未净化海砂对钢筋混凝土构件的侵蚀与海砂合理使用

摘 要：海砂氯离子含量过高，会产生促凝作用，造成水泥早期水化热增大，或者造成钢筋锈蚀，使混凝土胀裂，导致混凝土结构被破坏。净化海砂可以采取降低氯含量、掺入粉煤灰、添加阻锈剂等多种方式。

关键词：海砂；钢筋锈蚀；混凝土

砂是钢筋混凝土中必不可少的细骨料，随着建筑业的高速发展，河砂出现短缺。沿海一些城市的建设工程中，有不少混凝土公司在进行混凝土生产时，使用没经过净化处理的海砂，给建筑工程带来了严重的质量隐患。

1 使用未净化的海砂对钢筋混凝土构件的危害

1.1 海砂的特点及分类

海砂与河砂的组成及性能很接近，含泥量低、粒型圆滑、质地坚硬、级配良好；不同点在于：海砂中的CL-含量、SO42-含量及贝壳等含量较高。海砂可分为滩砂、海底砂和入海口附近的砂三类；滩砂是指海滩上的砂；海底砂是指浅海或深海海底的砂；入海口是河流和海洋的汇合处，淡水和海水的界限不易分明，故入海口附近的砂也属于海砂。海砂由于氯离子含量过高，导致破坏钢筋混凝土质量。

1.2 氯离子CL-在钢筋混凝土构件中的存在造成钢筋锈蚀

氯离子主要以“自由离子”或“结合离子”的方式存在混凝土中：一是和水泥水化产物化学结合，二是吸附在混凝土孔隙壁中，三是溶解于混凝土孔隙液中。并不是混凝土中含有氯离子就会对钢筋造成腐蚀，而是混凝土内的氯离子超过规定“临界值”，氯离子含量达到一定浓度，才会与钢筋发生化学反应，钢筋才会锈蚀。钢筋混凝土在没有CL-或CL-含量极低的情况下，由于水泥混凝土碱性强，液相pH值一般可达12.5～13.5，pH值较高，钢材在这种高碱的环境中能形成致密稳定的钝化膜，使得钢筋内部无法形成腐蚀电流，锈蚀难以深入，对钢筋起到较好的保护作用。但这种钝化膜只有在高碱环境中才是稳定的。

实验研究表明，混凝土中液相pH值低于9，离子浓度比值为CL-/ OH-大于0.61时，钢筋开始锈蚀。①氯离子CL-锈蚀是一个电化学过程。氯离子具有半径小、活性大、穿透力强等特点。海砂富含氯离子，当海砂中的氯离子吸附于钝化膜处，钢筋表面存在CL-、O2和H2O的情况下，钢筋会发生电化学反应。CL-和阳极因腐蚀产生的Fe2+，形成FeCl2（绿锈）。从钢筋阳极向含氧量较高的混凝土孔隙迁徙，分解为Fe（OH）2（褐锈）。褐锈沉积于阳极周围，同时放出 H+和CL-，它们又回到阳极区，使阳极区附近的孔隙液局部酸化，CL-再带出更多的Fe2+。

Fe2++2CL-+4H2OFeCl2+4H2O

FeCl2+4H2OFe（OH）2+2CL-+2H++2H2O

然而，氯离子（CL-）在这过程只是起到“搬运”作用，并没有被“消耗”掉。游离子状态的CL-电化学反应周而复始地发生，破坏钢筋钝化膜，钢筋膨胀，锈蚀不断深入，会导致混凝土保护层开裂，钢筋与混凝土之间的黏结力被破坏，钢筋受力截面减少，结构强度降低等，对混凝土的体积稳定性造成相当大的危害。

1.3 违规使用海砂对钢筋混凝土工程的危害

未经淡化的海砂中氯离子含量过高，会对钢筋混凝土工程造成危害，主要表现在两个方面：一是会产生促凝作用，造成水泥早期水化热增大。虽然促凝可以提高混凝土早期强度，但是对后期强度会产生不利影响，增大混凝土收缩值，影响混凝土的耐久性。二是混凝土中过量的氯离子会促使钢筋锈蚀，使混凝土胀裂，导致混凝土结构被破坏，影响钢筋混凝土构件质量和结构安全。

