海砂作为建筑材料在工程中的应用及危害探析

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  摘要:近年来,海砂作为一种建筑材料被广泛应用到工程建设中。对工程建设中使用海砂在社会中还存在较大的争议,作者通过对海砂与河砂差异的阐述分析,解决了对海砂使用的一些疑问。并结合实践经验,对海砂在建设工程中的使用管理提出了解决的方法和措施。
  关键词:海砂,应用,危害,探析
  中图分类号: TU5 文献标识码: A 文章编号:
  近期,新闻媒体报道,沿海城市的一些建筑工地和预拌混凝土供应商使用未经处理的海砂拌制混凝土,降低了工程的耐久性,造成了严重的质量与安全隐患。一时间,“海砂危楼”事件在社会中造成了巨大反响。海砂究竟是否能够代替河砂使用,海砂与河砂如何辨别,使用海砂有哪些危害等疑问成为社会讨论的话题。笔者通过对海砂与河砂的对比分析,阐明了海砂与河砂的鉴别方法,指出了直接使用海砂的危害,并结合实践经验,提出了加强海砂质量管理的措施和方法,以供探讨。
  1研究背景及海砂使用现状
  随着社会经济的飞速发展,工程建设规模的不断扩大,作为工程建设重要原材料之一的砂子的用量越来越大,据估计,我国每年消耗建筑用砂超过30亿t。受河砂资源减少的影响,为防止过度开采河砂造成的对自然景观和河流生态环境的破坏,各地加大了对开采河砂的限制,造成了建筑市场河砂价格一涨再涨的现象。由于河砂与海砂巨大的價格差异,于是,出现了沿海城市的一些建筑工地使用海砂代替河砂用于工程建设的现象。
  近期出现的“海砂”事件在社会中造成了一个误解,认为海砂是百害而无一利的,只要是海砂就不能在工程中使用。实际上,作为仅次于石油天然气的第二大海洋矿产的海砂有着众多用途,其中作为工程建设的原材料就是其重要用途之一,尤其是在大型的填海造陆工程中。据不完全统计,全球海砂总生产量中的90 %以上用来作为建筑及土木材料,其中用于铺筑路基的海砂约占20 %,充当填海造陆填料的约占20 %,当作混凝土细骨材使用的约占45 %。日本沿海地区甚至90%以上的建筑用砂都是海砂。
  我国建筑行业早期使用海砂主要用于基础的回填和围海造陆,近年来,随着河砂资源的匮乏,沿海地区一些城市建筑行业使用海砂的现象越来越普遍。海砂在沿海地区建筑行业中的使用已越来越普遍,一方面是由于河砂资源的短缺,另一个深层次原因是河砂与海砂之间巨大的差价。在高额利润的驱使下,建筑市场上不法商家直接将海砂或经简单处理仍不合格的海砂冒充河砂出售。根据深圳砂场调查,深圳建筑用砂中有60%以上是海砂(包括淡化海砂),其中至少有30%是劣质海砂。近期深圳市住房和建设局对全市的92家混凝土搅拌站的拌合用砂抽检结果显示:抽检的165组样品中不合格率达到9.7%。
  表1:深圳地区市场调查建筑用砂价格
  
  2海砂与河砂的鉴别
  海砂、河砂的成因基本相同的,都是花岗岩、砂岩风化的残留矿物,因此,看上去差别不大。根据笔者工作经验总结,实践中海砂与河砂还是有很多不同之处的,比较直观、简易的区别方法有如下几种:
  1、洁净程度:河砂主要来源于河流冲积形成的河漫滩,比较干净;海沙多含有海洋细小贝壳。
  2、颜色:直观的感觉一般一般海砂色泽相对黄亮,海砂色泽暗沉,呈深褐色。
  3、触觉:由于所处环境的不同,河砂一般手感相对滑润,海砂由于含盐及贝壳量较高,手感相对粗糙。另外,也经常用口尝的方法区分海砂与河砂,海砂味道咸苦。
  试验室多通过CL_含量检测来区分海砂和河砂。一般情况下,河砂很少含氯盐,海砂中含有不等量的氯盐。氯盐溶解于水,首先将砂子充分浸泡,使其所含的氯盐充分溶解,然后在制成的氯盐溶液中加入铬酸钾(K2CrO4)指示剂,并逐渐滴入硝酸银(AgNO3)标准溶液。Cl−首先与Ag+反应产生氯化银(AgCl),多余的Ag+与铬酸钾指示剂中的CrO42-反应生成砖红色的铬酸银(Ag2CrO4)。当溶液开始呈现砖红色时记录下所消耗的硝酸银标准溶液的量即可计算出溶液中的Cl−的含量。发生的主要化学反应如下:
