工程建设中海砂应用危害浅析

姜舜

（南京市南部新城开发建设集团有限公司，江苏 南京210022）

0 引言

随着乡村振兴步伐的加快，农民集中居住区和村镇建设如火如荼。由于天然优质砂资源日益枯竭，加之近年环保督查力度加大，严禁江砂开采，建筑用砂问题已成为制约工程建设发展的瓶颈。原海砂价格低廉，约为淡化海砂的50%、河砂的30%，沿海地区有些不良商人、以原海砂代替河砂，尤其是广大农村地区，建设中普遍采用海砂。近期笔者对江苏省苏南某县（区）农村建设用砂进行调查，发现淡化未达标海砂用于农村建筑工程的比例高达80%，给工程质量带来巨大安全隐患。对农村地区建设工程加强监管刻不容缓。

1 混凝土中应用海砂对工程危害分析

海砂是指出自海洋的滩砂和海底砂。目前可用海砂混凝土，是指经过淡化处理海砂作为细骨料的混凝土。国家行业标准《海砂混凝土应用技术规范》（JBJ206—2010）（以下简称《海砂规范》）对海砂应用有严格标准。

1.1 海砂对混凝土强度影响

海砂中云母、轻物质、有机物、硫化物及硫酸盐、氯化物、贝壳等物质含量对混凝土质量有着直接影响。

（1）硫化物及硫酸盐对混凝土强度的影响

海砂中硫化物主要为硫酸钠，硫酸钠是工程中常用的混凝土早强剂。适量的硫酸钠与水泥充分拌和后，进行混凝土预拌，其可以加速水泥熟料中C3S水化，产生一定量的钙矾石，可对水泥石早期毛细孔进行细化，提高混凝土早期强度。硫酸钠做为混凝土外加剂，掺量为0.5%～1.0%时，混凝土的 3 d、7 d强度有显著提高，28 d龄期强度与不掺硫酸钠的混凝土差异不大；掺量为1.5%时，混凝土早期、后期强度与不掺硫酸钠的混凝土差异不大；掺量为2.5%时，混凝土强度与不掺硫酸钠的混凝土相比下降明显；60 d龄期混凝土强度掺硫酸钠与不掺硫酸钠的对比均有不同程度的下降[1]。海砂中硫酸钠是吸附在海砂表面，与做为混凝土外加剂硫酸钠的工作物态不完全相同，海砂表面的硫酸钠分布不均，导致混凝土中的胶凝材料浆体结构不均匀，局部钙矾石产生的结晶压力可能会超过混凝土的抗拉强度，混凝土产生细裂缝，往往会影响混凝土后期强度，所以《海砂规范》，对硫化物及硫酸盐含量有严格的应用控制标准，不超过1.0%。

（2）氯化物对混凝土强度的影响

海砂中氯化物主要为 NaCl、MgCl2、CaCl2、KCl。

NaCl可以大幅度降低水的冰点，起抗冻作用，由于在工程中对钢筋具有腐蚀性，所以严禁在钢筋混凝土中应用。水泥熟料中C3A和C2S水化生成Ca（OH）2，NaCl与 Ca（OH）2反应生成 CaCl2及云母复合物，使混凝土初凝时间和终凝时间均有所减小，同时其产物云母复合物存在，使水泥浆体的流动性增加，水化程度增加，适量NaCl早强作用明显，超量NaCl产生大量云母复合物，同时可能引发碱－骨料反应，后期强度比早期强度下降。

水泥水化生成 Ca（OH）2，MgCl2与 Ca（OH）2反应生成CaCl2和水镁石，随着MgCl2的增加，净浆初凝时间和终凝时间均有所增加，28 d抗拉强度和抗压强度有所减小。适量MgCl2参与水化反应，结晶的水镁石使混凝土孔隙率变小，对混凝土的早期强度增长有利，超量MgCl2产生大量水镁石不利于混凝土强度。

