海砂混凝土的研究和应用综述★

赵嘉玮 薛瑞丰

(内蒙古工业大学土木工程学院，内蒙古 呼和浩特 010050)

海砂混凝土的研究和应用综述★

赵嘉玮 薛瑞丰

(内蒙古工业大学土木工程学院，内蒙古 呼和浩特 010050)

通过大量国内外文献，从海砂的应用现状、海砂混凝土力学性能、海砂混凝土的淡化处理及其腐蚀性能、未经淡化处理海砂混凝土的研究等方面出发，对海砂混凝土的研究现状进行了总结，就海砂混凝土的应用前景提出了一些看法。

海砂，混凝土，氯离子含量，海砂淡化

0 引言

随着各国经济快速发展和建设规模日益扩大，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，因此在沿海地区合理利用海砂资源，成为各国缓解河砂资源不足的一种有效方式。

海砂成分除贝壳外(成分为CaCO3)，与河砂大致相同，但未经处理的海砂含有大量氯盐及硫酸盐，不能直接用于传统钢筋混凝土结构，因此各国学者纷纷围绕海砂淡化、海砂混凝土的耐久性等方面问题进行深入研究，以期望海砂作为建筑用砂代替河砂。

1 海砂混凝土腐蚀性能研究现状

有关海砂混凝土腐蚀性能的研究相对较多，国内有代表性的研究者主要有洪乃丰、干伟忠、肖建庄和殷惠光。

洪乃丰[1- 4]先后发表了几篇文献阐述了滥用海砂的危害性，海砂混凝土的锈蚀机理及其防范措施。干伟忠等[5]对影响钢筋锈蚀进行了快速耐久性试验，试验主要考虑了混凝土强度、保护层厚度、钢筋直径、氯离子含量对钢筋锈蚀的影响。试验表明：同等条件下，混凝土强度高钢筋锈蚀小；混凝土保护层厚度大钢筋锈蚀小；Cl离子含量高钢筋锈蚀程度大。

肖建庄等[6]对比研究了淡化海砂、海砂和河砂高性能混凝土的氯离子渗透性，共设计了C60和C80两种强度的高性能混凝土12组，每组3个试件，研究了龄期为90 d和120 d的混凝土渗透性，C80混凝土的渗透性比C60要小，海砂的渗透性最大，河砂的最小，淡化海砂渗透性居中。

殷惠光等[7,8]通过试验研究了砂的种类(海砂、河砂、海砂和河砂混合)、水胶比、复合超细粉掺量、种类以及养护时间五种因素对混凝土抗氯离子渗透性的影响，试验结果表明五种因素影响最大的是复合超细粉掺量，其次是水胶比，然后是养护时间，其他两种因素影响甚微，在试验的基础上，利用多元线性回归方法提出一种预测混凝土抗氯离子渗透性的数学模型。国外学者研究了海砂混凝土的耐久性、氯离子含量、阻锈剂效应等[9,10]。

2006年，由深圳大学邢锋主持的国家自然科学基金课题《海砂混凝土腐蚀破坏特性与机理研究》(项目编号：50578095)对NaCl浸泡的河砂模拟海砂中氯离子的扩散，水泥凝胶体与氯离子的结合特性、钢筋锈蚀等方面进行了微观方面研究，发表了系列文章[11-15]。

国外学者研究了海砂混凝土的耐久性、氯离子含量、阻锈剂效应等[16,17]。通过研究发现，控制氯离子含量可有效提高淡化海砂混凝土的耐久性、添加适当阻锈剂可有效提高淡化海砂钢筋混凝土的耐久性。

陆续还有许多学者[9,17]对海砂混凝土进行了研究，经过这些学者的大量研究可以发现，严格控制氯离子含量，淡化海砂可以代替河砂用于传统钢筋混凝土结构，采用阻锈剂等阻隔氯离子的方式也可以防止钢筋锈蚀。各国根据以上研究成果，都给出了淡化海砂氯离子含量限值规定。

