淡化海砂应用现状及前景

陆 峰

上海建工集团股份有限公司 上海 200080

在建筑业中使用混凝土材料已有百余年的历史，依据近期的研究报告推算，国内每年建筑用砂需求量可达26亿～30亿 t[1]，这使得河砂资源短缺现状日益严峻[2]。另外，河砂的开采也对当地的生态环境造成不可逆转的损害，这与节约资源和保护环境的基本国策相悖。因此，合理利用海砂资源，缓解沿海地区河砂资源不足的问题，已成为当务之急。

我国海砂储量丰富，已探明储量约1.6万亿 t[3]，且未处理海砂的价格低廉，仅约为河砂价格的70%[4]，广大沿海地区常采用海砂作为建筑用砂以缓解天然河砂供应困难的窘境。然而，未经处理的海砂中含有大量氯盐、重金属盐、贝壳杂质以及有害杂质等，并不能直接用于建筑工程领域，否则将导致“海砂屋”问题。以海南省为例，DBJ 46-018—2019《海南省预拌混凝土应用技术标准》中将砂的氯离子含量列为必检项目，其中，规定钢筋混凝土用砂氯离子含量不得大于0.02%，预应力混凝土用砂氯离子含量不得大于0.01%，以此杜绝偷用海砂所带来的建筑质量问题。因此，如需使用海砂作为建筑用砂，需对其进行二次处理。我国早在1997年就提出了淡化海砂的概念，淡化海砂是指将开采出来的海砂经淡水冲洗处理净化后而形成的天然砂。随后GB/T 14684—2011《建设用砂》[5]将其作为天然砂分类予以明确，并于2016年形成建工行业建设标准JG/T 494—2016《建筑及市政工程用净化海砂》[6]。目前，受天然河砂消耗量增加、储备量不足以及价格攀升的影响，我国已有部分地区开始逐步将淡化海砂作为建筑用砂使用并制定了相应的标准。

本文简要介绍当前淡化海砂开采应用的一些现状，为后续淡化海砂在工程中的持续应用提供参考。

1 淡化海砂开发现状及前景

1.1 国外淡化海砂开发现状及前景

河砂的缺乏导致众多国家将目光转向海砂，如英国、日本、荷兰、美国、德国、丹麦、法国等[7]。图1为各国采用海砂作为建筑原材料的用量。据调查[8-10]，2002年至2006年，荷兰海砂年使用量达2 907万 m3，其次是英国（1 313万 m3）、德国（757万 m3）、丹麦（701万 m3）；荷兰占比为49.2%，英国为66.6%，丹麦为59.9%；比利时每年仅使用163万 m3海砂，但其中93.8%用于建筑；丹麦近40%的海砂用于日德兰半岛沿岸的修复项目。Xiao等[11]的研究指出，海砂在用于混凝土之前需用淡水（例如淡化海砂）适当清洗，以避免钢筋混凝土结构中出现钢腐蚀问题。

图1 各国海砂用量

淡化海砂的大规模生产和使用始于20世纪30年代[12]。在欧洲众国中，海洋骨料总开采量的80%由英国、荷兰及丹麦所供应。英国是最早在混凝土中使用淡化海砂作为细骨料的国家[13]。从20世纪发展至今，英国目前坐拥世界上最大的海洋骨料产业。从2000年至2004年，英格兰和威尔士沿岸海砂和砂砾的开采量超过2 100万 t/a，其中建筑用骨料的总量中淡化骨料约占17%[14]。截至2005年，其建设项目中已经使用了约5.82亿 t的海洋骨料[15]。2008年数据显示，英国海洋骨料的供应量约为2 220万 t/a，占其建筑行业所用集料总量的66.7%[15]。

早在1973年，淡化海砂就已成为日本混凝土生产中细骨料的主要来源之一[16]，据统计，其海砂的开掘量约为9 100万 m3/a，且约有40%的高品质砂被加工成水泥构件产品销往海外[17]。目前，海砂已成为日本沿海地区9成以上建筑用砂的首选。2011年数据显示，日本使用了约7 000万 t细骨料生产预拌混凝土，其中淡化海砂占12.2%[18]，且这些采用淡化海砂的工程项目尚未出现建筑安全事故。这是由于日本对建筑用海砂进行了严苛的除盐处理，使经脱盐处理后的海砂氯离子含量低于其国家标准及行业规范[19]。

1.2 国内淡化海砂开发现状及前景

海洋骨料开采与沿海经济带的人口增长和工业化水平密切相关。近20年来，中国沿海地区经济快速发展，使得对海洋骨料总量的需求以每年30%的速度增加[20]。由于天然河砂资源总量逐渐枯竭，及国家对环保的要求，因而制定了更严苛的条例，这使得海砂与砂砾资源成为首选。在长江沿岸经济区，低廉的淡化海砂成本也刺激了其实际需求。据不完全统计，2006年总需求量已达数亿吨[20]。

