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海砂对工程的危害及检测控制

发表时间：2020/11/30 来源：《基层建设》2020年第22期作者：陶峰

[导读] 摘要：海砂的应用是一个系统工程，涉及到混凝土原材料、配合比、施工过程的监管、后期养管等多个环节。

        镇江市建设工程质量检测中心有限公司江苏镇江 212004
        摘要：海砂的应用是一个系统工程，涉及到混凝土原材料、配合比、施工过程的监管、后期养管等多个环节。海砂有着众多用途，其中最主要的用途之一就是作为工程建设的原材料，尤其是大型建设的填海造陆环节。
        关键词：海砂；工程；危害；检测控制
        引言
        随着国家环保力度的加强，河道禁采和矿山治理导致建筑市场上细骨料资源紧缺，砂的价格不断上涨，部分地区还由于砂源紧缺导致工地大面积停工，影响了城市建设的进度。而海砂不会受到河道禁采的干扰，资源充足，淡化后可作为钢筋混凝土的细骨料。但在高额利润的趋使下，未经淡化的海砂流向建筑市场，前些年广东地区就出现了大量由于使用海砂导致的工程事故。因此，很多城市都严禁海砂流入建筑市场。
        一、海砂的概念
        海砂，顾名思义就是海中的砂石。作为仅次于石油天然气的第二大海洋矿产，海砂有着众多用途，其中最主要的用途之一就是作为工程建设的原材料，尤其是大型建设的填海造陆环节。因为海砂当中的盐分氯离子会侵蚀钢筋，给工程带来安全隐患。因此，早在2004年8月，建设部就下发了《关于严格建筑用海砂管理的意见》。从外观颜色上说，海砂颜色比较暗沉，呈深褐色，也有颜色比较浅一些的。海砂颗粒比较细，甚至有些如同粉末状，这个是绝对不能用的。从颗粒残片来看，海砂一般会有贝壳等残片，抓一把砂用力握在手里然后拍掉，发现粘手拍不干净的是海砂，具有黏手感。海砂主要成分是二氧化硅，晶相主要为石英，长石和岩屑颗粒比较少，云母片的含量更少，磨圆度也很好。
        二、海砂对工程的危害
        （一）海砂减轻混泥土的耐久性
        与河砂相比，海砂一般具有粒度适宜、颗粒坚硬、级配良好和含泥量少等特点，并且海砂多为中砂，粉末含量少，适合作为建筑用砂使用。但海砂的使用也存在一些显著问题，特别是海砂中有害物质的存在对钢筋混凝土耐久性造成影响。
        混凝土呈碱性，pH值一般在12.5左右，在碱性环境中钢筋容易发生钝化反应，钢筋表面会形成一层致密的钝化膜，阻止钢筋腐蚀，使钢筋受到保护。。氯离子在钢筋腐蚀过程中起到了催化作用，在整个腐蚀过程中不会被消耗掉，即使海砂中含有极少的氯离子都会造成混凝土结构使用寿命期极大缩短。贝壳等轻物质对混凝土强度的影响。贝壳是建筑用砂标准中的有害物质中属于轻物质范畴。贝壳类主要成分是碳酸钙，贝壳类物质虽然是惰性材料，一般不会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，较易沿着文理开裂，而且与水泥浆的黏结能力差。一般来说，贝壳类轻物质含量较多时，混凝土的和易性会变差，耐久性也会降低。海砂所要求的氯离子含量。不过有文献表示亚硝酸盐具有阻锈的功能，可以和氯化钠的腐蚀作用相抵消。具体效果有待考证。不管怎么说砂子或者混凝土中含有国家规定一下的氯化物不会影响混凝土质量的。随着净化海砂的工艺不断成熟，沿海地区使用海砂的趋势应该是不可逆的。
        （二）腐蚀钢筋
        海砂中的氯盐会破坏钢筋表面的碱性保护膜促使钢筋发生锈蚀。钢筋锈蚀是一个电化学过程：在阳极，铁逐渐离子化；在阴极，水中的氧气吸收电子生成氢氧根离子。阳极的铁离子与阴极的氢氧根离子结合生成氢氧化铁，钢筋发生锈蚀后，所产生的铁锈体积是原来钢筋体积的2-4倍。因此钢筋锈蚀后会向四周膨胀，随着锈蚀的加剧，会导致混凝土保护层开裂，钢筋与混凝土之间的粘结力破坏，而表面开裂又会进一步加剧钢筋的锈蚀最后钢筋挤压混凝土保护层使其达到极限拉应变而致使结构破坏。众所周知，钢筋在水和氧气的作用下容易生锈，而包裹在钢筋周围的混凝土恰恰起到了保护钢筋免遭锈蚀的作用。制作混凝土所用的水泥，其熟料的主要成分是硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙。经过水化反应后，制成的混凝土的孔隙中充满了氢氧化钙的饱和溶液，其碱性相当强，实际pH值在13左右。如此强的碱性环境中，钢筋表面被氧化，形成了一层很薄但很致密的水化三氧化二铁的保护膜。这层保护膜被叫做钝化膜，它隔绝了钢筋与外界环境，使得钢筋无法接触到水和氧气，不容易再发生氧化锈蚀，起到了保护钢筋的作用。三氧化二铁的钝化膜失去了依附的内层金属，也随之溶解，钝化膜被破坏。