2 国内外对使用海砂混凝土氯离子含量限值规定

中国：1)对钢筋混凝土，海砂中氯离子含量不应大于0.06%。2)对预应力混凝土不宜用海砂。若必须使用海砂时，则应经淡水冲洗，其氯离子含量不得大于0.02%。3)建筑工程中采用的海砂必须是经过专门处理的淡化海砂。公共建筑或者高层建筑不宜采用海砂。钢筋混凝土抹灰面层不得采用未处理的海砂作砂浆。采用海砂的建筑工程应当严格检查工程质量；对结构构件的混凝土保护层不符合规范要求的，必须进行处理后，才能进入下一工序。日本：BS:882:1992规定，淡化海砂中氯离子当用于普通混凝土结构中，氯离子的含量占骨料总质量，必须控制在0.1%之内，如果用于预应力混凝土结构，必须控制在0.05%。BS:882:1997规定，淡化海砂中氯离子当用于普通混凝土结构中，氯离子的含量占水泥总质量的比例，必须控制在0.4%之内，如果用于预应力混凝土结构，必须控制在0.1%之内。

日本各部门对氯离子含量限制见表1。

表1 日本各部门对氯离子含量的规定 %

美国混凝土协会的相关规定见表2。

表2 美国相关规定(氯离子含量占总水泥的重量)

许多国家都延用美国规范。

3 海砂混凝土力学性能研究现状

文献[18]的作者调查了东京地区1999年8月17日和1998年6月27日两次地震钢筋混凝土房屋破坏和倒塌情况，调查发现混凝土质量太差是导致结构在地震发生时破坏的主要原因之一，其中大量房屋发现使用没有经过处理的海砂，导致钢筋锈蚀严重，而且作者对破坏混凝土进行化学分析发现，这些混凝土中氯离子含量是使用河砂混凝土氯离子含量的20多倍，并对海砂混凝土和河砂混凝土的力学性能进行了试验，发现海砂混凝土的强度比河沙混凝土强度低60%，海砂的级配也比河砂要差。因此如果采用不加淡化的海砂，有关它的力学性能必须进行相关研究。

淡化海砂力学性能与河砂力学性能比较的文献非常少，文献[19]对挖掘海砂混凝土与河砂的混凝土进行了对比试验研究，主要研究挖掘海砂对混凝土和易性、力学性能、耐久性的影响。试验共设计了三种混凝土，一种为常规混凝土，设计强度为30 MPa,采用常规河砂细骨料，水泥采用快凝水泥，骨料采用石灰石碎料，共有四种尺寸，分别为0 mm～2 mm，0 mm～5 mm，5 mm～12 mm，12 mm～20 mm；第二种混凝土用挖掘海砂代替0 mm～2 mm的细骨料，其他相同；第三种为用挖掘海砂代替0 mm～2 mm的细骨料，并在混凝土中添加塑料纤维。其中挖掘海砂从海中挖出后，在海边堆放3个月干燥后使用。海砂中氯离子含量最高为所有骨料重量的0.046%，SO3含量为0.038%，符合规范UNE-EN 1744-1对氯离子和硫化物含量的限值要求。水灰比也控制在规范UNE-EN 1744-1要求0.5的限值之内。

用上述三种混凝土分别浇筑了三条15 m长，5 m宽，25 cm厚的港湾路，并在浇筑路面的时候同时浇筑了标准棱柱体试块。主要试验测试了棱柱体试块的坍落度和标准养护28 d后的力学性能。并在150 d后选取浇筑的路面核心进行了试验。还进行了渗透性试验和毛细系数试验，以比较挖掘海砂混凝土的耐久性。

三种混凝土的坍落度试验值分别为17 cm,22 cm,19 cm，相差不大，说明海砂对混凝土的和易性没有影响，采用海砂细骨料的混凝土坍落度反而要比石灰石磨碎细骨料的和易性要好。