水泥的水化反应速度与水泥熟料中的矿物组成密切相关，水泥中各矿物成分水化速度的顺序为：C3A＞C4AF＞C3S＞C2S,C3S 早期活性大，C2S 后期增加强度，C3A、C4AF早期强度增长非常快，但与前二者相比强度不高，不同水泥，矿物组成不同，具有不同强度发展规律，CaCl2干扰各矿物水化速度，破坏了人们对混凝土强度发展规律的认识。

KCl不与水泥熟料中的矿物反应，但可以增加混凝土的初凝时间和终凝时间，超量KCl可生成白云母，可适当提高混凝土早期的抗拉强度和抗压强度。

所以《海砂规范》中，对氯化物含量有严格控制标准，氯离子含量不超过0.03%。

（3）海砂中其他物质对混凝土强度的影响

海砂中其他物质还有云母、轻物质、有机物及贝壳，由于云母、轻物质、有机物本身不具有强度，超量必然对混凝土强度有影响，故《海砂规范》中规定，云母、轻物质、有机物（含泥量）在海砂中的含量不超过1%。贝壳化学特性较为稳定，不会与水泥熟料中的矿物水化反应，贝壳本身具有一定强度，《海砂规范》中规定，海砂中的贝壳尺寸不应超过4.75 mm。C40混凝土中，海砂中贝壳含量不超过3%，C25混凝土中，海砂中贝壳含量不超过8%。当海砂中的贝壳含量超过8%时，混凝土的强度下降明显，塌落度降低，混凝土产生泌水现象。

1.4 方法 对照组患者于月经周期第5天起口服克罗米酚(生产单位：欧洲塞浦路斯麦道甘美大药厂；注册证号：H20091079)50 mg/次，每日1次；观察组患者在对照组基础上结合定坤丹(生产单位：山西广誉远国药有限公司；批准文号：国药准字Z14020656)1丸/次，每日2次。两组疗程均为3个月经周期。

分析看出，海砂中其他物质含量的高低对混凝土质量及强度有着直接影响。由于海砂取自不同的海域，海砂中其他物质含量不尽相同，所以对海砂中各种其他物质含量要有严格控制。

1.2 海砂对钢筋混凝土耐久性的影响

修建于1958年的艾尼尔岛上的电厂，是国外最早将海砂混凝土应用到建筑工程的实例，1958年对电厂进行了扩建，建设了电厂通讯大楼，仍采用海砂混凝土，目前电厂、通讯大楼损坏严重，已经没有任何修复价值。其破坏特征为海砂中氯盐导致钢筋混凝土中钢筋腐蚀膨胀，混凝土产生裂缝、剥落，对钢筋混凝土耐久性产生直接影响。

现行国家标准 《建设用砂》（GB/T14684—2011）（以下简称《国标》），将砂按技术要求分为：Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类。《国标》中6.3条对海砂中有害物质云母、轻物质、有机物、硫化物及硫酸盐、氯化物、贝壳进行了限量，其中规定Ⅰ类用砂氯化物（与氯离子质量计，下同）不大于0.01%,Ⅱ类用砂氯化物不大于0.02%,Ⅲ类用砂氯化物不大于0.06%。《国标》7.11条规定，用硝酸银标准溶液消耗测定海砂中氯化物含量。但有关部门通过该方法测定海砂中氯化物含量后，对该海砂进行氯化物含量二次测定，发现经硝酸银标准溶液处理完成后的海砂仍有50%氯化物含量，故通过硝酸银标准溶液处理完成后的海砂，并不是海砂中氯化物最终含量，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碱性 （pH=12～14）的电解质。混凝土中的钢筋，在碱性电解质中钢筋表面将形成一层薄致密的钝化膜，即Fe2O3的保护膜，尽管空气中的氧气和水可以通过混凝土孔隙渗入钢筋表面，但钝化膜可以有效抑制钢筋的腐蚀。当钢筋表面钝化膜遭到破坏时，钢筋开始腐蚀。

