工程建設(shè)中海砂應(yīng)用危害淺析

姜舜

（南京市南部新城開發(fā)建設(shè)集團(tuán)有限公司，江蘇 南京210022）

0 引言

隨著鄉(xiāng)村振興步伐的加快，農(nóng)民集中居住區(qū)和村鎮(zhèn)建設(shè)如火如荼。由于天然優(yōu)質(zhì)砂資源日益枯竭，加之近年環(huán)保督查力度加大，嚴(yán)禁江砂開采，建筑用砂問題已成為制約工程建設(shè)發(fā)展的瓶頸。原海砂價(jià)格低廉，約為淡化海砂的50%、河砂的30%，沿海地區(qū)有些不良商人、以原海砂代替河砂，尤其是廣大農(nóng)村地區(qū)，建設(shè)中普遍采用海砂。近期筆者對(duì)江蘇省蘇南某縣（區(qū)）農(nóng)村建設(shè)用砂進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)淡化未達(dá)標(biāo)海砂用于農(nóng)村建筑工程的比例高達(dá)80%，給工程質(zhì)量帶來巨大安全隱患。對(duì)農(nóng)村地區(qū)建設(shè)工程加強(qiáng)監(jiān)管刻不容緩。

1 混凝土中應(yīng)用海砂對(duì)工程危害分析

海砂是指出自海洋的灘砂和海底砂。目前可用海砂混凝土，是指經(jīng)過淡化處理海砂作為細(xì)骨料的混凝土。國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《海砂混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（JBJ206—2010）（以下簡(jiǎn)稱《海砂規(guī)范》）對(duì)海砂應(yīng)用有嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)。

1.1 海砂對(duì)混凝土強(qiáng)度影響

海砂中云母、輕物質(zhì)、有機(jī)物、硫化物及硫酸鹽、氯化物、貝殼等物質(zhì)含量對(duì)混凝土質(zhì)量有著直接影響。

（1）硫化物及硫酸鹽對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響

海砂中硫化物主要為硫酸鈉，硫酸鈉是工程中常用的混凝土早強(qiáng)劑。適量的硫酸鈉與水泥充分拌和后，進(jìn)行混凝土預(yù)拌，其可以加速水泥熟料中C3S水化，產(chǎn)生一定量的鈣礬石，可對(duì)水泥石早期毛細(xì)孔進(jìn)行細(xì)化，提高混凝土早期強(qiáng)度。硫酸鈉做為混凝土外加劑，摻量為0.5%～1.0%時(shí)，混凝土的 3 d、7 d強(qiáng)度有顯著提高，28 d齡期強(qiáng)度與不摻硫酸鈉的混凝土差異不大；摻量為1.5%時(shí)，混凝土早期、后期強(qiáng)度與不摻硫酸鈉的混凝土差異不大；摻量為2.5%時(shí)，混凝土強(qiáng)度與不摻硫酸鈉的混凝土相比下降明顯；60 d齡期混凝土強(qiáng)度摻硫酸鈉與不摻硫酸鈉的對(duì)比均有不同程度的下降[1]。海砂中硫酸鈉是吸附在海砂表面，與做為混凝土外加劑硫酸鈉的工作物態(tài)不完全相同，海砂表面的硫酸鈉分布不均，導(dǎo)致混凝土中的膠凝材料漿體結(jié)構(gòu)不均勻，局部鈣礬石產(chǎn)生的結(jié)晶壓力可能會(huì)超過混凝土的抗拉強(qiáng)度，混凝土產(chǎn)生細(xì)裂縫，往往會(huì)影響混凝土后期強(qiáng)度，所以《海砂規(guī)范》，對(duì)硫化物及硫酸鹽含量有嚴(yán)格的應(yīng)用控制標(biāo)準(zhǔn)，不超過1.0%。

（2）氯化物對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響

海砂中氯化物主要為 NaCl、MgCl2、CaCl2、KCl。

NaCl可以大幅度降低水的冰點(diǎn)，起抗凍作用，由于在工程中對(duì)鋼筋具有腐蝕性，所以嚴(yán)禁在鋼筋混凝土中應(yīng)用。水泥熟料中C3A和C2S水化生成Ca（OH）2，NaCl與 Ca（OH）2反應(yīng)生成 CaCl2及云母復(fù)合物，使混凝土初凝時(shí)間和終凝時(shí)間均有所減小，同時(shí)其產(chǎn)物云母復(fù)合物存在，使水泥漿體的流動(dòng)性增加，水化程度增加，適量NaCl早強(qiáng)作用明顯，超量NaCl產(chǎn)生大量云母復(fù)合物，同時(shí)可能引發(fā)堿－骨料反應(yīng)，后期強(qiáng)度比早期強(qiáng)度下降。