试验结果三种混凝土的抗压强度分别为39 MPa，36 MPa，33 MPa，三种混凝土的力学性能相差不大。

文献[20]对含盐量、贝壳含量对海砂海水混凝土强度的影响进行了深入研究，研究发现随着含盐量的增加，混凝土强度下降；随着贝壳含量的增加，混凝土强度下降，但是只要贝壳含量和含盐量控制在一定范围，海砂海水混凝土可作为建筑用混凝土材料使用。

有关淡化海砂与传统河砂混凝土力学性能的比较还没有查到相关文献，可能是以下两方面的原因：1)海砂和河砂的主要区别是海砂中含有大量的氯离子和氧化物，如果把氯离子控制在不对钢筋造成锈蚀危害的含量，去除一定的贝壳，海砂从级配等方面与河砂具有相同的性质；2)查阅文献从近期向早期推进，目前查阅到的文献都是比较近期的，而海砂混凝土的研究最早开始于1965年，所以有关的力学性能研究可能是在早期进行的，还没有查阅到，所以后续还要继续查阅。

4 海砂混凝土应用

使用海砂于传统混凝土结构中，首先要严格进行除盐处理，使其达到合格后才能使用。但是，由于未经处理的海砂的价格仅为河砂的1/3～1/4[21]，这使得在某些建筑结构施工中，以公开或隐蔽的方式使用未经处理的海砂，导致建筑物成为了“海砂屋”，比较出名的事件有台湾“海砂屋”事件[22]。韩国曾滥用过海砂，其中最大的事件是汉城“三丰大厦”的垮塌，造成多人伤亡[23]。

我国沿海地区，偷挖、滥用海砂现象由来已久，1999年国土资源部发布了《关于加强海砂开采管理的通知》，在保护海洋环境的前提下，允许有序地开发海砂资源，以解决建筑用砂问题。据初步估算[21]，2000年我国建筑用海砂约9 000万t均由近岸海域开采而得，产值约2 215亿元。最近哈尔滨工业大学的查晓雄教授[24]研究不经过淡化处理的海砂混凝土的应用。主要研究在钢管和不经淡化处理海砂混凝土之间隔离一层FRP管组成钢管—FRP—海砂混凝土柱，通过有限元分析了钢管厚度、钢材屈服强度、混凝土强度、FRP缠绕方向对柱承载力的影响。广东省交通厅2012年刚立项高性能纤维复合材料筋(FRP筋)海砂混凝土在桥梁结构中的推广应用研究项目[25]。2014年浙江省科技厅立项海砂海水混凝土及其工程应用研究项目[26]，研究高性能材料和海砂海水混凝土在工程中的应用。

5 结语

本文通过阅读大量文献，总结了目前有关淡化海砂混凝土的研究和应用现状，淡化海砂用于传统混凝土结构的技术已经非常成熟，但是有关海砂和高性能FRP材料结合直接用于建筑结构的研究才刚刚起步，还需要进行大量研究。

建设海岛国防和军用基础设施、发展海洋经济势必要兴建许多海洋和港口建筑物及构筑物，大量的土建工程，混凝土用量可观，而且对于一些距离内陆比较远的岛屿建设，大量砂、水等混凝土材料的运输也非常困难，与此同时，对于这些海岛或沿海地区，有大量的海砂和海水资源可用，如果可以利用海水和海砂资源配制混凝土，对满足海洋经济发展和海岛国防建设具有非比寻常的意义。因此高性能复合材料与海砂混凝土的应用将是未来海砂混凝土的发展趋势。

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Review of research and application on the sea sand concrete★

Zhao Jiawei Xue Ruifeng

(CivilEngineeringCollege,InnerMongoliaUniversityofTechnology,Hohhot010050,China)

Mechanical properties of sea sand concrete, sand, sea sand concrete desalination and its corrosion resistance without respect, sea sand concrete research desalination processing, research status of sea sand concrete are summarized, by domestic and foreign literature. Put forward the original opinion on the prospect of the application of sea sand concrete.

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1009-6825(2015)07-0103-03

2014-12-28 ★：浙江省科技厅面上项目(项目编号：2013C31126)

赵嘉玮(1989- )，男，在读硕士； 薛瑞丰(1990- )，男，在读硕士

TU528

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