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阅读 349 次 国内混凝土用海砂的技术现状综述

摘要:随着河砂供应的日益紧缺,大量使用海砂作为混凝土细骨料势必成为今后的趋势之一。但未经过淡化处理的海砂存在许多有害物质,显著影响钢筋混凝土结构的耐久性。所以要把海砂用于钢筋混凝土结构中,必须对海砂进行淡化处理。本文从海砂使用现状、海砂处理技术、国内规范/标准中钢筋混凝土Cl-含量规定,三方面对国内海砂混凝土的研究现状进行综述。...

 国内混凝土用海砂的技术现状综述

张昊创 崔宏志

(深圳大学土木工程学院)

    引言

    随着我国经济的高速发展和城市化进程的不断加速,对河沙的需求量也与日俱增,沿海地区已出现河砂资源匮乏的情况。而沿海地区海砂资源丰富,因此海砂用于建筑工程中已俨然成为经济发展的必然趋势。许多工程为了降低成本,大量使用未经过处理的海砂,使钢筋混凝土结构不到设计使用年限就出现了如钢筋锈蚀等严重问题。

    为了对我国海砂资源进行有效利用,本文从海砂使用现状、海砂处理技术、国内规范/标准中混凝土Cl-含量规定,三方面对我国海砂的研究现状进行综述。

    一、海砂的使用现状

    海砂是指出产于海洋和入海口附近的砂,包括摊砂、海底砂和入海口附近的砂。近年来,为满足国家和地区重大工程建设的需要,中国海砂资源的商业勘查和开发工作开展如火如荼:香港国际机场、迪斯尼乐园等工程建设使用了近3×108m3的海砂矿,在珠江口海域开展近2000km2的海砂工作。由于利益趋势,非法挖掘海砂的现象日益猖獗,造成秩序混乱,严重威胁到沿海地经济的可持续发展,对周围的水环境、生态环境、港口及航道产生严重损害。

    二、海砂处理技术

    由于海砂含氯离子、硫酸根离子等有害物质,会造成混凝土的劣化。其中未经过处理海砂对混凝土性能影响显著。在钢筋混凝土生产前,必须对海砂进行严格处理,使海砂各项指标达到规范要求。主要的海砂处理方法有淡水冲洗法和混合法。

    1、淡水冲洗技术

    淡水冲洗法是目前国内大量使用的海砂净化处理法方法。传统的海砂净化工艺基本流程如下:将淡化生产线建在岸边,运砂船从河中用水泵抽水进行预冲洗,把较粗的砾石、贝壳、泥块筛取,再次淡水冲洗。

    传统淡水冲洗海砂的方法中淡水利用率不高,所以冷发光在对国外海洋骨料净化处理生产流程研究的基础上,基于节水、节能、有效的原则,采用循环水技术和科学确定最佳水砂比以及相关工艺措施,设计了循环水利用系统(如图1所示)。图1中S*净化砂目标氯离子含量,Sinf进砂(原砂)的氯离子含量,Winf进水的氯离子含量,Rinf进水量(水砂比例),Soutf出砂(净化砂)的氯离子含量,Woutf出水(淘洗水)的氯离子含量,Routf出水量。

图1海砂净化工艺循环水利用简图

    由于海砂淡化处理需要大量的淡水,但我国淡水资源紧缺,为此孙炳全运用电渗析原理设计简易海水淡化装置,把海水进行淡化处理后,再用于海砂的净化过程中。装置如图2所示,生成的淡水pH值较高,且有效减小海砂混凝土液相中Cl-/OH-比值,抑制Cl-侵蚀。

图2海水淡化用隔膜电解装置框图

    2、混合法

    将海砂与河砂按适当的比例掺合在一起,其根本也是降低氯化物的含量。海砂与河砂的比例可根据其混合物取样化验其氯化物含量,当其氯化物含量小于国家规定标准后方可使用。

    三、国内规范/标准中钢筋混凝土Cl-含量规定

    引起钢筋表面钝化膜破坏,导致钢筋锈蚀的氯离子浓度定义为临界氯离子浓度。我国多数土木规范/标准中都有关于钢筋混凝土内氯离子含量的规定和其相应的测试方法,但不同规范/标准之间的定义和测试方法不一样。