水泥水化生成 Ca（OH）2，MgCl2與 Ca（OH）2反應(yīng)生成CaCl2和水鎂石，隨著MgCl2的增加，凈漿初凝時(shí)間和終凝時(shí)間均有所增加，28 d抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度有所減小。適量MgCl2參與水化反應(yīng)，結(jié)晶的水鎂石使混凝土孔隙率變小，對(duì)混凝土的早期強(qiáng)度增長(zhǎng)有利，超量MgCl2產(chǎn)生大量水鎂石不利于混凝土強(qiáng)度。

水泥的水化反應(yīng)速度與水泥熟料中的礦物組成密切相關(guān)，水泥中各礦物成分水化速度的順序?yàn)椋篊3A＞C4AF＞C3S＞C2S,C3S 早期活性大，C2S 后期增加強(qiáng)度，C3A、C4AF早期強(qiáng)度增長(zhǎng)非常快，但與前二者相比強(qiáng)度不高，不同水泥，礦物組成不同，具有不同強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律，CaCl2干擾各礦物水化速度，破壞了人們對(duì)混凝土強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律的認(rèn)識(shí)。

KCl不與水泥熟料中的礦物反應(yīng)，但可以增加混凝土的初凝時(shí)間和終凝時(shí)間，超量KCl可生成白云母，可適當(dāng)提高混凝土早期的抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。

所以《海砂規(guī)范》中，對(duì)氯化物含量有嚴(yán)格控制標(biāo)準(zhǔn)，氯離子含量不超過0.03%。

（3）海砂中其他物質(zhì)對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響

海砂中其他物質(zhì)還有云母、輕物質(zhì)、有機(jī)物及貝殼，由于云母、輕物質(zhì)、有機(jī)物本身不具有強(qiáng)度，超量必然對(duì)混凝土強(qiáng)度有影響，故《海砂規(guī)范》中規(guī)定，云母、輕物質(zhì)、有機(jī)物（含泥量）在海砂中的含量不超過1%。貝殼化學(xué)特性較為穩(wěn)定，不會(huì)與水泥熟料中的礦物水化反應(yīng)，貝殼本身具有一定強(qiáng)度，《海砂規(guī)范》中規(guī)定，海砂中的貝殼尺寸不應(yīng)超過4.75 mm。C40混凝土中，海砂中貝殼含量不超過3%，C25混凝土中，海砂中貝殼含量不超過8%。當(dāng)海砂中的貝殼含量超過8%時(shí)，混凝土的強(qiáng)度下降明顯，塌落度降低，混凝土產(chǎn)生泌水現(xiàn)象。

1.4 方法 對(duì)照組患者于月經(jīng)周期第5天起口服克羅米酚(生產(chǎn)單位：歐洲塞浦路斯麥道甘美大藥廠；注冊(cè)證號(hào)：H20091079)50 mg/次，每日1次；觀察組患者在對(duì)照組基礎(chǔ)上結(jié)合定坤丹(生產(chǎn)單位：山西廣譽(yù)遠(yuǎn)國(guó)藥有限公司；批準(zhǔn)文號(hào)：國(guó)藥準(zhǔn)字Z14020656)1丸/次，每日2次。兩組療程均為3個(gè)月經(jīng)周期。

分析看出，海砂中其他物質(zhì)含量的高低對(duì)混凝土質(zhì)量及強(qiáng)度有著直接影響。由于海砂取自不同的海域，海砂中其他物質(zhì)含量不盡相同，所以對(duì)海砂中各種其他物質(zhì)含量要有嚴(yán)格控制。

