摘要：海砂含泥量低、粒形優(yōu)良、細(xì)度均勻，適合配制混凝土。然而，海砂含有較高的氯鹽、貝殼、輕物質(zhì)等有害物質(zhì)。未經(jīng)凈化處理的海砂容易造成混凝土中的鋼筋過早銹蝕，給建筑工程埋下嚴(yán)重的質(zhì)量隱患。國內(nèi)外因?yàn)E用或誤用海砂出現(xiàn)了一批“海砂屋”，造成了重大的經(jīng)濟(jì)損失和惡劣的社會影響。
1. 海砂資源及利用的問題
在我國東部沿海地區(qū)，人口稠密，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，工程建設(shè)量大，當(dāng)河砂資源出現(xiàn)供給不足時(shí)，又沒有其他砂源替代（如內(nèi)陸地區(qū)可以使用山砂或機(jī)制砂等替代），遠(yuǎn)距離運(yùn)輸河砂又會大大提高工程造價(jià)。與國外許多國家走過的路一樣，在陸砂資源短缺的情況下，人們開始將注意力轉(zhuǎn)向了當(dāng)?shù)厣霸础Ｉ?。因此，沿海地區(qū)開采利用海砂是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的客觀需要和歷史發(fā)展的必然。
英國、丹麥、挪威、瑞典、比利時(shí)、加拿大、澳大利亞、新西蘭、日本、韓國、土爾其、印度等國家以及我國的臺灣地區(qū)在海砂應(yīng)用于工程建設(shè)方面已有多年的歷史和豐富的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。尤其是河砂、陸砂資源短缺的日本，在20世紀(jì)40年代就已經(jīng)開始利用海砂配制混凝土，特別是20世紀(jì)80年代到90年代，日本海砂的利用量達(dá)到歷史的高點(diǎn)，海砂占建筑用砂的比例高達(dá)30％左右。
我國20世紀(jì)30——40年代我國局部地區(qū)將海砂用于臨時(shí)建筑。70年代末，個(gè)別沿海城市開始出現(xiàn)使用海砂的建筑結(jié)構(gòu)，但規(guī)模較小。對海砂的開采利用在近十多年獲得迅速發(fā)展。國內(nèi)較早大規(guī)模使用海砂的是寧波和舟山地區(qū)、深圳地區(qū)等。目前，寧波、舟山地區(qū)的建筑用砂90％以上為海砂。
海砂含泥量低、粒形優(yōu)良、細(xì)度均勻，適合配制混凝土。然而，海砂含有較高的氯鹽、貝殼、輕物質(zhì)等有害物質(zhì)。未經(jīng)凈化處理的海砂容易造成混凝土中的鋼筋過早銹蝕，給建筑工程埋下嚴(yán)重的質(zhì)量隱患。國內(nèi)外因?yàn)E用或誤用海砂出現(xiàn)了一批“海砂屋”，造成了重大的經(jīng)濟(jì)損失和惡劣的社會影響。
中國建筑科學(xué)研究院承擔(dān)了“十一五”科技支撐計(jì)劃課題“海砂在建設(shè)工程應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)品開發(fā)”（2006BAJ02B04）的研究工作，首次在我國黃海、東海、南海三大海域采取了典型的海砂樣品進(jìn)行研究，系統(tǒng)的研究了海砂作為建筑用砂的特性和應(yīng)用技術(shù)條件、海砂凈化處理技術(shù)、海砂混凝土性能、高性能海砂混凝土生產(chǎn)質(zhì)量控制及工程應(yīng)用技術(shù)、既有海砂混凝土建筑的結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)和病害診治技術(shù)等，建立了海砂凈化示范生產(chǎn)線、海砂混凝土示范生產(chǎn)企業(yè)和海砂混凝土示范工程。制定了工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)《海砂混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（JGJ 206-2010）。
2．有效的凈化處理是安全使用海砂的關(guān)鍵前提
海砂經(jīng)過有效的凈化處理之后，如果氯離子含量等技術(shù)指標(biāo)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，完全可以替代河砂生產(chǎn)結(jié)構(gòu)混凝土，且混凝土的各項(xiàng)技術(shù)性能均良好。濱海環(huán)境中的自然暴露試驗(yàn)也表明海砂混凝土的耐久性良好，但前提是海砂需要進(jìn)行有效的凈化處理。鑒于此，《海砂混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》JGJ 206-2010規(guī)定“用于配制混凝土的海砂應(yīng)作凈化處理”并將其列為強(qiáng)制性條文，要求嚴(yán)格執(zhí)行。同時(shí)，該規(guī)范對海砂混凝土的氯離子含量和耐久性能技術(shù)指標(biāo)做出了明確的規(guī)定。嚴(yán)格執(zhí)行該規(guī)范，才能確保海砂在建設(shè)工程中的安全使用。
