海砂氯离子含量淡化处理试验与分析

2022-05-14李安华许新水

广东公路交通 2022年2期

郑轩,李安华，许新水

(广东交科检测有限公司,广州 510550)

0 引言

近年来，我国基础设施建设规模不断扩大，基建行业对建筑用砂的需求日益增加，据估算，当前建筑用砂量约为每年30亿t。大江大河依然是建筑用砂的主要来源，但随着国家对生态环境、资源保护以及稳固河堤、保障防洪等多方面的管控，很多地区对在大江大河中开采江砂或河砂的行为也进一步加强了管制。2019年7月1日开始实施的《广东省河道采砂管理条例》规定：河道采砂应当实行总量控制、计划开采，严格监管、确保安全的原则，严禁在水工程、桥梁、码头、航道设施、水下管线(隧道)、取水口、各类保护区等管理和保护范围内划定河砂可采区。按照相关的管理要求，江砂及河砂的开采量受到了制约。

大部分建设项目混凝土中的细集料已用机制砂替代了江砂或河砂。虽然机制砂在制造过程中可从选材、破碎等一系列工艺方面采取工厂化稳定生产，但仍然避免不了机制砂存在粉尘含量控制难度大、存放过程易离析、颗粒级配不稳定、混凝土拌和物和易性不好等缺点，部分经淡化处理的海砂仍有被用在工程实体上的风险。

本文首先采集了广东省内韩江流域梅州段、东江流域惠州段、西江流域肇庆段、北江流域清远段、鉴江流域吴川段范围内的江砂，采用硝酸银滴定法进行氯离子含量试验，得到5条主流水道范围内江砂的氯离子含量分布情况。根据广东主流水道的地域分布及大部分建设项目砂源地的选取情况，将该5条水道内江砂氯离子含量平均值作为广东主流水道内江砂氯离子含量的参照值。随后又采集了湛江海域东海岛、珠海海域淇澳岛的海砂，采用硝酸银滴定法进行氯离子含量试验，得到海砂氯离子含量初始值。最后分别采用淡水冲洗、淡水淋洗两种方式对湛江海域东海岛、珠海海域淇澳岛两地的海砂表面附着性氯化物进行淡化，在淡化过程中按一定的冲洗时间间隔、淋洗次数，对淡化过程中的海砂进行氯离子含量试验，同时对比广东省主流水道范围内江砂的氯离子含量平均值，探索海砂淡化过程中氯离子含量的变化规律。

1 广东主流水道内江砂氯离子含量参照值

分别于广东省内韩江流域梅州段、东江流域惠州段、西江流域肇庆段、北江流域清远段、鉴江流域吴川段8个不同地点，随机抽取27个江砂样品，每个砂样经烘干翻拌均匀后进行3次氯离子含量试验，试验结果见表1。

表1 广东主流水道内江砂氯离子含量

表2 现行国家标准及各行业规范对细集料氯离子含量限值

通过表1可见，韩江流域梅州段、东江流域惠州段、西江流域肇庆段、北江流域清远段、鉴江流域吴川段江砂的氯离子含量分布在0.000 21%～0.000 88%之间，考虑到广东省内主流水道的地域分布情况、大部分建设项目砂源地的选取地点、试验检测过程中存在的误差等方面的因素，取5条主流水道江砂的氯离子含量平均值0.000 53%作为广东主流水道内江砂氯离子含量的参照值。通过对比表2可见，其检测结果的数量级远远低于规范要求的数量级，约为规范要求值的1/20～1/120之间。

由于目前国内大部分水道河砂或者江砂开采已严格管控，导致了基建用砂供需矛盾的加剧，部分参建单位将海砂淡化后利用到混凝土中的风险依然存在。通过建立海砂氯离子淡化模型，探索淡化后的海砂达到广东主流水道内江砂氯离子含量参照值同等数量级的有效途径，从而推动海砂的规范化使用，具有重要的现实意义。

2 海砂氯离子含量的采集以及淡化模型

通过采集湛江海域东海岛、珠海海域淇澳岛等地的海砂，并进行氯离子含量试验，摸清湛江、珠海等地海域海砂氯离子含量的数量等级情况，同时根据砂子净化的常规工艺，建立起淡水冲洗、淡水淋洗两个淡化模型，获取不同模型下海砂的淡化效果以及氯离子含量的变化曲线。

2.1 样品准备

(1)湛江海域东海岛附近的海砂，取样位置水深约30m，由采砂船在海底抽砂后，在采砂船储砂仓内不同部位取样5份。将5份海砂砂样翻拌3次，使其混合均匀，经烘干后采用硝酸银滴定法检测砂样氯离子含量，检测结果为0.126 20%。

(2)珠海海域淇澳岛附近的海砂，在珠海淇澳岛近海海岸处，人工采用铁锹铲取，深度约20cm，随机选取5个取样地点。将5份海砂砂样翻拌3次，使其混合均匀，经烘干后采用硝酸银滴定法检测砂样氯离子含量，检测结果为0.048 41%。