1.2 海砂對(duì)鋼筋混凝土耐久性的影響

修建于1958年的艾尼爾島上的電廠，是國(guó)外最早將海砂混凝土應(yīng)用到建筑工程的實(shí)例，1958年對(duì)電廠進(jìn)行了擴(kuò)建，建設(shè)了電廠通訊大樓，仍采用海砂混凝土，目前電廠、通訊大樓損壞嚴(yán)重，已經(jīng)沒有任何修復(fù)價(jià)值。其破壞特征為海砂中氯鹽導(dǎo)致鋼筋混凝土中鋼筋腐蝕膨脹，混凝土產(chǎn)生裂縫、剝落，對(duì)鋼筋混凝土耐久性產(chǎn)生直接影響。

現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 《建設(shè)用砂》（GB/T14684—2011）（以下簡(jiǎn)稱《國(guó)標(biāo)》），將砂按技術(shù)要求分為：Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類?！秶?guó)標(biāo)》中6.3條對(duì)海砂中有害物質(zhì)云母、輕物質(zhì)、有機(jī)物、硫化物及硫酸鹽、氯化物、貝殼進(jìn)行了限量，其中規(guī)定Ⅰ類用砂氯化物（與氯離子質(zhì)量計(jì)，下同）不大于0.01%,Ⅱ類用砂氯化物不大于0.02%,Ⅲ類用砂氯化物不大于0.06%?！秶?guó)標(biāo)》7.11條規(guī)定，用硝酸銀標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗測(cè)定海砂中氯化物含量。但有關(guān)部門通過該方法測(cè)定海砂中氯化物含量后，對(duì)該海砂進(jìn)行氯化物含量二次測(cè)定，發(fā)現(xiàn)經(jīng)硝酸銀標(biāo)準(zhǔn)溶液處理完成后的海砂仍有50%氯化物含量，故通過硝酸銀標(biāo)準(zhǔn)溶液處理完成后的海砂，并不是海砂中氯化物最終含量，海砂中氯化物含量被低估[2]。

由于水泥水化作用形成大量Ca（OH）2，使混凝土孔隙中的水分具有高堿性 （pH=12～14）的電解質(zhì)。混凝土中的鋼筋，在堿性電解質(zhì)中鋼筋表面將形成一層薄致密的鈍化膜，即Fe2O3的保護(hù)膜，盡管空氣中的氧氣和水可以通過混凝土孔隙滲入鋼筋表面，但鈍化膜可以有效抑制鋼筋的腐蝕。當(dāng)鋼筋表面鈍化膜遭到破壞時(shí)，鋼筋開始腐蝕。

海砂中氯化物存在于混凝土中，鋼筋氧化膜表面被氯化物吸附，使Fe2O3中氧離子被氯離子所替代，生成FeCl3，鈍化膜遭到一定破壞。在水和氧氣的作用下，脫鈍的鋼筋表面變?yōu)殡娀g的陽極，外圍混凝土成為陰極。當(dāng)存在一定的電位差時(shí)，在陽極Fe2+被釋放出來進(jìn)入電解溶液，而多余的當(dāng)量電子e－沿著鋼筋流向陰極，與氧及水生成OH－，即所謂的陰極過程。陰離子OH－向陽極流動(dòng)與向陰極流動(dòng)的 Fe2+相遇，化合成 Fe（OH）2，這種氫氧化物再被氧化則變成Fe（OH）3。鋼筋腐蝕的速度取決于混凝土中陰極區(qū)氧的可用度?？捎醚醵?，陰極區(qū)向鋼筋表面的擴(kuò)散就大，鋼筋腐蝕的速度就快，水中帶有氧氣，加速與鋼筋表面接觸，起催化劑作用。

利用海砂拌制混凝土，會(huì)產(chǎn)生平行于主筋的縱向裂縫，即沿鋼筋發(fā)生縱向劈裂裂縫，鋼筋保護(hù)層混凝土脹裂破碎，尤其會(huì)造成板中大面積保護(hù)層混凝土剝落，鋼筋隱約外露，從而加速鋼筋的銹蝕，最終保護(hù)層剝落，鋼筋裸露，結(jié)構(gòu)耐久性受到嚴(yán)重影響。

從以上分析可知，氯化物對(duì)鋼筋混凝土耐久性有直接影響，海砂中氯化物含量較高，目前對(duì)海砂中氯化物含量測(cè)定不盡完善，利用海砂拌制混凝土須慎之又慎。

