海砂拌制混凝土对结构的危害综述

海砂拌制混凝土对结构的危害综述

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摘 要：本文综合论述了海砂拌制混凝土对结构危害的相关问题，海砂是把“双刃剑”，为了避免其消极作用，众多学者围绕海砂混凝土的耐久性展开了大量的研究。从海砂淡化技术、淡化海砂混凝土的性能、钢筋的锈蚀机理及阻锈措施、3个方面对海砂混凝土的耐久性研究状况进行了综述。

关键词：海砂；混凝土；性能；危害；防治；

随着经济的飞速发展，作为混凝土细骨料的砂子用量特别巨大，在沿海某些地区相继出现河砂短缺、滥用海砂的现象。但是，海砂作为建筑用砂是把“双刃剑”[1]，一方面可以缓解河砂短缺局面、避免过度开采河砂带来的生态环境问题，另一方面由于海砂中所含的氯离子会腐蚀钢筋，滥用海砂有可能引发“海砂屋”等严重工程事故[2-4]。上述事实，使越来越多的国内外学者认识到了海砂混凝土结构耐久性研究的重要性和迫切性，目前相关的研究主要围绕海砂淡化、淡化海砂混凝土的性能、钢筋的锈蚀机理及阻锈措施、3个方面展开。

1海砂淡化技术

海砂之所以被限制用于制备混凝土的主要原因在于海砂中富含氯盐，溶解产生的氯离子达到一定浓度时会破坏钢筋表面的钝化膜，造成钢筋的锈蚀破坏。另外，氯离子的存在，强化了离子的通路，即氯离子的存在会使其他的一些有害杂质也更容易渗透到混凝土中来，严重危害到混凝土的耐久性。在推广应用海砂的过程中，如何降低危害海砂混凝土耐久性的氯离子含量是一个关键问题。

综合国内外相关资料, 在利用海砂时可以采取的技术措施主要有:

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《荷载与结构设计方法》期末考查论文——2011级土木工程专业

1.1 海滩堆积法

此种方法是将海砂堆积到一定厚度, 自然堆放数月或数年, 经取样化验含盐量合格后使用。此方法不需要占用特别大的场地, 成本较低, 但费时, 不能解决应急需要。

1.2淡水冲洗法

此种方法是利用淡水冲洗海砂, 使其含盐量达到标准要求。淡水冲洗又可分斗式滤水法和散水法, 其中斗式滤水法可以在较窄的场地上作业, 每 m3砂需要消耗淡水 0.8 t以上, 每批除盐时间 12~ 24 h; 散水法则需要较大的场地, 而用水量较少 (每 m3砂需要消耗淡水 0.2 t以上 ), 每批砂除盐时间 12 h以上。淡水冲洗法快捷, 能满足应急需要。但其一般需要冲洗设备, 造价偏高。另外, 沿海地区一般也是淡水资源缺乏的地区, 是否可实施淡水冲洗法, 应具体分析。

1.3 增加钢筋阻锈剂

此种方法采取的主要技术措施是掺加一种叫做/ 钢筋防锈剂0的化学药剂, 以抑制、消除海砂中海盐对钢筋的腐蚀作用。这一方法在日本使用较为普遍。

1.4 机械法[4]

此种方法主要是采用机械设备对海砂进行处理, 可以在较狭窄的场地上作业, 每 m3耗水量约在 1.5t以上, 需要分级设备、离心设备、给排水设备等机械设备, 但其所耗用的时间最少。

2淡化海砂混凝土的性能

利用海水海砂来配制混凝土，混凝土不仅会受到外界海水的侵蚀，同时由海水海砂带来的有害盐类也会对混凝土内部产生侵蚀，其结果可能产生各种不同程度的破坏，这种破坏在宏观上反映为水泥

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石或水泥混凝土的破损、开裂、混凝土表面剥离等，同时还会引起水泥石或水泥混凝土强度下降以及混凝土中的钢筋发生锈蚀。由此对混凝土拌合物的工作性能，混凝土硬化后的强度、变形和耐久性均会产生较大的影响，尤其是海水海砂配制的混凝土强度问题，一直是受到广泛关注的研究课题

2.1 模拟海砂混凝土中氯离子的扩散模型[5]