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其带来的负面作用是多方面的：
        （三）对建筑物的危害
        海砂是海洋生态环境的重要组成部分，非法采挖海砂给海洋生态环境带来严重危害。海沙里含有大量氯离子，如果被用到钢筋混凝土体系里，会对钢筋造成严重腐蚀。被腐蚀的钢筋会越来越短，直接影响楼体结构，几年变危楼！装修用海沙来做承重结构，浇筑楼板或楼梯，也会有坍塌风险；如果不做结构，只是用海沙做线槽填补、墙面找平，那也不行，海沙会导致墙面的持续返碱，还会特别容易吸潮，进而引发墙面长霉或墙皮脱落。同时，砂材是涉及建筑工程结构安全的重要建筑材料，违法违规使用问题海砂极易出现氯离子腐蚀钢筋的情况，影响钢筋力学性能，大大降低建筑工程耐久性，导致工程质量事故和严重质量问题。
        其一，钢筋越来越细，力学性能持续下降，屈服强度和延伸率都显著下降；
        其二，钢筋生锈后体积膨胀，会把周围的混凝土胀开，产生裂缝，严重的甚至会导致表面的混凝土脱落；
        其三，带肋钢筋要依靠钢筋表面的月牙形肋与混凝土锚固在一起，就像螺丝钉上的螺纹一样，不容易脱落，一旦钢筋锈蚀，月牙形螺纹被腐蚀破坏，带肋钢筋变成了光滑圆柱形，锚固性能大幅降低。
        三、海沙在工程中的检测控制策略
        （一）海砂的检测
        检测海砂主要是检测海砂中的氯离子，根据氯离子的导电性，海水中含有的 NaCl、CaCl2、Na2SO4等物质都是强电解质，因此浸泡过海砂的水导电性就大大增强。而河砂中所携带的电解质含量较低，因此，从浸泡砂后所得水的导电性能上可以区分出海砂与河砂。
        （二）海砂的控制
        其一是增大钢筋外侧混凝土的厚度，不让氯离子那么轻易的就能渗透到钢筋表面。
        其二是在混凝土中采用阻锈剂，即使氯离子将钝化层破坏，阻锈剂仍然能阻止钢筋的电化学锈蚀。早期常用的阻锈剂主要是亚硝酸盐或者铬酸盐，但其毒性很强，发生过多次工地食堂误用亚硝酸盐导致集体中毒的事故。现在出现了很多新型无毒害的阻锈剂，包括可以直接喷涂在混凝土表面的阻锈剂。
        其三是加强对钢筋的保护。比如采用环氧树脂涂层钢筋，钢筋表面的环氧树脂涂层代替了天然形成的钝化层，氯离子无法穿透环氧树脂涂层，钢筋带上了树脂套套，氯离子就无可奈何了。
        其四，可以采用不锈钢钢筋，氯离子你们放马过来吧，老衲已经练成了少林神功之金刚不坏体。
        四、结束语
        总之，海砂的应用是一个系统工程，涉及到混凝土原材料、配合比、施工过程的监管、后期养管等多个环节。为了避免海砂被不正当应用在工程中，必须对海砂的使用的各个环节加强监管。同时，还应深入开发更有效的海砂除氯方法和应用的保障措施，以便更有效的利用海砂资源。只有这样，才能更好的防范工程中海砂的危害。
        参考文献：
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        [5]冯罡，江曾杰，陈威.不同测试方法对海砂氯离子测试结果的影响[J].建筑工程技术与设计，2018，000（009）：3486.