2 加強(qiáng)海砂利用的對(duì)策

2.1 提高認(rèn)識(shí)，加強(qiáng)宣傳

2.2 堵疏結(jié)合，加強(qiáng)監(jiān)管

2018年住房城鄉(xiāng)建設(shè)部等8部門就聯(lián)合發(fā)出《關(guān)于開展治理違規(guī)海砂專項(xiàng)行動(dòng)的通知》，目前新農(nóng)村建設(shè)正在興起，尤其要加強(qiáng)對(duì)預(yù)拌混凝土、砂漿、預(yù)制構(gòu)配件企業(yè)的監(jiān)管，對(duì)建筑用砂產(chǎn)地、來源、用量臺(tái)賬、技術(shù)措施、檢測(cè)能力、質(zhì)量管控力度以及對(duì)砂的貯存保管等情況進(jìn)行嚴(yán)格督查，嚴(yán)格落實(shí)先檢后用制度。完善實(shí)驗(yàn)室硬件設(shè)施和檢測(cè)技術(shù)人員的管理，配備快速檢驗(yàn)建筑用砂和混凝土氯離子含量的儀器，提高檢測(cè)頻率，明確責(zé)任人，保證出廠混凝土、砂漿、構(gòu)配件的質(zhì)量。加強(qiáng)屬地政府對(duì)海砂使用監(jiān)管的意識(shí)，強(qiáng)化政府質(zhì)量監(jiān)管向村鎮(zhèn)延伸，加大對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)砂材質(zhì)量的監(jiān)督抽查抽測(cè)頻次，嚴(yán)禁違規(guī)海砂用于工程。對(duì)建筑市場(chǎng)的所有建筑用砂和預(yù)拌混凝土廠家用砂均必須提供氯離子檢測(cè)合格證明，杜絕違規(guī)海砂和淡化技術(shù)不達(dá)標(biāo)海砂流入建筑市場(chǎng)。

2.3 政策扶持，淡化海砂

海砂淡化的處理方法有自然堆場(chǎng)擱置法、淡水沖洗法、機(jī)械法、添加阻銹劑法等，但無論采用哪種方法，均是使海砂中的氯離子含量降低到規(guī)范規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)濃度以下，以便于后續(xù)建筑用砂的使用。由于淡水沖洗法簡(jiǎn)便易行且沒有技術(shù)難度，故目前被大量采用，但此方法對(duì)淡水資源的消耗量很大，對(duì)節(jié)水不利。我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)技術(shù)成熟，可將太陽能采集發(fā)電與海水淡化脫鹽兩個(gè)系統(tǒng)相結(jié)合，使能源高效利用，降低海水淡化成本。我國(guó)自2008年1月1日起，已對(duì)實(shí)施海水淡化企業(yè)免征所得稅。后續(xù)各地應(yīng)出臺(tái)相關(guān)政策，合理布局并扶持使用海水淡化水進(jìn)行海砂淡化的龍頭示范企業(yè)，促進(jìn)海砂淡化產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

2.4 加強(qiáng)技術(shù)研究，嚴(yán)格質(zhì)量管控

現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 《建設(shè)用砂》（GB/T14684—2011），測(cè)定氯化物含量方法有嚴(yán)重缺限，要鼓勵(lì)相關(guān)科研機(jī)構(gòu)和大專院校開展理論和實(shí)際研究,對(duì)氯化物含量對(duì)鋼筋混凝土的影響進(jìn)行定量研究分析，提出不影響結(jié)構(gòu)耐久性的合適氯化物含量標(biāo)準(zhǔn)，不斷完善現(xiàn)行規(guī)范。同時(shí)用簡(jiǎn)便適用的方法，對(duì)海砂淡化廠家進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)，制定生產(chǎn)規(guī)程。海砂淡化企業(yè)要強(qiáng)化企業(yè)質(zhì)量意識(shí)，實(shí)施嚴(yán)格的質(zhì)量管控措施和出廠必檢制度，建立責(zé)任追究和查處機(jī)制，確保出廠海砂的質(zhì)量符合規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 結(jié)語

當(dāng)今新基建、新項(xiàng)目的實(shí)施，是擴(kuò)內(nèi)需、穩(wěn)投資的重要舉措，是推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的重要支撐。近期一批重大水利、交通、地鐵、鄉(xiāng)村振興項(xiàng)目陸續(xù)開工，更要重視和管控好海砂的使用，消除隱患，確?！肮こ藤|(zhì)量百年大計(jì)”方針的真正落實(shí)。