風(fēng)天氣要設(shè)置遮陽和擋風(fēng)設(shè)施。d.在混凝土結(jié)構(gòu)中設(shè)置合適的收縮縫。e.為防止出現(xiàn)沉降裂縫，應(yīng)對松軟地基進(jìn)行夯實(shí)和加固;加強(qiáng)上部結(jié)構(gòu)的剛度，同時(shí)要加強(qiáng)地基、基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的整體性;合理設(shè)置沉降縫;在施工順序上，先施工荷載大的，后施工荷載小的。f.對于大體積混凝土，特別要注意的是通過選用低水化熱水泥，減少水泥用量，摻加適量活性混合材，利用三冷技術(shù)(水冷、冰冷、風(fēng)冷)、分層、分塊澆筑等施工工藝降低混凝土的澆筑溫度，減小內(nèi)外溫差［2］。

5 結(jié)語

科學(xué)規(guī)范地利用海砂資源不僅依靠技術(shù)更加依靠管理。監(jiān)理單位應(yīng)當(dāng)認(rèn)真履行監(jiān)理職責(zé)，對施工單位違規(guī)使用建筑用砂的要及時(shí)予以制止。建設(shè)行政主管部門應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格管理制度，對淡化海砂生產(chǎn)、使用等方面進(jìn)行定期和不定期檢查，確保其在生產(chǎn)、流通、使用各環(huán)節(jié)的質(zhì)量，尤其要加強(qiáng)對淡化海砂配制混凝土的監(jiān)管。

［1］ 冷發(fā)光.海砂混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范的技術(shù)特點(diǎn)［J］.工程質(zhì)量，2011，29(1):12-16.

［2］ 吳宗皓.混凝土中鋼筋銹蝕及預(yù)防［J］.中國科技信息，2006(2):107，113.

［3］ 周海華.海砂混凝土中鋼筋銹蝕機(jī)理及其防治［J］.低溫建筑技術(shù)，2010(12):6-7.

［4］ 趙 英.粉煤灰、礦渣粉的雙摻在高性能混凝土中的應(yīng)用［J］.山西建筑，2011，37(22):124-125.