海砂中氯化物存在于混凝土中，钢筋氧化膜表面被氯化物吸附，使Fe2O3中氧离子被氯离子所替代，生成FeCl3，钝化膜遭到一定破坏。在水和氧气的作用下，脱钝的钢筋表面变为电化腐蚀的阳极，外围混凝土成为阴极。当存在一定的电位差时，在阳极Fe2+被释放出来进入电解溶液，而多余的当量电子e－沿着钢筋流向阴极，与氧及水生成OH－，即所谓的阴极过程。阴离子OH－向阳极流动与向阴极流动的 Fe2+相遇，化合成 Fe（OH）2，这种氢氧化物再被氧化则变成Fe（OH）3。钢筋腐蚀的速度取决于混凝土中阴极区氧的可用度。可用氧多，阴极区向钢筋表面的扩散就大，钢筋腐蚀的速度就快，水中带有氧气，加速与钢筋表面接触，起催化剂作用。

利用海砂拌制混凝土，会产生平行于主筋的纵向裂缝，即沿钢筋发生纵向劈裂裂缝，钢筋保护层混凝土胀裂破碎，尤其会造成板中大面积保护层混凝土剥落，钢筋隐约外露，从而加速钢筋的锈蚀，最终保护层剥落，钢筋裸露，结构耐久性受到严重影响。

从以上分析可知，氯化物对钢筋混凝土耐久性有直接影响，海砂中氯化物含量较高，目前对海砂中氯化物含量测定不尽完善，利用海砂拌制混凝土须慎之又慎。

2 加强海砂利用的对策

2.1 提高认识，加强宣传

2.2 堵疏结合，加强监管

2018年住房城乡建设部等8部门就联合发出《关于开展治理违规海砂专项行动的通知》，目前新农村建设正在兴起，尤其要加强对预拌混凝土、砂浆、预制构配件企业的监管，对建筑用砂产地、来源、用量台账、技术措施、检测能力、质量管控力度以及对砂的贮存保管等情况进行严格督查，严格落实先检后用制度。完善实验室硬件设施和检测技术人员的管理，配备快速检验建筑用砂和混凝土氯离子含量的仪器，提高检测频率，明确责任人，保证出厂混凝土、砂浆、构配件的质量。加强属地政府对海砂使用监管的意识，强化政府质量监管向村镇延伸，加大对施工现场砂材质量的监督抽查抽测频次，严禁违规海砂用于工程。对建筑市场的所有建筑用砂和预拌混凝土厂家用砂均必须提供氯离子检测合格证明，杜绝违规海砂和淡化技术不达标海砂流入建筑市场。

2.3 政策扶持，淡化海砂

海砂淡化的处理方法有自然堆场搁置法、淡水冲洗法、机械法、添加阻锈剂法等，但无论采用哪种方法，均是使海砂中的氯离子含量降低到规范规定的标准浓度以下，以便于后续建筑用砂的使用。由于淡水冲洗法简便易行且没有技术难度，故目前被大量采用，但此方法对淡水资源的消耗量很大，对节水不利。我国光伏产业技术成熟，可将太阳能采集发电与海水淡化脱盐两个系统相结合，使能源高效利用，降低海水淡化成本。我国自2008年1月1日起，已对实施海水淡化企业免征所得税。后续各地应出台相关政策，合理布局并扶持使用海水淡化水进行海砂淡化的龙头示范企业，促进海砂淡化产业的健康发展。

2.4 加强技术研究，严格质量管控

现行国家标准 《建设用砂》（GB/T14684—2011），测定氯化物含量方法有严重缺限，要鼓励相关科研机构和大专院校开展理论和实际研究,对氯化物含量对钢筋混凝土的影响进行定量研究分析，提出不影响结构耐久性的合适氯化物含量标准，不断完善现行规范。同时用简便适用的方法，对海砂淡化厂家进行技术指导，制定生产规程。海砂淡化企业要强化企业质量意识，实施严格的质量管控措施和出厂必检制度，建立责任追究和查处机制，确保出厂海砂的质量符合规范和标准要求。

3 结语

当今新基建、新项目的实施，是扩内需、稳投资的重要举措，是推动我国经济高质量发展的重要支撑。近期一批重大水利、交通、地铁、乡村振兴项目陆续开工，更要重视和管控好海砂的使用，消除隐患，确保“工程质量百年大计”方针的真正落实。