2 海砂在混凝土应用的相关国家规定

未经处理的海砂中氯离子含量一般在0.1%至1.0%，直接使用这样的海砂会使混凝土中氯离子总量远远超过钢筋锈蚀的“临界值”。为使钢筋混凝土结构在使用期内避免遭受钢筋腐蚀破坏，国家严格控制氯离子进入混凝土中。1999年，国土资源部了《关于加强海砂开发管理的通知》，在保护海洋环境的前提下，允许有序地开发海砂资源。2004年，建设部颁布《建标[2004]143号文》，对钢筋混凝土海砂中氯离子含量作出限量要求，规定钢筋混凝土中氯离子含量控制在≤0.06%（以干砂重的百分率计），不论是任何途径进入混凝土中的氯离子（CL-），都不允许超出该限定值。国标JCJ52-2006第3.1.10条又明确规定，对于预应力混凝土用砂，其氯离子含量不得大于 0.02%（以干砂的质量百分率计）。2010年12月1日起实施《海砂混凝土应用技术规范》（JGJ 206-2010），严格规定海砂使用管理。合理使用海砂，使海砂 “变废为宝”，具有迫切性与现实意义，是利国利民的好事。

3 海砂净化加工办法

为了保证混凝土中氯离子总量不超过标准限量，对施工中用水、砂石、外加剂等的氯盐含量都必须给予限制，未经净化处理的海砂不能用于混凝土构件制造，否则，混凝土中氯盐含量就会超过“临界值”，钢筋就有腐蚀的危险。净化海砂可以采取降低氯含量、掺入粉煤灰、添加阻锈剂等多种方式联合应用。

3.1 降低海砂中氯的含量

3.1.1 海砂自然堆积法：将海砂自然堆放数月或几年，取样化验含盐量合格后使用。此方法节省费用，不需要特别大的场地，但放置时间一般需要几个月以上，不能解决应急需要。

3.1.2 淡水滤浸法：利用淡水冲洗海砂，使氯含量达到标准要求。实验证明，将海砂用淡水浸泡24小时之后，氯离子含量从0.11%降至0.05%。通常浸洗1吨海砂，约需要0.8吨淡水，每批砂除盐时间约12-24小时就能完成，能满足紧急需要。

3.1.3 机械清洗法：用淡水冲洗，但需使用分级机械、离心机械、给水设备、排水设备等。这种方法可在较窄的场地上作业，所需时间短，但耗水量较大，每立方米海砂需消耗1.5吨淡水以上。

3.2 掺入矿物料

采用矿物掺合料与水泥混合，改善混凝土的抗氯离子渗透性能，如掺入粉煤灰等矿物料。粉煤灰的颗粒比水泥微细，能够填充水泥凝胶的孔隙，在微观层次上改善混凝土的密实性；同时，掺入粉煤灰，会提高混凝土的有效水灰比，有利于水泥水化时水化产物的扩散；并且，粉煤灰含有活性物质AL2O3，Fe2O3，这些活性物质与水泥水化产物Ca（OH）2发生反应生成低氯型氯铝酸钙、“三盐”型氯铝酸钙或“三盐”型氯铁酸钙胶凝材料，③从而固化了海砂带入的氯离子；二次水化反应产生的低钙硅还会吸附一部分氯化物，降低孔隙率，能有效减轻海砂中氯化物对钢筋的锈蚀破坏作用。

3.3 加阻锈剂法

通过采用高效阻锈剂降低海砂混凝土中的钢筋锈蚀速率，钢筋阻锈剂减弱了钢筋的活化性能，阻止了氯离子对钢筋钝化膜的破坏，可以显著降低钢筋的锈积率和失重率，提高砂浆或混凝土抵抗氯离子侵蚀的能力，有明显的阻锈效果。复合型阻锈剂，如氨基醇钢筋阻锈剂，可以吸附在电场很强的钢筋上，形成不易溶于水的钝化膜，醇类物质还可以降低水溶液的表面张力，使溶液蒸发焓增大，生成细小、曲折、分散的气泡附着在钝化膜上，降低了氯离子的扩散系数，延缓了氯离子对钢筋的破坏作用，提高了钢筋钝化膜的稳定性。④

在淡水砂严重缺乏的沿海地区，海砂的利用具有长远的经济意义。要对海砂危害有清醒和充分的认识，未经处理海砂氯离子含量过高，会造成混凝土结构的钢筋发生锈蚀。凡是含盐量超标的海砂，必须采取淡水浸泡等除氯处理措施，及添加钢筋阻锈剂等防盐腐蚀措施。同时，行政管理部门应充分发挥监理、质检功能，从制度上杜绝偷用和滥用海砂，严格建筑用海砂管理，建立质量跟踪保证制度，保证混凝土构件的质量。

注释

①洪乃丰.海砂对钢筋混凝土的腐蚀与对策[J].混凝土，2002，8.

②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.

③沈威，黄文熙，闵盘荣.水泥工艺学[M].武汉：武汉工业大学出版社，1991：195.

④秦宪明，彭鹏飞.阻锈剂对混凝土耐久性的影响研究[J].混凝土，2012，2.