浅谈海砂在混凝土中的应用

2021-01-07曹娟丽韩阿慧

河南建材 2021年4期

王超曹娟丽韩阿慧

1中设设计集团股份有限公司（210001） 2 西安长安大学工程设计研究院有限公司（710061）

0 前言

近年来，随着经济的快速发展，基础设施大量扩建，工程建设中的混凝土用量随之大幅增加。目前混凝土用砂大多为河砂，混凝土需求量的激增直接导致了砂石资源的匮乏。砂石的过度开采，对河流的行洪能力、生态环境等造成了极大的影响[1]。因此砂石材料需要更多的选择和来源。

海砂在全世界储藏丰富，如英、美、日本等发达国家早已实现海砂资源在工程建设中的大量使用。日本的海砂使用量已达砂砾石总产量的30%，其中的40%用于水泥制品[2]。沿海地区的工程建设用砂中，90%都是海砂[3]。因此，可借鉴发达国家的经验，对海砂进行开采利用。同时，我国拥有18 000 km 的海岸线，近海的海资源量大，初步估算为67.96×106m3~68.49×1010m3，并且近岸浅海的海砂以中砂、粗砂为主，具有开发方便的特点，可成为开采的主要目标[4-5]。

海砂在混凝土中的使用也有很多失败的惨痛事例。如1995 年韩国首尔的三丰大厦倒塌事故和2011 年广东汕尾塌楼事故等造成了大量伤亡，这都是因为没有正确使用海砂，从而导致了惨痛事故。因此，更全面深入地对海砂混凝土各性能进行研究，对其有一个更加合理、全面的认识尤为重要。为了更好地实现海砂在混凝土中的应用，文章介绍了海砂的特性，同时对部分学者就海砂性能及使用处理方法所作的研究进行了简单综述，以便促进海砂在工程建设中的合理应用。

1 海砂

海砂与河砂成分较为接近，比河砂多了贝壳、氯盐、硫酸盐等。海砂主要的用途之一就是作为工程建设的原材料，但是未经处理的海砂中氯离子会侵蚀钢筋，给工程带来极大的安全隐患。建设部早在2004 年就下发了《关于严格建筑用海砂管理的意见》[6]。海砂依照用途可分为建筑用砂、工业用砂、炼铁用砂等。由于工程建设的大力发展，河砂资源逐渐匮乏，海砂的需求量势必大幅度增长。

2 海砂混凝土的物理力学性能

不同学者的研究成果得出了不同的发现。部分学者的研究结果表明，海砂的掺入都会加快水泥水化，从而提高混凝土的早期抗压强度，但是由于贝壳的存在，海砂混凝土长期抗压强度较河砂混凝土低。以海水海砂为原材料时，混凝土早期强度要高于以淡水河砂为原材料的混凝土。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，加速混凝土早期强度的增长。Ratnayake[8]和 Girish[9]等的研究结果都表明，海砂混凝土的长期抗压强度比河砂混凝土低。部分学者的研究表明，海砂混凝土的早期强度低于普通河砂混凝土，长期抗压强度并不受海砂材料的影响。然而，邢丽[10]等的研究成果表明，海水海砂混凝土的早期强度低于普通混凝土20%左右，最终海水海砂混凝土的强度与传统混凝土强度相当。刘伟[11]等的研究结果表明，海砂中的氯盐和少量贝壳对于混凝土抗压、轴心抗拉、抗折强度均无不良影响；Li[12]等的研究成果表明，以海水海砂为原材料时，混凝土的长期强度要高于以淡水河砂为原材料的混凝土。

3 海砂处理方法

3.1 海砂淡化处理

对海砂进行淡化处理是如今世界上利用海砂最常用的手段。海砂淡化的处理方法主要有以下几种:

3.1.1 自然堆置法

将海砂不作任何处理，自然堆积在较大场地数月或数年，淡化后的海砂必须检测各性能指标，当满足要求后可应用于工程施工中。

3.1.2 机械法

采用专业的机械设备对海砂进行多工序处理，处理效率高，但造价也较高。

3.1.3 淡水冲洗法

淡水冲洗法包括斗式滤水和散水法，目前在我国应用较多，但是对淡水资源的重复利用率较低。

3.1.4 混合法

将海砂、河砂、机制砂按一定比例混合，从而降低氯化物的含量，制成氯离子含量符合建设用砂要求的混合砂。此法操作简单，成本较低，但难以保证大批量的混合砂质量达标。由于没有具体的规范可循，此法未能进一步得到推广。

3.1.5 添加阻锈剂法

在混凝土配合比中添加外加剂，此法经济可靠，但需要设计人员进行准确的计算和由专业技术人员进行严格的操作。

3.1.6 生物方法

通过一种除氯菌来分解海砂中的氯化物，并且分解产物无毒，可自由挥发[17]。

3.2 FRP 筋替换钢筋

纤维增强复合材料筋是采用若干股连续纤维束按特定的工艺经配套基体树脂浸渍固化而成的条棒状纤维增强树脂材料[18]。 FRP 筋密度较小，仅为钢筋的1/6～1/4，具有轻质、高强的特点，同时耐腐蚀性能、电磁绝缘性能、抗疲劳性能良好，成型工艺简单、灵活，可设计性也较好[19]。使用FRP 筋代替钢筋作为海砂混凝土中的筋材，既可以发挥FRP 筋的优势，同时也会使海砂混凝土充分利用。