海砂凈化處理的技術(shù)是采用淡水沖洗。雖然目前我國的海砂凈化技術(shù)和設(shè)備能夠基本滿足生產(chǎn)出符合規(guī)范要求的凈化海砂，但存在以下問題：
1）設(shè)備簡易，生產(chǎn)粗放，不規(guī)范，目前也無規(guī)范可以遵循；
2）普遍存在耗水量大、能耗高、占地廣的問題；
3）工藝流程設(shè)計(jì)和用水量缺乏系統(tǒng)試驗(yàn)的、科學(xué)的依據(jù)，大多依靠經(jīng)驗(yàn)，隨意性很大，因而，凈化處理出來的海砂質(zhì)量不穩(wěn)定，特別是含鹽量波動較大。因此，我國亟須在海砂凈化處理技術(shù)上進(jìn)行革新和升級，形成節(jié)水、節(jié)能、高效、穩(wěn)定的凈化處理技術(shù)系統(tǒng)，并制定相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以確保凈化海砂的質(zhì)量。
3．海砂的開采問題
在1993——1994年前后，寧波、舟山地區(qū)開始大規(guī)模采掘海砂，淡化后用于建筑工程。目前正在使用采掘技術(shù)，是通過采砂船的泵抽吸技術(shù)。抽吸時(shí)，由海水?dāng)y帶海砂，進(jìn)入吸管。船艙中設(shè)置初步處理設(shè)備，能夠?qū)⑽蟻淼暮Ｉ斑M(jìn)行處理，主要是篩去泥塊、大的貝殼和其他雜物，得到比較均勻、潔凈的海砂。
經(jīng)上述采砂工藝處理后，所得海砂的含泥量較低，已不含大的貝殼等粗物，除含鹽量和貝殼含量之外，其余指標(biāo)一般都能滿足建筑用砂的標(biāo)準(zhǔn)。
海砂的開采應(yīng)考慮如下問題：
?。?）海砂開采對海洋生態(tài)環(huán)境和地質(zhì)環(huán)境的影響。
開采海砂，可能會破壞海洋生物群集中的各生物種類的棲息環(huán)境，破壞海底的生態(tài)環(huán)境同時(shí)影響海水的鹽度、pH值、O2含量、營養(yǎng)鹽等。日本曾經(jīng)報(bào)道過開采海砂導(dǎo)致海底世界如同荒漠一般的景象，由此引起日本社會對開采海砂的反對。
海砂開采可能造成海域輸砂量失衡、附近海域流場、波場改變，使得海岸受到侵蝕，國土流失。在近海大規(guī)模開采海砂，可能會引起近海地質(zhì)環(huán)境的改變，甚至引起局部陸架的地質(zhì)災(zāi)害。
（2）海砂開采用考慮海砂礦產(chǎn)資源的綜合利用
海砂是海底重要的礦產(chǎn)資源，有的海砂礦產(chǎn)中含有大量的稀有金屬元素，如可能含有錳、銅、鎳、鈷等多種元素，還可能鐵礦、鈦鐵石與鋯石等珍貴礦產(chǎn)的賦存地。如果此類極具冶金價(jià)值的海砂用于建筑用砂，不僅是極大的資源浪費(fèi)，而且對人居環(huán)境也可能存在放射性等潛在危害。
因此，海砂的開采因由國家國土資源部門詳細(xì)勘探規(guī)劃，有計(jì)劃、有步驟的開采使用。盲目開采使用，后果十分嚴(yán)重。
4. 海砂的基本技術(shù)指標(biāo)
海灘砂比較細(xì)，多屬于細(xì)砂范疇，而海底砂則多是中砂，但不同地區(qū)的海砂級配等差別較大。淡化海砂的表觀密度分布在2590——2650 kg/m3范圍內(nèi)，與河砂相比，一般來說海砂表觀密度略小。由于海砂中存在一定量強(qiáng)度較低的軟弱顆粒，造成海砂的壓碎值指標(biāo)偏大，堅(jiān)固性指標(biāo)稍差，含泥量較低，但貝殼等輕物質(zhì)含量整體偏高；海砂具有較高的氯離子含量，此外，海砂還含有一定量的硫酸鹽、硫化物、以及含磷的礦物。
根據(jù)出處的不同，海砂中可能含有不同的含泥量、貝殼含量和輕物質(zhì)含量。海砂的含泥量、貝殼含量和輕物質(zhì)含量均比較低，經(jīng)過淡化處理后的海砂對應(yīng)物質(zhì)含量均有顯著降低。
巖相分析表明，不同海域的海砂、灘砂的樣品可能存在潛在堿活性。但通過砂漿棒法檢測堿活性，絕大多數(shù)海砂樣的試件6個(gè)月的膨脹率均遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)要求值0.10％，海砂無潛在堿活性危害。
絕大多數(shù)海砂的放射性檢測結(jié)果表明，內(nèi)、外照射指數(shù)符合《建筑材料放射性核素限量》（GB6566-2001）和《民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染控制規(guī)范》（GB50325-2001）的規(guī)定要求，對人的健康和安全不造成危害。
圖1 我國典型海砂樣品的篩分曲線
表1海砂的基本性能測試結(jié)果
5. 海砂混凝土的基本性能