    Hausmann研究表明:在混凝土液相中,当浓度比值为Cl-/OH->0.61时,钢筋开始锈蚀,以此作为钢筋锈蚀“临界状态”。我国根据试验研究、工程实践经验和对国外规范/标准的参考,对国内规范/标准中Cl-含量做出了相应的量值规定。笔者把国内规范/标准中关于Cl-限值规定汇于表1。

表1国内规范/标准中Cl-的规定

标准名称

规定项目

规定内容

备注

称重

Cl-的溶解形式

测试标准

测试对象

环境类别

构件

限值(%)

GB50010-2010《混凝土结构设计规范》

占凝胶材料质量总量

水溶

NG

混凝土

干燥

NG

0.30

水溶

NG

混凝土

潮湿

NG

0.20

水溶

NG

混凝土

干湿交替

NG

0.15

水溶

NG

混凝土

除冰盐影响、海风环境

NG

0.15

水溶

NG

混凝土

盐渍土、除冰盐作用、海岸环境

NG

0.10

GB50164-2011《混凝土质量控制标准》

占水泥用量

水溶

按照《水运工程混凝土试验规程》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

潮湿但不含Cl-

RC

0.20

水溶

新拌混凝土

潮湿且含Cl-、盐渍土环境

RC

0.10

水溶

新拌混凝土

侵蚀环境

RC

0.06

GBT14684-2011《建筑用砂》

以氯离子质量计

NG

《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JGJ

52-2006

NG

NG

0.01

砂按技术要求分为Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类;指标仅适用于海砂。

NG

NG

NG

0.02

NG

NG

NG

0.06

GBT50476-2008《混凝土结构耐久性设计规范》

单位体积混凝土中氯离子与胶凝材料的质量比

水溶

表D.0.2有详细说明

新拌混凝土、硬化混凝土、砂、外加剂

I-A

RC

0.3

①PC:0.06%;②重要设施在各种环境下氯离子含量均不超过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《海砂混凝土应用技术规范》

水泥用量的质量百分比

水溶

参照《水运工程混凝土试验规程》

JTJ 270

新拌混凝土

干燥

RC

0.3

PC0:0.3%

水溶

新拌混凝土

潮湿,不含Cl-

RC

0.1

水溶

新拌混凝土

潮湿,含Cl-

RC

0.06

水溶

新拌混凝土

腐蚀环境

RC

0.06

水溶

NG

NG

0.03

注:PC:预应力混凝土  PC0:素混凝土  RC:钢筋混凝土  NG:Not Given

    从表1知,《海砂混凝土应用技术规范》JGJ 206-2010中规定混凝土中海砂的氯离子含量不得大于0.03%,低于《标准》中的0.06%。其主要原因是JGJ 52-2006采用的测定氯离子方法要先把海砂烘干,然后测定氯离子。海砂在烘干过程中会造成氯离子的损耗,低估海砂中氯离子含量,同时还考虑海砂多用于沿海地区,其混凝土受海洋氯离子侵入风险高,所以把《规范》中氯离子含量要求提高。

    四、结语

    海砂应用是把双刃剑:一方面,海砂可完全取代或者部分取代河砂,缓解河砂资源匮乏情况;另一方面,海砂中含有大量有害物质,特别是氯盐,会腐蚀钢筋混凝土结构中的钢筋。合理利用海砂资源是离不开政府大力的引导和监督。目前,我国对于海砂处理方法以淡水冲洗和混合法为主,国外运用化学方法净化海砂技术较成熟,值得我国学习。为了更好利用海砂资源,统一我国规范/标准中氯离子含量的规定和检测方法,重中之重。

(本文来源:陕西省土木建筑学会    文径网络设计项目投资中心:刘红娟 尹维维 编辑   刘真 文径 审核)

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