  Ag+ + Cl−→ AgCl
  Ag+ + CrO42- → Ag2CrO4(砖红色)
  3海砂对建筑工程的危害
  建筑工程中讲的海砂危害主要是指海砂中的Cl−和Na+对建筑工程产生的不利影响,尤其是Cl−对加快钢筋腐蚀的破坏作用。海砂在工程建设中的使用主要以填筑用料、混凝土、砂浆等形式出现。而海砂对建筑工程的破坏作用主要体现在海砂中Cl−对钢筋混凝土的破坏、贝壳对混凝土质量的影响和海砂对砂浆质量的影响等几个方面。
  1、海砂中Cl−对钢筋混凝土的破坏:钢筋混凝土结构中的钢筋腐蚀主要是由电化学反应引起的。混凝土中的水主要是以饱和的氢氧化钙溶液形式存在,使混凝土呈现出碱性环境。在强碱性环境中,钢筋表面会形成一层钝化膜,阻止钢筋进一步锈蚀。而Cl−是钢铁的活化剂,当混凝土中存在较多Cl−时,即使混凝土处于碱性环境中,Cl−也能造成混凝土钢筋的腐蚀。由于Cl−半径小,具有很强的穿透钝化膜的能力,钢筋表面的钝化膜一旦被破坏,呈活化态的钢筋与混凝土中的OH−和H2O发生化学反应从而造成钢筋的腐蚀。同时,混凝土中的Cl−还能增大混凝土整体环境的导电性,增大电位差而加速钢筋的腐蚀。
  Fe + OH− → Fe(0H)2
  Fe(OH)2 + OH− → Fe(OH)3
  Fe(OH)3 + H2O → Fe2O3·mH2O和Fe3O4
  钢筋的腐蚀还能引起整个混凝土结构的破坏。在混凝土中Cl−的作用下,钢筋锈蚀后其体积可膨胀2~4倍,钢筋体积的膨胀必然导致混凝土向外膨胀,使混凝土由内向外逐渐开裂。而混凝土出现开裂,必然进一步加速钢筋的锈蚀。“海砂危楼”现象就是这一状况的恶性循环,最终导致混凝土脱落,甚至建筑物由于失去钢筋与混凝土的支撑而垮塌所造成的。
  2、贝壳对混凝土质量的影响:海砂中的贝壳对混凝土的和易性、强度和耐久性也有不同程度的影响。当贝壳含量小于3%时,其对混凝土的和易性、强度影响并不大,甚至微量贝壳的存在还有助于改善混凝土拌合物的流动性及粘聚性。但当贝壳含量增加,其对混凝土强度的影响逐渐明显,使得混凝土存在大量薄弱界面,导致混凝土强度降低。研究发现,尤贝壳含量高的混凝土,两年后的混凝土强度会明显的下降。
  3、对砂浆质量的影响:用海砂拌制的砂浆用于砌筑工程影响并不是很大,但用于建筑物的抹面砂浆,尤其是用于装饰的抹面砂浆就不宜直接使用海砂了。用海砂拌制的砂浆对主体结构的直接影响并不大,但当主体结构的混凝土保护层较薄或主体结构钢筋直接与抹面砂浆接触时,砂浆中的Cl−就会渗透到主体结构中去,从而对主体结构的钢筋、钢筋网等金属结构产生不利影响。
  海砂对砂浆质量的影响还体现在海砂中的Na+对饰面砂浆的影响上。海砂与河砂的另外一个重要区别是海砂中含有大量的Na+,饰面砂浆中的Na+与水泥中的OH−可以生成NaOH。在一定湿度条件下,NaOH与空气中的CO2和H2O反应生成碳酸盐,从而大大降低饰面砂浆、腻子、墙体之间的粘结性。随着时间的推移,逐步造成腻子从饰面砂浆表面鼓起、起皮、剥落,甚至进一步发展出现砂浆脱落的现象。另外,由于海砂中NaCl的吸水性,在潮湿天气之后的回暖天气,用海砂拌制砂浆装饰的墙面经常会出现大量的水分渗透出来。
  4海砂在工程中使用的质量要求
  随着河砂资源的匮乏,海砂作用建筑材料河砂的替代品已经是不争的事实。我们要做的就是加强对建设中使用海砂质量的监督管理,消除、降低使用海砂所带来的负面影响。早在2004年,建设部就发文《建设部关于严格建筑用海砂管理的意见》(建标〔2004〕143号)要求加强海砂在建筑工程中的使用管理,严禁不合格海砂进入建筑工程。国家标准《建筑用砂》(GB/T 14684-2001)也明确规定了建筑用砂对氯化物的控制标准,《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》(JGJ 52-2006)也规定了混凝土使用海砂的贝壳含量的质量标准。
  表2:国家标准《建筑用砂》对氯化物质量的规定
  