通过以上两个海砂氯离子含量试验结果，对比表2中现行规范对细集料氯离子含量限值表明，两个海砂的氯离子含量远远超过建设工程常用的Ⅱ类砂及预应力混凝土用砂氯离子含量≤0.02%的限值要求，不能用于工程实体。

2.2 淡水冲洗海砂的淡化试验

2.2.1 试验装置的组成

取两个容积为125L的储物箱，底部垫高100mm，形成坡度约为14.9%的流水面，储物箱上方固定一根流水管，调整水流量约为60L/h，整个试验过程中保持该水流流速不变。取经混合均匀后的每种海砂样品约25kg，均匀投入已装满水的储物箱，使其铺满箱底，此时储物箱底部砂厚度约为150mm，砂水体积比约为1:4.8(图1)。

图1 流水冲洗

2.2.2 淡水冲洗每间隔30min海砂氯离子含量变化趋势

在试验过程中，每间隔30min于储物箱箱底6个部位共取约1 300g砂样，经烘干翻拌均匀后采用硝酸银滴定法对砂样进行氯离子含量试验，分析两种海砂淡化过程中氯离子含量的变化趋势。

(1)湛江东海岛海砂氯离子含量变化趋势(氯离子含量初始值0.126 20%)如图2所示。

图2 湛江东海岛海砂氯离子含量变化曲线 (淡水冲洗间隔30min)

(2)珠海淇澳岛海砂氯离子含量变化趋势(氯离子含量初始值0.048 41%)如图3所示。

图3 珠海淇澳岛海砂氯离子含量变化曲线 (淡水冲洗间隔30min)

(3)综合分析：

①湛江海域东海岛海砂氯离子含量初始值为0.126 20%，第30～120min及第390min试验结果波动较大，可能是由于箱底海砂经过取样扰动后导致砂厚度不均匀，砂样表面附着的氯化物溶出速度有差异。

②经淡水冲洗30min后，湛江东海岛海砂氯离子含量由0.126 20%下降至0.006 67%，珠海淇澳岛海砂氯离子含量由0.048 41%下降至0.005 00%，氯离子含量均远小于0.02%，说明向储物箱内投砂及捞砂过程中，对砂样表面附着的氯化物淡化程度较好。

③湛江海域东海岛海砂氯离子含量初始值为0.126 20%，经淡水冲洗330min后氯离子含量趋于稳定;珠海海域淇澳岛海砂氯离子含量初始值为0.048 41%，经淡水冲洗120min后氯离子含量趋于稳定。氯离子含量能够达到目前广东主流水道内江砂氯离子含量同数量等级的数值。

2.2.3 淡水冲洗每间隔10min海砂氯离子含量变化趋势

每间隔10min于储物箱箱底6个部位共取约1 300g砂样，经烘干拌匀后采用硝酸银滴定法对砂样进行氯离子含量试验，分析两种海砂淡化过程中氯离子含量的变化趋势。

(1)湛江东海岛海砂氯离子含量变化趋势(氯离子含量初始值为0.126 20%)如图4所示。

图4 湛江东海岛海砂氯离子含量变化曲线 (淡水冲洗间隔10min)

(2)珠海淇澳岛海砂氯离子含量变化趋势(氯离子含量初始值为0.048 41%)如图5所示。

图5 珠海淇澳岛海砂氯离子含量变化曲线 (淡水冲洗间隔10min)

(3)综合分析：

①经淡水冲洗10min后，湛江东海岛海砂氯离子含量由0.126 20%下降到0.013 00%，珠海淇澳岛海砂氯离子含量由0.048 41%下降到0.007 73%。氯离子含量小于0.02%，说明向储物箱内投砂及捞砂过程中，对砂样表面附着的氯化物稀释程度较好。

②湛江海域东海岛海砂氯离子含量初始值为0.126 20%，珠海海域淇澳岛海砂氯离子含量初始值为0.048 41%，经淡水冲洗120min后氯离子含量趋于稳定，氯离子含量能够达到目前广东主流水道内江砂氯离子含量同数量等级的数值。

2.3 淡水淋洗海砂的淡化试验

取长度1.5m、宽度1.0m，孔径3mm、0.06mm筛网各一张，筛网悬空放置，3mm筛网在下起承重作用，0.06mm筛网在上起过滤作用。两种海砂各取约25kg，均匀平铺放置于0.06mm筛网上，此时砂的厚度约为100mm，调整好花洒水流流速约为120L/h，喷淋1次水量约为0.8L。试验过程中该花洒流水不调整、不关闭，确保整个试验过程中水流速、喷淋1次用水量基本不变，用花洒由外到内均匀喷淋1次后再将砂样翻拌3次。取样约1.5kg，经烘干拌匀后进行氯离子含量试验。淡水淋洗海砂如图6所示。