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閱讀 2752 次 國內混凝土用海砂的技術現狀綜述

摘要:隨著河砂供應的日益緊缺,大量使用海砂作為混凝土細骨料勢必成為今后的趨勢之一。但未經過淡化處理的海砂存在許多有害物質,顯著影響鋼筋混凝土結構的耐久性。所以要把海砂用于鋼筋混凝土結構中,必須對海砂進行淡化處理。本文從海砂使用現狀、海砂處理技術、國內規范/標準中鋼筋混凝土Cl-含量規定,三方面對國內海砂混凝土的研究現狀進行綜述。...

 國內混凝土用海砂的技術現狀綜述

張昊創 崔宏志

(深圳大學土木工程學院)

    引言

    隨著我國經濟的高速發展和城市化進程的不斷加速,對河沙的需求量也與日俱增,沿海地區已出現河砂資源匱乏的情況。而沿海地區海砂資源豐富,因此海砂用于建筑工程中已儼然成為經濟發展的必然趨勢。許多工程為了降低成本,大量使用未經過處理的海砂,使鋼筋混凝土結構不到設計使用年限就出現了如鋼筋銹蝕等嚴重問題。

    為了對我國海砂資源進行有效利用,本文從海砂使用現狀、海砂處理技術、國內規范/標準中混凝土Cl-含量規定,三方面對我國海砂的研究現狀進行綜述。

    一、海砂的使用現狀

    海砂是指出產于海洋和入海口附近的砂,包括攤砂、海底砂和入海口附近的砂。近年來,為滿足國家和地區重大工程建設的需要,中國海砂資源的商業勘查和開發工作開展如火如荼:香港國際機場、迪斯尼樂園等工程建設使用了近3×108m3的海砂礦,在珠江口海域開展近2000km2的海砂工作。由于利益趨勢,非法挖掘海砂的現象日益猖獗,造成秩序混亂,嚴重威脅到沿海地經濟的可持續發展,對周圍的水環境、生態環境、港口及航道產生嚴重損害。

    二、海砂處理技術

    由于海砂含氯離子、硫酸根離子等有害物質,會造成混凝土的劣化。其中未經過處理海砂對混凝土性能影響顯著。在鋼筋混凝土生產前,必須對海砂進行嚴格處理,使海砂各項指標達到規范要求。主要的海砂處理方法有淡水沖洗法和混合法。

    1、淡水沖洗技術

    淡水沖洗法是目前國內大量使用的海砂凈化處理法方法。傳統的海砂凈化工藝基本流程如下:將淡化生產線建在岸邊,運砂船從河中用水泵抽水進行預沖洗,把較粗的礫石、貝殼、泥塊篩取,再次淡水沖洗。

    傳統淡水沖洗海砂的方法中淡水利用率不高,所以冷發光在對國外海洋骨料凈化處理生產流程研究的基礎上,基于節水、節能、有效的原則,采用循環水技術和科學確定最佳水砂比以及相關工藝措施,設計了循環水利用系統(如圖1所示)。圖1中S*凈化砂目標氯離子含量,Sinf進砂(原砂)的氯離子含量,Winf進水的氯離子含量,Rinf進水量(水砂比例),Soutf出砂(凈化砂)的氯離子含量,Woutf出水(淘洗水)的氯離子含量,Routf出水量。

圖1海砂凈化工藝循環水利用簡圖

    由于海砂淡化處理需要大量的淡水,但我國淡水資源緊缺,為此孫炳全運用電滲析原理設計簡易海水淡化裝置,把海水進行淡化處理后,再用于海砂的凈化過程中。裝置如圖2所示,生成的淡水pH值較高,且有效減小海砂混凝土液相中Cl-/OH-比值,抑制Cl-侵蝕。

圖2海水淡化用隔膜電解裝置框圖

    2、混合法

    將海砂與河砂按適當的比例摻合在一起,其根本也是降低氯化物的含量。海砂與河砂的比例可根據其混合物取樣化驗其氯化物含量,當其氯化物含量小于國家規定標準后方可使用。

    三、國內規范/標準中鋼筋混凝土Cl-含量規定

    引起鋼筋表面鈍化膜破壞,導致鋼筋銹蝕的氯離子濃度定義為臨界氯離子濃度。我國多數土木規范/標準中都有關于鋼筋混凝土內氯離子含量的規定和其相應的測試方法,但不同規范/標準之間的定義和測試方法不一樣。

