浅谈淡化海砂应用前景

张艺莹，罗作球，袁启涛

（中建商品混凝土天津有限公司，天津 300450）

浅谈淡化海砂应用前景

张艺莹，罗作球，袁启涛

（中建商品混凝土天津有限公司，天津 300450）

中国河砂资源日益枯竭，致使建筑市场砂源短缺，影响整个建筑行业的发展。海砂储量丰富，但由于含有有害成分，其应用受到了限制。本文从海砂使用情况、河砂现状、淡化海砂的应用前景几方面剖析了海砂作为河砂替代砂源的可行性，并指出淡化海砂由于资源丰富、淡化成本低等优势，未来的应用前景广阔。

海砂应用；河砂；海砂淡化工艺；应用前景

0 引言

随着中国建筑业的蓬勃发展，作为建筑重要组成部分的混凝土，其需求量也随之增加。砂子是混凝土主要组成材料，其用量也在逐年攀升，根据 2007 年联合国亚太经社会的研究报告，人均国民生产总值达1000 美元时，人均建筑砂的需求为每年 2t，如此推算，我国年需求建筑用砂将达到 26亿t[1]，这对国内砂源储量是一个巨大挑战。而如今中国河砂资源日益匮乏，河砂的开采也造成了生态环境的破坏，找到替代砂源变得极为迫切，因此人们将关注度转移到了储量丰富的海砂资源上。海砂相比于河砂有其特有的优势，它成本低、粒形好、含泥量低，在未来大量合理的利用海砂，成为了必然的发展趋势，但海砂中含有较多有害的杂质，对混凝土的耐久性能有一定的影响，因此，我们需要合理、科学的使用海砂。

1 海砂利用现状

由于全球人口增长、经济发展引发的高速城市化和工业化进程，同时陆地矿产和建筑用料资源不断减少以及环境保护的压力，极大地刺激了对海砂矿产的需求膨胀。据统计，2003～2008 年，各国建筑用砂用量惊人，以人均消费砂用量计，韩国为 8.5t、日本为 7.8t，美国、德国和法国都达到 7t左右，英国为 3.6t，其中海砂占了相当的比例 (＞30%)[2]。

海砂在混凝土中应用存在以下问题：（1）海砂中含有的氯盐主要有 KCl、MgCl2、CaCl2与 NaCl 等，氯离子会促使水泥中的硅酸盐类分解，加速水化反应的进行，在较短的时间内，生成较为致密的 C-S-H 胶体，造成钙钒石的含量较少，氯化铝酸盐水化物的含量较多，因此可使混凝土获得较高的早期强度，然而也会破坏钢筋的钝态保护膜，从而导致钢筋腐蚀[3]；（2）海砂中含有的硫酸盐类主要为 Na2SO4，由于SO4

2-会与水泥水化产物 Ca(OH)2反应生成 CaSO4·2HO2水化物，再与水泥中的水化物发生化学反应，产生高硫酸铝酸钙又称钙钒石，导致体积膨胀，使混凝土产生龟裂，对混凝土的耐久性影响极大[4]；（3）贝壳主要成分为 CaCO3，属于惰性材料，一般不与水泥发生化学反应，但这些轻物质往往呈薄片状，表面光滑，本身强度很低，且较易沿节理错裂，而且与水泥浆的黏结能力很差。一般来说，当贝壳类等轻物质含量较多时，会明显使混凝土的和易性变差，使混凝土的抗拉、抗压、抗折强度等力学性能及抗冻性、抗磨性、抗渗性等耐久性能均有所降低[5]，因此必须对海砂中贝壳类物质的含量加以限制。

1.1 国外海砂使用情况

日本是最早使用海砂的国家之一，20 世纪 40 年代就开始使用海砂。日本是岛国，河砂资源匮乏，根据 1994 年的统计，仅长崎、香川、福冈三地区的海砂年用量，就达 248711万吨[6]。日本沿海地区 90% 以上的建筑用砂都是海砂，但未出现过滥用海砂和“ 海砂屋 ”等问题[7]。日本严格规定每立方米混凝土中氯离子含量的限定值，日本土木学会编制的规范中规定，对于耐久性要求较高的钢筋混凝土，其氯离子总量不超过 0.3kg/m3，一般钢筋混凝土的氯离子总量不超过 0.6kg/m3，日本规范（JASS5）规定“海砂含盐量超过0.04% 又不得不使用时，必须采取减小水灰比、增加保护层厚度和使用阻锈剂等措施”[5]。美国混凝土学会（ACI201、ACI318、ACI222）相关规定，预应力混凝土氯离子含量分别不超过0.06% 、0.06%、0.08%；潮湿环境下或者有氯盐的情况下，氯离子含量不超过 0.1%、0.15%、0.2%[8]。