相同配合比和外加劑摻量情況下，海砂混凝土的工作性能不如河砂混凝土，達(dá)到相同工作性能需要提高海砂混凝土的外加劑用量。
海砂混凝土和河砂混凝土的抗壓強(qiáng)度、軸壓強(qiáng)度和彈性模量相差不多，基本相當(dāng)。海砂中含有微量貝殼和輕物質(zhì)不會影響混凝土與鋼筋的粘結(jié)性能，海砂混凝土的鋼筋握裹強(qiáng)度與河砂混凝土基本相當(dāng)。
淡化海砂混凝土中鋼筋銹蝕失重率略大于河砂混凝土，但相差不多。淡化海砂混凝土的干燥收縮性能與河砂混凝土的干燥收縮性能基本相當(dāng)，干燥收縮發(fā)展規(guī)律相同。淡化海砂混凝土的受壓徐變性能與河砂混凝土的受壓徐變性能基本相當(dāng)，受壓徐變值發(fā)展規(guī)律相同。
隨著海砂中鹽分的提高，混凝土的早期抗壓強(qiáng)度（3d左右）明顯提高，但28d的抗壓強(qiáng)度基本一致；隨著海砂中鹽分的提高，混凝土中鋼筋銹蝕失重率明顯增加。隨著海砂中鹽分的提高，海砂混凝土的抗氯離子滲透性能基本相當(dāng)。
6. 《海砂混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》JGJ 206-2010的幾個(gè)技術(shù)要點(diǎn)
?。?）海砂及海砂混凝土的定義
《海砂混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》中將“海砂”定義為：出產(chǎn)于海洋和入?？诟浇纳埃┥?、海底砂和入海口附近的砂。本規(guī)范將“入?？诟浇纳啊奔{入海砂范疇，從而解決了一直以來對江河入?？诟浇乃^“咸水砂”是否屬于海砂的爭論。入?？谑呛恿髋c海洋的匯合處，淡水和海水的界線不易分明，且隨著季節(jié)發(fā)生變化，本著從嚴(yán)控制的原則，故將入?？诟浇纳凹{入海砂范疇。
規(guī)范中將“海砂混凝土”定義為：細(xì)骨料全部或部分采用海砂的混凝土。這樣一來，凡是摻有海砂的混凝土，無論摻加比例多少，都視為海砂混凝土，這也體現(xiàn)了從嚴(yán)控制的思想。
（2）凈化處理
《海砂混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》規(guī)定“用于配制混凝土的海砂應(yīng)作凈化處理”，并將將此作為強(qiáng)制性條文?！皟艋幚怼弊鳛楸疽?guī)范的特有術(shù)語，定義為：采用專用設(shè)備對海砂進(jìn)行淡水淘洗并使之符合本規(guī)范要求的生產(chǎn)過程。因此，海砂的凈化處理需要采用專用設(shè)備進(jìn)行淡水淘洗，并去除泥、泥塊、粗大的礫石和貝殼等雜質(zhì)。這主要考慮到采用簡易的人工清洗，含鹽量和雜質(zhì)不易去除干凈，且均勻性差，質(zhì)量難以控制。海砂用于配制混凝土，應(yīng)特別考慮影響建設(shè)工程安全性和耐久性的因素，確保工程質(zhì)量，確保海砂應(yīng)用的安全性。鑒于我國目前質(zhì)量管理的現(xiàn)實(shí)狀況，本規(guī)范對此進(jìn)行了嚴(yán)格規(guī)定。該強(qiáng)制性條文一是是為了杜絕將海砂原砂直接用于生產(chǎn)混凝土，二是為了杜絕采用自然淡化、簡單的人工淘洗等無法保證凈化質(zhì)量的方式來敷衍了事的行為。
《海砂混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》規(guī)定“海砂不得用于預(yù)應(yīng)力混凝土”。
?。?）氯離子含量問題
《海砂混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》提高了對海砂中氯離子含量的要求，規(guī)定海砂的離子含量不得大于0.03%。同時(shí)對其他原材料（水泥、拌和用水等）的氯離子含量也提出了較高要求，以達(dá)到從嚴(yán)控制的目的。
《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》JGJ 52——2006中對砂的氯離子含量作為強(qiáng)制性條文規(guī)定：鋼筋混凝土用砂，氯離子含量不得大于0.06%（以干砂質(zhì)量百分率計(jì)）；預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土用砂，氯離子含量不得大于0.02%。日本標(biāo)準(zhǔn)《預(yù)拌混凝土》JIS A5308:2003對砂的氯離子含量的要求是：氯鹽（按NaCl計(jì)算）含量不超過0.04%（相當(dāng)于0.024%的Cl-含量），同時(shí)又規(guī)定：如砂的氯鹽含量超過0.04%，則應(yīng)獲得用戶許可，但不得超過0.1%（相當(dāng)于0.06%的Cl-含量）；如果用于先張預(yù)應(yīng)力混凝土的砂，氯鹽含量不應(yīng)超過0.02%（相當(dāng)于0.012%的Cl-含量），即使得到用戶許可，也不應(yīng)超過0.03%（相當(dāng)于0.018%的Cl-含量）。我國臺灣地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)《混凝土粒料》CNS 1240沿用了日本最嚴(yán)格的規(guī)定：預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土用砂，水溶性氯離子含量不得大于0.012%；所有其他混凝土用砂，水溶性氯離子含量不得大于0.024%。