    Hausmann研究表明:在混凝土液相中,當濃度比值為Cl-/OH->0.61時,鋼筋開始銹蝕,以此作為鋼筋銹蝕“臨界狀態”。我國根據試驗研究、工程實踐經驗和對國外規范/標準的參考,對國內規范/標準中Cl-含量做出了相應的量值規定。筆者把國內規范/標準中關于Cl-限值規定匯于表1。

表1國內規范/標準中Cl-的規定

標準名稱

規定項目

規定內容

備注

稱重

Cl-的溶解形式

測試標準

測試對象

環境類別

構件

限值(%)

GB50010-2010《混凝土結構設計規范》

占凝膠材料質量總量

水溶

NG

混凝土

干燥

NG

0.30

水溶

NG

混凝土

潮濕

NG

0.20

水溶

NG

混凝土

干濕交替

NG

0.15

水溶

NG

混凝土

除冰鹽影響、海風環境

NG

0.15

水溶

NG

混凝土

鹽漬土、除冰鹽作用、海岸環境

NG

0.10

GB50164-2011《混凝土質量控制標準》

占水泥用量

水溶

按照《水運工程混凝土試驗規程》JG J270

新拌混凝土

干燥

RC

0.30

PC:0.06%

PC0:1.00%

水溶

新拌混凝土

潮濕但不含Cl-

RC

0.20

水溶

新拌混凝土

潮濕且含Cl-、鹽漬土環境

RC

0.10

水溶

新拌混凝土

侵蝕環境

RC

0.06

GBT14684-2011《建筑用砂》

以氯離子質量計

NG

《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》JGJ

52-2006

NG

NG

0.01

砂按技術要求分為Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類;指標僅適用于海砂。

NG

NG

NG

0.02

NG

NG

NG

0.06

GBT50476-2008《混凝土結構耐久性設計規范》

單位體積混凝土中氯離子與膠凝材料的質量比

水溶

表D.0.2有詳細說明

新拌混凝土、硬化混凝土、砂、外加劑

I-A

RC

0.3

①PC:0.06%;②重要設施在各種環境下氯離子含量均不超過0.08%;

水溶

I-B

RC

0.2

水溶

I-C

RC

0.15

水溶

Ⅲ-C、Ⅲ-D

Ⅲ-E、Ⅲ-F

RC

0.1

水溶

Ⅳ-C、Ⅳ-D

Ⅳ-E

RC

0.1

水溶

V-C、V-D

V-E

RC

0.15

JGJ206-2010《海砂混凝土應用技術規范》

水泥用量的質量百分比

水溶

參照《水運工程混凝土試驗規程》

JTJ 270

新拌混凝土

干燥

RC

0.3

PC0:0.3%

水溶

新拌混凝土

潮濕,不含Cl-

RC

0.1

水溶

新拌混凝土

潮濕,含Cl-

RC

0.06

水溶

新拌混凝土

腐蝕環境

RC

0.06

水溶

NG

NG

0.03

注:PC:預應力混凝土  PC0:素混凝土  RC:鋼筋混凝土  NG:Not Given

    從表1知,《海砂混凝土應用技術規范》JGJ 206-2010中規定混凝土中海砂的氯離子含量不得大于0.03%,低于《標準》中的0.06%。其主要原因是JGJ 52-2006采用的測定氯離子方法要先把海砂烘干,然后測定氯離子。海砂在烘干過程中會造成氯離子的損耗,低估海砂中氯離子含量,同時還考慮海砂多用于沿海地區,其混凝土受海洋氯離子侵入風險高,所以把《規范》中氯離子含量要求提高。

    四、結語

    海砂應用是把雙刃劍:一方面,海砂可完全取代或者部分取代河砂,緩解河砂資源匱乏情況;另一方面,海砂中含有大量有害物質,特別是氯鹽,會腐蝕鋼筋混凝土結構中的鋼筋。合理利用海砂資源是離不開政府大力的引導和監督。目前,我國對于海砂處理方法以淡水沖洗和混合法為主,國外運用化學方法凈化海砂技術較成熟,值得我國學習。為了更好利用海砂資源,統一我國規范/標準中氯離子含量的規定和檢測方法,重中之重。

(本文來源:陜西省土木建筑學會    文徑網絡設計項目投資中心:劉紅娟 尹維維 編輯   劉真 文徑 審核)

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