1.2 我国海砂使用情况

我国最早使用海砂的地区主要是宁波、舟山、深圳等地，沿海地区一直存在着河砂资源不足的情况，就福建而言，由于受土地资源严重不足的制约，以及大规模发展临海工业和城市建设的需要，很大一部份土地是通过围海造地来提供的，这样仅福建本地就使用了大量的海砂[9]；据宁波市建筑材料管理处的调查显示，宁波市每年建设用砂中海砂的使用量在 80% 左右，仅以 2003 年为例，宁波市建筑用砂约为1000万t，其中用海砂 800万t。而这 800万t 海砂中，未经淡化的海砂使用量高达 520 万t，占 65%[10]。每年我国都有如此大量的海砂被使用，若没有按相关规定要求控制海砂氯离子含量，使用不规范，将会给建筑埋下危险隐患，也会对社会和人民财产安全造成威胁。因此，为了规范建筑市场对海砂的使用，国家及地区相继出台了一系列控制标准及管理办法。

近年来，我国出台了有关规程，对海砂及混凝土拌合物中的氯离子最大含量进行了限定。GB50164—2011《混凝土质量控制标准》规定，对于Ⅱ类海砂，氯化物含量应低于0.02%，在潮湿且含有氯离子环境中，对于普通钢筋混凝土水溶性氯离子最大含量应为 0.10%，预应力混凝土水溶性氯离子最大含量为 0.06%；JGJ52—2011《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》规定海砂中水溶性氯离子含量应低于0.03%。台湾经济部标准检验局也明确规定混凝土氯离子含量的标准为 0.3kg/m3[5]。近几年，由于高强混凝土的广泛应用，新公布的 JGJ/T281－2012《高强混凝土应用技术规程》也对海砂氯离子含量限定在 ≤0.03%，这较《混凝土质量控制标准》更严格，体现了国家规范及行业标准对混凝土用砂从严控制的目的[11]。2004 年国家建设部颁发的《关于严格建筑用海砂管理的意见》中明确规定：“建筑工程中采用的海砂必须是经过专门处理的淡化海砂，对钢筋混凝土，海砂中氯离子含量不应大于 0.06%。若必须使用海砂时，则应经淡水冲洗，其氯离子含量不得大于 0.02%”。住房和城乡建设部于2010 年 5 月 18 日发布《海砂混凝土应用技术规范》，将第3.0.1 条 “用于配制混凝土的海砂应作净化处理”作为强制性条文，必须严格执行工作。

2 淡化海砂的应用

2.1 建筑用河砂现状

河砂是经过河水多年冲刷而形成的表面光滑的砂子种类，河砂形成周期较长，它可以算是一种不可再生的资源，目前河砂的储量随着中国经济和建筑业的迅猛发展，呈现逐渐减少甚至枯竭的趋势。而且，河砂的开采对生态环境造成严重的破坏，每年开采的河砂，对河床及水利设施造成很大的破坏，降低了防汛能力，对环境产生一定的污染。因此，减少河砂的使用并寻找其替代砂源，是目前急需解决的问题。

海砂是海里的石头在海浪的冲击下形成的颗粒，相比于河砂，海砂具有粒形好、含泥量低、成本低等特点，且我国沿海地区海砂资源相当丰富，资料显示我国浅海砂资源总量为 1.6 万亿t，发掘潜力巨大，分布集中，适合建筑的大规模开采应用[12]。然而，由于海水中存在大量的钠盐、镁盐，造成海砂中也大量存在这些腐蚀性盐类，国家明确规定，未经处理的海砂不能用于建筑上，面对储量如此丰富的海砂，我们怎样才能“变废为宝”呢？我国早在 1997 年就提出了淡化海砂的概念，在借鉴其他国家使用海砂拌制混凝土先例的基础上，目前，多地区已开始使用淡化海砂拌制混凝土，淡化海砂技术也在不断的改进和完善中。

