海砂中氯离子含量的影响因素分析

王 倩，陈 跃，徐海群

（1.连云港职业技术学院建筑工程学院，江苏连云港222006；2.连云港市水利局临洪水利工程管理处，江苏连云港222004）

中国混凝土网的统计数据表明，2018 年我国商品混凝土总产量为25.47 亿立方米，较上一年同比增长9.26%。预计2030 年，我国砂石的需求量将高达2.80×1010t[1]。由此可见，全国各类建设工程对商品混凝土的需求量正稳步提升[2]。如此巨大的混凝土消耗量必然会导致河砂、天然粗骨料资源短缺的问题。目前我国的天然砂石资源正逐渐地趋于枯竭。2019 年以来，湖北、江西、河北、河南等多地相继发布砂石禁采文件，导致各地砂石紧缺，随之而来的是砂石价格暴涨。截至2019 年8 月中旬，广东全省河砂的平均进购价高达217 元/m3。重庆有500 万吨的砂石需求，缺口量高达60%。为解决建筑资源短缺问题，国外早已开始利用海水、海砂等海洋资源，英国最早开始将海砂作为建筑用砂。2011 年日本用于生产预拌混凝土的海砂已达850 万吨，占用于生产预拌混凝土使用的细骨料总量的12.2%[3-5]。

尽管海水、海砂中含有较多氯盐，会影响水泥的水化过程，且腐蚀钢筋，另外海砂中还有较多贝壳，对混凝土的强度、工作性能和耐久性等都有影响，但是由于资源短缺问题严重，国内外诸多科技工作者对海水海砂混凝土展开了多项研究。基于此，笔者主要针对海砂中氯离子含量的影响因素进行研究，为进一步更好地利用海砂，为海砂混凝土的研究与应用提供理论依据。

1 试验方法

海砂采用连云港海域滩砂，其物理性能见表1。测定氯离子的海砂样品按照JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》的要求制备。各海砂样品的氯离子含量采用北京耐久伟业科技有限公司生产的NJCL-B 型氯离子含量测定仪进行测定。

表1 海砂的物理性能

2 试验结果与分析

2.1 海砂颗粒粒径对氯离子含量的影响

图1 绘出了氯离子含量（Vs）随海砂颗粒粒径（r）变化的曲线。从图1 可以看出，在相同的试验条件下，海砂中氯离子含量随颗粒粒径的增大而减小。原因是随着海砂颗粒粒径的减小，对于相同质量的海砂而言，粒径小的海砂其比表面积较大，因而使海砂中有更多的自由氯离子溶于蒸馏水中，导致海砂中氯离子含量的测试值增大[6]。从图1 可以看出，颗粒粒径小于0.63mm 时，海砂中氯离子含量随颗粒粒径的增大而减小的趋势较大；而当颗粒粒径大于0.63mm时，海砂中氯离子含量随颗粒粒径的增大而减小的趋势较小。经分析，原因是随着颗粒粒径的减小，相同质量海砂的比表面积增加的更快些。笔者采用Origin软件对海砂氯离子含量（Vs）测试值与海砂颗粒粒径（r）进行非线性拟合，结果较好。

图1 海砂中氯离子含量与海砂颗粒粒径的关系曲线

2.2 海水浓度对海砂中氯离子含量的影响

以连云港海域海水为天然海水，并以此海水中氯离子含量为基准，采用氯化钠分析纯与蒸馏水配制1倍至10 倍天然海水浓度的5 种浓度海水。各浓度海水的配比及其氯离子含量测试值见表2。

表2 各浓度海水的配比及氯离子含量测试值

分别量取200ml 的5 种浓度海水置于500ml 容量瓶，并称取50g 海砂5 份分别放入5 个容量瓶中，盖上瓶塞，将海砂浸泡180d 后测量各容量瓶中海砂的氯离子含量。图2 绘出海砂中氯离子含量（Vs）随海水中氯离子含量（Vsw）的变化曲线。由图2 可知，随着海水中氯离子含量的增大，海砂中的氯离子也相应增大，基本呈线性关系且相关性较好。

图2 海砂中氯离子含量与海水中氯离子含量的关系曲线

2.3 海砂含水率对海砂中氯离子含量的影响

图3 绘出了海砂中氯离子含量（Vs）与海砂含水率（W）的关系曲线。从图3 中可以看出，随着海砂含水率的增大，海砂中氯离子的含量亦相应增大。原因是海砂的含水率增大，就意味着海砂表面吸附有更多的海水或者是有更多的海水存在于海砂颗粒之间，这就导致检测时海砂的氯离子含量增大。如图3 所示，海砂中氯离子含量（Vs）与海砂含水率（W）基本呈线性关系且相关性较好。

图3 海砂中氯离子含量与海砂含水率关系曲线

2.4 砂水比对海砂中氯离子含量的影响

设计 0.1、0.25、0.5、1、1.5、2 共 6 组砂水比（海砂与蒸馏水的质量比），分别采用100ml 蒸馏水及10g到200g 共6 份海砂制备测试海砂氯离子的样品，其中各样品中的海砂均在蒸馏水中浸泡60d。从图4 中可以看出：随着砂水比的增大,海砂中氯离子含量也随之增大。这是由于在相同的100ml 的蒸馏水中，浸泡的海砂越多，则会有更多的氯离子溶于蒸馏水中。

图4 海砂中氯离子含量随砂水比的变化曲线

2.5 温度及时间对海砂中氯离子含量的影响

称取50g 海砂置于盛有200ml 蒸馏水的烧杯中，共16 组样品。将每组样品置于水浴中加热。加热温度设 计 为 30℃ 、40℃ 、50℃ 、60℃ 、70℃ 、80℃ 、90℃ 、100℃，每个加热温度下的加热时间均设计为10min与2h 两种。在相同加热时间下，随着加热温度的升高，海砂中氯离子含量的测试值也随着增大，如图5所示。原因是随着加热温度的提高，海砂中将会有更多的氯离子析出溶于蒸馏水中，导致测试值增大[7-8]。在相同加热温度时，加热时间是10min 的海砂样品与加热时间是2h 的海砂样品相比，海砂中氯离子含量的测试值偏低。原因是随着加热时间的延长，海砂中会有更多的氯离子析出溶于蒸馏水中，导致测试值增大[7]。从图5 中还可看出，加热温度小于80℃时，加热时间是10min 或2h 时，海砂中氯离子含量的测试值均随着加热温度的升高增加的更快些，而在加热温度大于80℃时，海砂中氯离子含量的测试值与加热温度的变化曲线则较缓。

图5 海砂中氯离子含量与加热温度及加热时间的关系曲线

3 结论

（1）海砂中氯离子含量与海砂颗粒粒径相关。海砂粒径越小则其氯离子含量测试值越大，海砂粒径越大则其氯离子含量测试值越小。海砂氯离子含量与海砂颗粒粒径两者的关系可用反比例函数表达。

（2）随着海水中氯离子含量的增大，海砂中的氯离子也相应增大。海砂中氯离子含量与海水氯离子含量两者基本呈线性关系且相关性较好。

（3）海砂中氯离子含量随海砂含水率的增大而增大，两者基本呈线性关系且相关性较好。

（4）在相同加热时间下，随着加热温度的升高，海砂中氯离子含量的测试值也随着增大；在相同加热温度下，加热时间越长，海砂中氯离子含量的测试值也越高。