借鑒日本和我國臺灣地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)，并同時(shí)考慮到我國大陸地區(qū)的實(shí)際情況，將鋼筋混凝土用海砂的氯離子含量限值規(guī)定為0.03%，低于JGJ 52——2006規(guī)定的0.06%。
值得注意的是，《海砂混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》規(guī)定了配合比設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程中應(yīng)檢測海砂混凝土拌合物的水溶性氯離子含量。由于氯離子檢測方法的不完善，中國建筑科學(xué)研究院組織編制了《混凝土中氯離子含量檢測技術(shù)規(guī)程》JGJ/T 322-2013。
?。?）其他技術(shù)指標(biāo)
規(guī)范從嚴(yán)控制海砂中的堅(jiān)固性、含泥量、泥塊含量、云母含量等技術(shù)指標(biāo)，這些指標(biāo)都是取《建筑用砂》GB/T148684和《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》JGJ 52——2006中偏于安全、甚至最嚴(yán)格的限值（見表2）。同時(shí)，本規(guī)范還對海砂的堿活性和放射性進(jìn)行了規(guī)定。
表2海砂的質(zhì)量要求
7. 結(jié)束語
儲量豐富的海砂是沿海地區(qū)重要的建筑用砂來源。生產(chǎn)混凝土用于建設(shè)工程中是海砂使用的主要途徑。中外不同歷史時(shí)期的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)表明：使用海砂是經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的必然，但關(guān)鍵在于能否科學(xué)、合理地使用，用得好，可以創(chuàng)造巨大經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境效益；相反，如果盲目、不科學(xué)地使用海砂將會造成災(zāi)難性后果。
海砂的開采利用應(yīng)該注意兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)：第一是“采”，海砂的開采必須由國家有關(guān)部門詳細(xì)勘探規(guī)劃，有計(jì)劃、有步驟的開采使用。嚴(yán)禁盲目開采、盜采。第二是“洗”，海砂應(yīng)用最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是做好海砂的凈化處理。淡水沖洗目前仍然是最為簡單有效的辦法。
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作者簡介】
周永祥，博士，研究員，九三學(xué)社社員。2007年畢業(yè)于清華大學(xué)，獲土木工程學(xué)博士?，F(xiàn)任中國建筑科學(xué)研究院建材所副總工、混凝土室主任，高性能混凝土技術(shù)研究中心主任。主要研究方向：混凝土技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)化研究。目前已獲得國家專利4項(xiàng)，發(fā)表論文30余篇。主編或參編國家/行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)15項(xiàng)，主持或作為骨干參與重大科研項(xiàng)目近16項(xiàng)。獲華夏科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，二等獎(jiǎng)2項(xiàng)等。
學(xué)術(shù)任職：全國“高性能混凝土推廣應(yīng)用技術(shù)指導(dǎo)組”辦公室副主任，全國混凝土標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會（SAC/TC 458）副秘書長，中國建筑學(xué)會建材分會副秘書長，中國土木工程學(xué)會混凝土質(zhì)量專業(yè)委員會秘書長等。
編輯：ls