刘军等经试验得出, 海砂携带的氯离子与传统的外渗型和内掺型引入的氯离子不同, 这里提出海砂型氯离子侵蚀的概念。海砂型氯离子侵蚀指的是氯盐附着在骨料表面或浸入在骨料内部, 在拌和时由骨料带入混凝土中的特殊引入形式。

）

2.2 海砂混凝土耐久性能[6]

经过卞立波等人试验得出海砂混凝土耐久性能遵从如下规律：

（1）在水胶比低于 0.3 和强度高于 45MPa 的情况下， 海砂在混凝土中的掺量在 64~576kg/m3变化时，混凝土碳化深度均维持在一个较低水平，整体上碳化深度在 2~3mm，海砂掺量对混凝土抗碳化性影响不明显。

（2）随海砂掺量的增加，氯离子含量逐渐增大，在 GB50082-2009 《普通混凝土长期性能和

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耐久性能试验方法标准》下，钢筋失重率为 0.11%~0.32%不等；而长期暴露在户外情况下，钢筋的锈蚀程度有所降低；当掺加了阻锈剂后，钢筋锈蚀程度得到进一步抑制，钢筋锈蚀失重率不到 0.1%。

（3）随水胶比的逐渐增大 ，海砂混凝土中的钢筋失重率逐渐增大， 当水胶比从 0.27 增大到 0.35时，钢筋锈蚀失重率从 0.17%增大到了 0.20%；同时随保护层厚度的增大，海砂混凝土的抗钢筋锈蚀能力有所增强。

（4）氯离子对高强海砂混凝土的抗氯离子扩散性能影响不大。

2.3 海砂混凝土碳化性能[7]

海砂、淡化海砂混凝土的碳化深度发展规律与河砂混凝土一致。碳化深度随时间的增加而增大，随强度等级的提高而减小，且强度等级越高，3 种混凝土碳化深度之间的差距越小。碳化后, 三种混凝土中 CaCO3含量分布规律基本一致。随着碳化时间的增加, CaCO3含量均增加, 混凝土内 CaCO3含量达到稳定值的深度均相应增大。混凝土的强度等级越高,水胶比越小, CaCO3含量达到稳定值的深度就越小。碳化时间越长, 三种混凝土的 CaCO3含量之间的差别越小, 此规律在强度等级较高的混凝土中更为明显。从而得出，在加速碳化时, 淡化海砂混凝土、海砂混凝土与河砂混凝土的耐久性无明显差异。

3.1钢筋的锈蚀机理及阻锈措施

3.1淡化海砂混凝土中钢筋的锈蚀特征[8]

苏卿等试验得出淡化海砂混凝土中钢筋的锈蚀特征为：

（1）随着试验时间增长，不论是氯化钠溶液或海水侵蚀，混凝土内钢筋腐蚀电位的绝对值均表现出先减小后增大的发展规律。这是因为，试验初期混凝土试件从养护室取出，孔隙饱水度较高，电阻

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率较低，因此测得的腐蚀电位较高，之后，在干湿循环制度作用下，混凝土内水分蒸发使得导电性降低，而电阻增大，因而腐蚀电位的绝对值逐渐降低；随着试验的进行，混凝土孔隙内的氯离子含量逐渐增大，从而提高孔溶液的导电性，腐蚀电位逐步增大。

（2）试验期间，海砂混凝土内钢筋腐蚀电位和腐蚀电流密度都表明钢筋一直处于较高的锈蚀风险状态，且数值均明显高于相同强度等级的淡化海砂混凝土。海砂引入的氯离子不仅与水泥中的铝相反应生成 Friedel 复盐，减少了水化产物中Ca（OH）2含量，降低了混凝土内部的碱性，而且 Cl-的存在，强化了离子通路，降低了钢筋腐蚀过程中阴、阳极之间的欧姆电阻，提高了腐蚀电池的效率，进而加速了电化学腐蚀过程。

（3）对比不同侵蚀溶液的影响，海水侵蚀下，多种离子（Mg2+，SO42-，OH-）共同作用提高了混凝土孔隙液的导电性，而干湿循环制度加速了钢筋周围氯离子的积累，钢筋锈蚀风险极大提高。

