海砂作為建筑用砂的探討

劉 瑾

(深圳市鹽田區工程質量監督站，廣東深圳 518081)

央視財經報道，華潤涉嫌在建筑工程中使用不合格海砂，一時間引起廣泛關注。海砂的危害，主要是因為海砂里含有氯離子，一旦超標，將嚴重腐蝕混凝土里的鋼筋，破壞混凝土結構，降低結構耐久性，產生安全隱患。其實“海砂屋”在國內外早已屢見不鮮。但是總是有人鋌而走險，因為:1)河砂資源緊缺，在建材市場河砂已近絕跡。2)還是一個“利”字當頭，河砂價格現在超過160元/m3，海砂1 m3只需30多元，但經過淡化的合格海砂，價格至少要翻一倍。然而海砂并不是洪水猛獸，科學規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，也是必然的發展趨勢。尤其對于河砂資源緊缺，日益匱乏的東南沿海地區具有非常重大的現實意義。海砂應用于工程建設已有多年歷史，并積累了不少成功經驗。日本是世界上成功利用海砂的國家之一。日本早在20世紀40年代就已經開始利用海砂配制混凝土，特別是20世紀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30%，現在建筑用砂90%以上已是海砂［1］。

1 海砂的利用關鍵在于科學規范

《海砂混凝土應用技術規范》規定:海砂必須經過凈化處理，滿足本規范要求后，方可用于配制混凝土，而且在海砂混凝土生產過程中，應檢測混凝土中的氯離子含量。海砂混凝土不得用于預應力混凝土結構。中華人民共和國建設部2004年9月發布《關于嚴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，應采用化學法和砂漿長度法進行骨料的堿活性檢驗。對鋼筋混凝土，海砂中氯離子含量不應大于0.06%。對預應力混凝土不宜用海砂。若必須使用海砂時，則應經淡水沖洗，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構產生危害的機理

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。在這個電化學腐蝕過程中氯離子作為中間產物，充當了催化劑，增大溶液導電性，增大電位差從而加速鋼筋腐蝕過程。鋼筋銹蝕對結構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，缺口處會產生應力集中，更易折損。2)鋼筋腐蝕導致鋼筋與混凝土之間的粘結強度下降，鋼筋所受的拉應力不能有效傳遞給混凝土，使結構承載力降低。3)銹蝕產物的體積比鋼筋體積大2倍～4倍，使混凝土內產生了體積應力，可能導致混凝土開裂、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侵蝕鋼筋，防止鋼筋銹蝕。當外界的二氧化碳、水汽或氯離子通過混凝土的孔隙進入，與混凝土材料中的堿性物質發生中和反應。隨著有害物質濃度增加，混凝土pH逐漸降低，當pH值小于9時，鋼筋表面的鈍化膜開始被破壞，由此鋼筋開始銹蝕。

3.2 混凝土密實度和保護層厚度

有害物質能夠通過混凝土的孔隙，尤其是連通的孔隙進入混凝土內部，侵蝕鋼筋。所以混凝土結構越致密，孔隙率越低，越能有效阻止有害物質的侵入，對鋼筋起保護作用。而保護層有一定的厚度就能延緩有害物質通過的時間，延遲或降低鋼筋的銹蝕。

3.3 鋼筋的應力狀態

應力的存在使鋼筋表面產生微裂縫，腐蝕沿鋼筋的裂縫逐漸深入，而應力又促進裂縫進一步發展，也就是機械應力促進了鋼筋銹蝕的進程。預應力鋼筋較一般鋼筋更脆，極有可能在無任何預兆的情況下導致結構的突然破壞，這種腐蝕更危險。因此標準對預應力鋼筋混凝土使用海砂的要求更為慎重、嚴格。

3.4 環境溫濕度

溫度會加速銹蝕反應，而濕度為形成電解質溶液提供介質。

4 預防鋼筋銹蝕的措施

1)最直接的措施是控制原材料中氯離子的含量。

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

2)增加混凝土密實度，降低孔隙率。

增加混凝土密實度，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，而且細骨料應含適量粉料，骨料的含泥量要符合要求。因為如果骨料級配不好，含泥量偏大，就會使混凝土內部的孔隙增大，需水量增加，粘結強度降低，混凝土密實度隨之降低。

b.設計合理的配比。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，當水灰比小于0.38時，混凝土毛細孔隙基本可以消除，摻加高效減水劑便是一種有效途徑。其次，選擇適當的砂率可以降低孔隙率，增加密實度。

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性，減少了較大孔隙的數量。同時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。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物游離Ca(OH)2進行二次水化，生成更加穩定的產物C—S—H凝膠，填充混凝土內部孔隙，使水泥石結構更為致密，阻斷可能形成的滲透路徑，同時使界面區的Ca(OH)2晶粒變小，改善了混凝土的微觀結構，使水泥漿體的孔隙率明顯下降，強化了集料界面的粘結力，使得混凝土密實度大大增加，耐久性增強［4］。粉煤灰顆粒小，比表面積大，具有較強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量。20世紀90年代后建筑工程普遍采用商品混凝土，混凝土的質量有了相當的保證。但在現場施工時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，及時做好混凝土的養護工作。

3)增加混凝土保護層厚度。

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、經濟和有效的輔助性保護措施。

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能夠自行再生，自動修復，從而避免鋼筋腐蝕，亞硝酸鹽是目前應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;粗細骨料級配要好，含泥量要低。b.設計合理的配比，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.及時做好混凝土的養護工作，尤其重要的是早期養護。及時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護劑等，保證混凝土終凝前表面濕潤。冬季施工時要采取混凝土保溫措施。在高溫和大風天氣要設置遮陽和擋風設施。d.在混凝土結構中設置合適的收縮縫。e.為防止出現沉降裂縫，應對松軟地基進行夯實和加固;加強上部結構的剛度，同時要加強地基、基礎和上部結構的整體性;合理設置沉降縫;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(水冷、冰冷、風冷)、分層、分塊澆筑等施工工藝降低混凝土的澆筑溫度，減小內外溫差［2］。

5 結語

科學規范地利用海砂資源不僅依靠技術更加依靠管理。監理單位應當認真履行監理職責，對施工單位違規使用建筑用砂的要及時予以制止。建設行政主管部門應當嚴格管理制度，對淡化海砂生產、使用等方面進行定期和不定期檢查，確保其在生產、流通、使用各環節的質量，尤其要加強對淡化海砂配制混凝土的監管。

［1］ 冷發光.海砂混凝土應用技術規范的技術特點［J］.工程質量，2011，29(1):12-16.

［2］ 吳宗皓.混凝土中鋼筋銹蝕及預防［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理及其防治［J］.低溫建筑技術，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用［J］.山西建筑，2011，37(22):124-125.