国内最早利用淡化海砂作为河砂替代品的有宁波、舟山、深圳等沿海河砂资源短缺地区。由于宁波地区土地资源的严重短缺，以及沿海工业和城市建设的发展需求，海砂则成为了首选。因此，该地区的淡化海砂产业于20世纪90年代初期迅猛发展，形成我国最大的淡化海砂生产销售区域。宁波市于2003年制定了《宁波市建筑工程使用海砂管理规定（试行）》，使淡化海砂的应用标准规范化。至2009年，大部分的宁波预拌混凝土公司使用的是淡化海砂，且未出现因淡化海砂使用而导致的安全事故[21]。宁波建筑工程中淡化海砂的成功应用，为淡化海砂的推广提供了基础。然而，从宁波市国土资源部门的有关统计来看，目前宁波舟山海域的海砂资源逐渐枯竭，可开采量下滑至逾10 000亿 t，而宁波市场上的淡化海砂需求量约为3 000万 t/a[22]，这使得偷用不合格淡化海砂以及原状海砂的问题日趋严重。因此，为从源头上解决此问题，政府部门为禁止淡化海砂而逐步推广机制砂作为替代材料[23]。

由于受河流与水域的冲刷以及港湾封闭的双重影响，福建海域形成了富饶的海洋砂矿资源，其中已探明的砂带19条，砂矿产地50余条，这为福建地区淡化海砂的发展提供了物质资源前提。2008年，泉州市印发的《关于规范建设工程用砂管理的通知》[24]指出，政府相关部门应积极开展淡化海砂的研究，以约束规范淡化海砂企业的生产及经营行为。福建省经信委于2017年表示，省内对原状海砂的淡化技术日趋成熟，但还不具备全面推广的条件，仍需对后续的市场需求及相关政策导向进行观望[25]。而厦门市于2018年建成产量约500万 t/a淡化海砂一期基地[26]，其经淡化后的原状海砂质量符合国家标准，为厦门市内工程建设用砂提供保障。福建省限制淡化海砂使用的政策与厦门市淡化海砂的推行二者间存在着矛盾，不利于淡化海砂后续持久长效的工程应用。

海南省的海砂资源经勘测发现[27]，岛内除东线（文昌、万宁）以及西线（儋州、临高）的部分地区海岸多为基岩或砾石外，砂质沉积物环岛错落分布。有报告指出[28]，海砂尤其在万宁至三亚的东线、乐东至东方的西线一带海湾内储量丰富。此外，西部沿岸、琼州海峡的东口以及琼西浅海区也蕴藏着丰富的海砂资源，其开采潜力巨大[29]。海南省地质局的河砂资源勘察结果显示[30]，海南省内天然河砂资源储存量仅为5亿 m3，而海南省具有开采潜力巨大的海砂资源，因此，科学合理、依法合规地对这些海砂资源进行采掘，可有效解决岛内建筑施工所需建筑用砂资源问题。在海南自由贸易港政策的引导下，国家相关政府颁布的《海南自由贸易港鼓励类产业目录（2020年本）》中表示，从事淡化海砂的相关企业预期将获得15%所得税率。以此政策为导向，三亚崖州拟建立可对海砂淡化处理量为300万 m3/a的大型海砂淡化基地，后续还将在海口、洋浦及东方等地区继续筹建多个海砂淡化项目，为保障海南岛自由贸易港的工程建设保驾护航。

然而，除以上个别沿海地区外，目前淡化海砂并未广泛应用，甚至一部分城市禁止使用淡化海砂，究其原因是对在建筑上采用淡化海砂而引发安全性问题的疑虑。为此，须以日本等国家的经验为借鉴，以政府及学者的引导和支撑为导向，以国家淡化海砂相关标准为基础，以期海砂应用的全国化推广。

2 淡化海砂在工程中应用

淡化海砂在工程中应用的可行性早有论证。早在1997年，宁波市城乡建委就已采用淡化海砂作为重要的科技研发成果在土建项目中进行推广应用。目前，宁波与舟山地区淡化海砂已成为主要的建筑用砂，占比在90%以上[31]。宁波建筑工程集团采用淡化海砂成功生产出C60泵送混凝土配方[21]，并将其应用在后续先张法管桩的制作中，获得了质量优异的“拳头”产品，并在宁波的管桩市场中占据较高市场份额[32]。中港三航四公司经过为期1年的论证，于1998年开始先后在其协和石化码头、长江口整治小黄龙出料码头、金渐石化码头、金山石化2.5万 t码头等项目中成功应用淡化海砂[33]，后续的监测表明采用淡化海砂并未对混凝土结构质量造成影响。

上海宝钢在其1998年开工的马迹山港25万 t级矿石中转码头项目中，为节约建造成本，成功将淡化海砂作为混凝土原材料进行施工建造，此项目中淡化海砂的利用率高达80%左右[34]。该项目竣工验收时质量核定为优良，节约成本53.4～80.8万元[35]，且此项目完工后的使用过程中并未出现质量与安全问题的报道。淡化海砂除成功应用在港口码头等水工工程外，在道路工程中也应用较多。范轶[36]依托汕尾路段改建工程，将淡化海砂应用于其混凝土路面及水泥砂浆薄层罩面中，且经济成本相较天然河砂混凝土降低4.6元/m3。在中冶集团斯里兰卡机场高速公路（CKE）项目中，由于该国建筑资源短缺，可利用砂为海砂，而国内采购河砂成本较高，故最终采用海砂淡化技术，成功将海砂进行淡化处理并应用于项目中[37]。

3 结语

随着天然河砂资源的日益枯竭，海砂资源可缓解河砂供应不足的窘境，然而海砂因其氯盐含量超标等问题而未能得到大范围的推广与应用。如果相关政府职能部门在后续能对海砂质量进行严格监管并颁布相关政策措施，使得海砂经淡化处理后在建筑中的应用得到大众认可，打消固有“海砂屋”的认知疑虑，那么淡化海砂作为建筑用砂的应用范围将得到拓展。