  表3:《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》对海砂中贝壳含量的规定
  
  5海砂在工程中使用的質量监管
  海砂对工程的破坏性影响主要反映在海砂中的Cl−、Na+及贝壳含量上。海砂中的贝克含量对低标号的混凝土影响并不是很大,降低使用海砂对工程的不利影响,主要就是消除或降低海砂中的Cl−、Na+对混凝土的不利影响。由于海砂中的Cl−、Na+主要是以NaCl形式存在,因此要降低海砂中Cl−、Na+含量可以通过降低海砂中的NaCl含量来实现。而降低海砂中的NaCl含量比较简便,容易实现的方法就是利用NaCl溶于水的特性,通过海滩自然堆积放置、淡水冲洗等方法来实现。海砂淡化技术本身并不复杂,其可操作性和产业化都不是难题,关键是如何采取措施,杜绝未经处理或处理不合格的海砂流入建筑市场。分析建筑用砂进入施工的环节来看,可从加强市场监管和施工现场质量管理两方面入手。
  1、实行经营许可制度,规范对海砂的市场监管
  杜绝“海砂屋”、“海砂危楼”事件的发生,要从源头抓起,规范建材市场对海砂的开采和加工。浙江宁波、福建泉州均已出台了地区性的建筑工程使用海砂的相关管理规定,从海砂的开采、加工、使用等环节加以管理。
  将海砂的开采、淡化处理采取经营许可制度,严禁不具备条件的企业和砂场进行海砂开采和淡化处理经营。并由市场监管部门对从事海砂开采和淡化处理的相关企业和砂场进行定期与不定期的抽查和抽检。对对违法开采经营海砂或抽查中发现存在违规行为及抽检不合格的相关企业和砂场,采取经济处罚、停业整顿、吊销经营许可和查封等方式进行监督管理。对查出的违法从事海砂经营的相关企业(砂场)和个人采取严厉的处罚措施,让其对其违法行为付出代价。
  2、加强建筑用砂进入施工现场的质量管理
  加强对建筑用砂从市场进入施工现场环节的监督管理。鉴于市场状况,将建筑用砂的Cl−含量列为必检项目,对于配置混凝土的建筑用砂还应按照所配置混凝土的标号检测砂的贝壳含量。对施工现场直接采购的建筑用砂,严格按照国家及行业有关建筑用砂的质量标准所规定的检验项目、检验批量和检验方法进行见证送检,并结合现场进行必要的质量抽检,发现不合格材料,立即采取必要措施予以整改处理。
  对由预拌混凝土供应商提供的商品混凝土(砂浆),施工单位与厂家签订采购合同时,要明确相应混凝土所使用的拌合用砂的质量标准和对提供不合格产品的处罚措施,并要求提供的质量证明材料中应包括砂子的氯离子含量检验报告。在工程施工过程中,参建各方应不定期对委托的预拌混凝土(砂浆)供应商使用的拌合用砂进行必要的抽查,发现违规行为及时报告相关部门。同时,市场监管部门也应加大对预拌混凝土(砂浆)供应商的监督管理,发现违规行为应及时制止并严厉处罚。
  6结论
  我们要科学的看待海砂在工程建设中的使用,一方面,要认识到海砂中的氯盐、贝壳等物质对工程所能产生的危害,避免和降低海砂中有害物质对工程建筑的不利影响,杜绝“海砂屋”、“海砂危楼”等事件的发生;另一方面,又要看到合理的开发利用海砂,将之淡化处理后作为建筑材料使用,可以降低工程建设对河砂的依赖,减少由于河砂的过度开采而引起的环境和生态危机。海砂在工程中的使用是一把“双刃剑”。与其禁止使用,不如正确引导,变废为宝,通过市场监管和加强管理双重环节,合理利用,确保建筑行业建筑用砂的质量和安全。
  作为建筑领域的一个重要争议课题,研究海砂作为建筑材料的应用和危害具有重要的意义。本文通过理论和实践阐述了海砂与河沙的差异,分析了工程使用不合格海砂的危害,提出了对海砂在工程中使用管理的解决方法和措施。
  参考文献
  [1]《建筑用砂》(GB/T 14684-2001)
  [2]《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》(JGJ52-2006)
  [3]《海砂混凝土应用技术规范》(JGJ 206-2010)
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