2.2 淡化海砂工艺优化

世界很多发达国家如英国、日本、美国等很早就开始淡化海砂的生产和利用。其中，日本是世界上淡化海砂最大的生产与使用国。日本对海砂的除盐方法包括喷洒、浸泡、机械等方式。我国宁波地区上世纪 90 年代就开始采用机械除盐的方法生产淡化海砂，积累了丰富的淡化海砂生产和使用经验[13]。

传统淡化工艺是通过淡水冲洗及筛选去除海砂中有害物质，但淡化技术薄弱，浪费大量淡水资源，海砂淡化后技术指标缺乏系统的研究及评价，很容易造成淡化的不彻底，进而影响混凝土结构的耐久性能。根据以上情况，天津等一些淡水缺乏的沿海城市提出使用中水—淡水处理海砂关键技术。中水是指污水经处理后达到一定水质标准，可在一定范围内重复使用的非饮用、杂用水，搅拌站中水包括海水、搅拌站循环净化中水、收集雨水等。中水的有效利用对于淡水资源缺乏的沿海城市，显得尤其重要。中水—淡水海砂淡化工艺具体实施过程如下：首先，在冲洗前应先进行淡化效果试验，确定淡化砂水比及最佳淡化时间，以使海砂达到最佳的淡化效果；其次，利用中水进行初步淡化，去除一部分氯离子等杂质后，再利用淡水对海砂进行二次淡化，通过两次淡化，最终生产出符合要求的淡化海砂；最后，在解决淡化废水排放问题上，可将淡化后用水循环使用，循环过程中对水进行处理，去除其中氯离子等杂质再进行循环使用，这样不仅可以节约淡水资源，更实现了变废为宝，使淡化废水得到了有效利用。待技术成熟后，努力实现海砂淡化—水质处理—循环使用的自动化工艺流程，并实现淡化废水零排放的目标。

2.3 淡化海砂应用前景

2002年 宁波地区混凝土量 600～700 万m³，其中，使用淡化海砂混凝土方量约 250 万m³，占到 35%～40% 。据统计，宁波七大商品混凝土公司，2002 年商品混凝土产量 70 万m³，全部使用淡化海砂。至目前为止，未有因淡化海砂的使用而导致工程质量问题的报道[14]。从 2009 年后宁波地区的商混站已基本都采用淡化海砂，在 2001 年，宁波地区已经建成投产淡化海砂场三十多家，年产淡化海砂 450 万t[15]，生产一吨淡化海砂的成本与目前市场上河砂相比低 15～20 元左右，具有明显的经济优势，而且淡化海砂资源丰富，作为建筑材料有很好的使用前景，是解决资源枯乏与经济建设需求之间矛盾的良好途径。但目前淡化海砂没有得到广泛应用，重要原因是人们对其在建筑上的应用存在疑虑，这就需要我们借鉴日本等国家的经验，依靠政府及相关学者给予的引导和支持，鼓励国家制定淡化海砂在混凝土中应用规范，实现海砂的华丽转型。

3 结论

对于建筑使用海砂，虽然现在处于较尴尬的境地，但这并不意味着我们要拒绝使用海砂。目前，我国对淡化海砂的研究与应用已经有一定的积累，为淡化海砂处理工艺的优化及海砂混凝土的推广奠定了一定的基础，但现在海砂淡化缺乏系统的研究，淡化市场比较混乱，充斥着大量的不法商家，这就需要国家及地方出台相关政策，指导及规范海砂淡化市场。

随着海砂淡化技术的发展及辅助措施的不断成熟，淡化海砂在建筑上的应用前景将是光明的，是解决建筑市场河砂资源短缺、“海砂屋”泛滥、建筑质量堪忧等问题行之有效的方法。在未来，海砂淡化技术及工艺的研究将获得更多的关注，进而推动建筑行业的可持续发展。

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［通讯地址］天津市临港经济区渤海十六南路 289 号中建商品混凝土天津有限公司临港站（300450）

张艺莹，女，中建商品混凝土天津有限公司，从事混凝土原材料检测及研究工作。