3.2海砂混凝土中钢筋的阻锈措施

目前，适用于海砂混凝土中钢筋的阻锈措施主要包括：采用淡化后合格的海砂、添加钢筋阻锈剂、电化学防护法和采用涂层钢筋以及不锈钢筋等。此外，采用低水胶比的高性能混凝土、掺入粉煤灰等掺合料也可以增加海砂混凝土中钢筋的抗腐蚀能力。

配制混凝土所用的原材料均应符合国家标准和行业标准，尤其是淡化海砂必须满足强制性条文的规定。鉴于在应急使用海砂的地区淡水资源有限，海砂淡化成本较高，而相关法规又不够健全和完善，因此该法在实际工程中难以大范围实施[9]。

钢筋阻锈剂是一种化学药剂，可以抑制、消除海砂中海盐对钢筋的腐蚀作用[10]。按照其作用机理，洪乃丰[11]把钢筋阻锈剂按分为阳极型、阴极型、混合型 3 类，并指出在提高混凝土密实性的基础上掺加钢筋阻锈剂，是长期保护钢筋不发生腐蚀破坏的最简单、最经济的技术措施。周庆[12]等对

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国内外钢筋阻锈剂的研究进展以及技术经济效益进行了分析。黄华县[13]试验发现，阻锈剂的添加量存在一个临界值，达到临界值后阻锈剂的添加对钢筋阻锈改善不明显。洪定海[14]指出，对于已开始锈蚀的钢筋混凝土结构，可以采用渗入型阻锈剂，甚至采用电渗阻锈法把阻锈剂电渗到钢筋上使钢筋钝化。

电化学保护法是使金属极化到稳定区或钝化区而得到保护，可分为阴极保护和阳极保护法[15]。其中，阴极保护法是一种经济而有效的电化学保护方法，使用范围广泛。阳极保护法是一种较新的防护技术，目前也已取得很好的效果。为防止锈蚀，钢筋表面可以进行涂层处理，如采用镀锌、镀镉等金属涂层，也可采用环氧树脂聚合物等非金属涂层。此外，还可采用合金钢等不锈钢筋。

4结论与展望

作为一种新型材料，海砂混凝土的逐渐成为缓解河沙紧缺的一个替代品，但限于该方面技术及研究尚不完善，仍需我们在这条路上不断探索。

参考文献

[1] 洪乃丰.海砂腐蚀与“海砂屋”危害[J].工业建筑，2004（11）：65-67

[2] 洪乃丰.人命关天“海砂屋”[J].城市与减灾，2004（3）：24-26

[3] 洪乃丰.震后反思“海砂屋”[J].腐蚀与防护，2008（7）：426-428

[4] 张泳.沿海地区海砂利用及所引发问题的研究[J].四川建筑，2006（3）：129-130.

[5] 刘军，邢锋，董必钦，等.模拟海砂混凝土中氯离子扩散研究[J].混凝土，2008（3）：33-35.

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[6] 卞立波，宋少民，李飞等. 海砂混凝土耐久性能研究[J]. 混凝土与水泥制品，2012（2）：11-14 [7] 蒋真，赵铁军，宋晓翠 . 海砂混凝土碳化性能研究 [J]. 工程建设，2009，41（4）：11-14.

[8] 苏卿，陈艾荣，赵铁军. 淡化海砂混凝土中钢筋的锈蚀特征 [J]. 新型建筑材料，2008.8（4）：48-52.

[9] 张璐，施养杭.海砂对混凝土结构耐久性的影响及防治措施[J].基建优化，2006（3）：76-77.

[10] 郑荣跃，袁丽莉，贺智敏.宁波地区的海砂问题及其对策[J].混凝土，2004（10）：22-24.

[11] 洪乃丰.混凝土中钢筋腐蚀与阻锈剂[J].混凝土，2001（6）：25-28.

[12] 周庆，许艳红，颜东洲.建筑中合理利用海砂资源的新技术[J].全面腐蚀控制，2006，20（3）：8-10.

[13] 黄华县.海砂混凝土耐久性试验研究[D].暨南大学，2007：1-10.

[14] 洪定海.沿海地区钢筋混凝土用海砂问题及对策[J].混凝土，2003（2）：17-18.

[15] 王兆，杨锐.钢筋混凝土在海洋环境下的耐久性探索[J].混凝土，2008（3）：42-44.

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