淺談海砂在混凝土中的應(yīng)用

王 超 曹娟麗 韓阿慧

1中設(shè)設(shè)計集團股份有限公司（210001） 2 西安長安大學(xué)工程設(shè)計研究院有限公司（710061）

0 前言

近年來，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施大量擴建，工程建設(shè)中的混凝土用量隨之大幅增加。 目前混凝土用砂大多為河砂，混凝土需求量的激增直接導(dǎo)致了砂石資源的匱乏。 砂石的過度開采，對河流的行洪能力、生態(tài)環(huán)境等造成了極大的影響[1]。因此砂石材料需要更多的選擇和來源。

海砂在全世界儲藏豐富，如英、美、日本等發(fā)達國家早已實現(xiàn)海砂資源在工程建設(shè)中的大量使用。日本的海砂使用量已達砂礫石總產(chǎn)量的30%，其中的40%用于水泥制品[2]。 沿海地區(qū)的工程建設(shè)用砂中，90%都是海砂[3]。 因此，可借鑒發(fā)達國家的經(jīng)驗，對海砂進行開采利用。 同時，我國擁有18 000 km 的海岸線， 近海的海資源量大， 初步估算為67.96×106m3~68.49×1010m3， 并且近岸淺海的海砂以中砂、粗砂為主，具有開發(fā)方便的特點，可成為開采的主要目標[4-5]。

海砂在混凝土中的使用也有很多失敗的慘痛事例。 如1995 年韓國首爾的三豐大廈倒塌事故和2011 年廣東汕尾塌樓事故等造成了大量傷亡，這都是因為沒有正確使用海砂， 從而導(dǎo)致了慘痛事故。 因此，更全面深入地對海砂混凝土各性能進行研究，對其有一個更加合理、全面的認識尤為重要。為了更好地實現(xiàn)海砂在混凝土中的應(yīng)用，文章介紹了海砂的特性，同時對部分學(xué)者就海砂性能及使用處理方法所作的研究進行了簡單綜述，以便促進海砂在工程建設(shè)中的合理應(yīng)用。

1 海砂

海砂與河砂成分較為接近， 比河砂多了貝殼、氯鹽、硫酸鹽等。 海砂主要的用途之一就是作為工程建設(shè)的原材料，但是未經(jīng)處理的海砂中氯離子會侵蝕鋼筋，給工程帶來極大的安全隱患。 建設(shè)部早在2004 年就下發(fā)了 《關(guān)于嚴格建筑用海砂管理的意見》[6]。海砂依照用途可分為建筑用砂、工業(yè)用砂、煉鐵用砂等。由于工程建設(shè)的大力發(fā)展，河砂資源逐漸匱乏，海砂的需求量勢必大幅度增長。

2 海砂混凝土的物理力學(xué)性能

不同學(xué)者的研究成果得出了不同的發(fā)現(xiàn)。 部分學(xué)者的研究結(jié)果表明， 海砂的摻入都會加快水泥水化，從而提高混凝土的早期抗壓強度，但是由于貝殼的存在，海砂混凝土長期抗壓強度較河砂混凝土低。以海水海砂為原材料時， 混凝土早期強度要高于以淡水河砂為原材料的混凝土。 李田雨等[7]研究表明，相比河水河砂混凝土， 海水和海砂的使用可以使水泥水化更充分， 加速混凝土早期強度的增長。Ratnayake[8]和 Girish[9]等的研究結(jié)果都表明，海砂混凝土的長期抗壓強度比河砂混凝土低。 部分學(xué)者的研究表明， 海砂混凝土的早期強度低于普通河砂混凝土，長期抗壓強度并不受海砂材料的影響。 然而，邢麗[10]等的研究成果表明，海水海砂混凝土的早期強度低于普通混凝土20%左右，最終海水海砂混凝土的強度與傳統(tǒng)混凝土強度相當(dāng)。 劉偉[11]等的研究結(jié)果表明， 海砂中的氯鹽和少量貝殼對于混凝土抗壓、軸心抗拉、抗折強度均無不良影響；Li[12]等的研究成果表明，以海水海砂為原材料時，混凝土的長期強度要高于以淡水河砂為原材料的混凝土。

3 海砂處理方法

3.1 海砂淡化處理

對海砂進行淡化處理是如今世界上利用海砂最常用的手段。 海砂淡化的處理方法主要有以下幾種:

3.1.1 自然堆置法

將海砂不作任何處理，自然堆積在較大場地數(shù)月或數(shù)年，淡化后的海砂必須檢測各性能指標，當(dāng)滿足要求后可應(yīng)用于工程施工中。

3.1.2 機械法

采用專業(yè)的機械設(shè)備對海砂進行多工序處理，處理效率高，但造價也較高。

3.1.3 淡水沖洗法

淡水沖洗法包括斗式濾水和散水法，目前在我國應(yīng)用較多，但是對淡水資源的重復(fù)利用率較低。

3.1.4 混合法

將海砂、河砂、機制砂按一定比例混合，從而降低氯化物的含量，制成氯離子含量符合建設(shè)用砂要求的混合砂。 此法操作簡單，成本較低，但難以保證大批量的混合砂質(zhì)量達標。 由于沒有具體的規(guī)范可循，此法未能進一步得到推廣。

3.1.5 添加阻銹劑法

在混凝土配合比中添加外加劑，此法經(jīng)濟可靠，但需要設(shè)計人員進行準確的計算和由專業(yè)技術(shù)人員進行嚴格的操作。

3.1.6 生物方法

通過一種除氯菌來分解海砂中的氯化物，并且分解產(chǎn)物無毒，可自由揮發(fā)[17]。

3.2 FRP 筋替換鋼筋

纖維增強復(fù)合材料筋是采用若干股連續(xù)纖維束按特定的工藝經(jīng)配套基體樹脂浸漬固化而成的條棒狀纖維增強樹脂材料[18]。 FRP 筋密度較小，僅為鋼筋的1/6～1/4，具有輕質(zhì)、高強的特點，同時耐腐蝕性能、電磁絕緣性能、抗疲勞性能良好，成型工藝簡單、靈活，可設(shè)計性也較好[19]。使用FRP 筋代替鋼筋作為海砂混凝土中的筋材，既可以發(fā)揮FRP 筋的優(yōu)勢，同時也會使海砂混凝土充分利用。

4 結(jié)語

海砂資源儲藏豐富，其開發(fā)和利用不僅可以大幅減緩河砂資源的匱乏問題，還符合我國加速海洋開發(fā)的重要戰(zhàn)略方向。 科研技術(shù)人員如何科學(xué)、合理地開發(fā)、處理、利用海砂資源，是未來應(yīng)該持續(xù)關(guān)注的重點。