某援外項目砼用海砂的淡化處理實踐
1 工程概況
援密克羅尼西亞金槍魚管委會辦公樓及領導人官邸項目，為我國的一援外建設項目，總建筑面積約為4820m2，兩層框架結構，基礎、梁板柱砼強度等級為C20，砼總量約為4200m3，需用砂約3100t。
該國為太平洋一島國，屬于典型的熱帶海洋性氣候，年降雨量為4400～5000mm；當?shù)亟ú氖袌鼍哂忻黠@的地域局限性，尤其是砂源，無河砂，只有海砂可利用，這對控制砼用海砂的氯離子含量，提出了嚴格的強制性標準要求。
2 海砂中氯鹽對鋼筋砼的腐蝕
氯鹽腐蝕鋼筋的機理是，砼中的氯離子與鋼筋發(fā)生化學反應，引起鋼筋銹蝕而膨脹，導致砼沿鋼筋的位置出現(xiàn)裂縫，大大降低砼結構的耐久性，縮短建筑物的設計使用年限。根據(jù)國內(nèi)外眾多研究者的實驗結果表明，并不是砼中含有氯離子就會對鋼筋造成腐蝕，而是砼內(nèi)的氯離子含量達到一定濃度（即超過某一“臨界值”）時，才會與鋼筋發(fā)生化學反應，如同砼內(nèi)的堿含量>3.0kg/m3時，才會發(fā)生足以引起砼裂縫的堿骨料反應。
3 砼用海砂中氯鹽含量的限定
根據(jù)砂資源的變化及建筑用砂技術的發(fā)展，結合國際同行業(yè)對砼用海砂中氯離子含量值（“臨界值”）的限定，我國不斷對原有標準作針對性的修訂：于2002年2月1日起，頒布并實施了現(xiàn)行《建筑用砂GB/T 14684－2001》國家標準，替代《建筑用砂GB/T14681－1993》；同時，一些沿海城市利用未經(jīng)處理的海砂拌制混凝土，使建筑工程出現(xiàn)了氯離子腐蝕情況，降低了砼結構的耐久性，給工程質量帶來了隱患。為此，建設部于2004年8月23日頒布了《建標[2004]143號文》：關于嚴格建筑用海砂管理的意見 ，其中再次強調了“對鋼筋混凝土,海砂中氯離子含量應≤0.06%(以干砂重的百分率計)”。
4 海砂處理方法的可行性分析
因密克當?shù)刂挥泻Ｉ翱梢岳，且氯離子含量>0.06%，按我國現(xiàn)行國家標準規(guī)定，不可直接用于拌制砼，需進行處理，使其氯離子含量≤0.06%后方可使用。結合本項目的實際情況及當?shù)氐牡赜蛸Y源進行如下可行性分析：
4.1 淡水淡化處理
當?shù)氐Y源較為豐富且雨水充沛，年降雨量在4400～5000mm，除市政供水外，可利用臨設屋面排水系統(tǒng)和場地硬地坪坡向積水池進行收集，并配備專門的沖洗設備對海砂作淡化處理，使其氯離子含量≤0.06%，以滿足我國相關現(xiàn)行國家標準要求。
4.2 摻用鋼筋阻銹劑
鋼筋阻銹劑即混凝土中的緩蝕劑，是保護鋼筋不受氯鹽腐蝕的一種輔助措施。目前國內(nèi)的鋼筋阻銹劑種類主要有：陽極型、陰極型、綜合型等，由無機或有機化學物質組成。這些物質對鋼筋（Fe）有特殊的親和力，能阻止或減緩鋼筋的銹蝕反應，從而起到阻銹作用，但并不是從根本上消耗砼中的氯離子含量。國內(nèi)外眾多研究試驗表明，阻銹劑的缺點是它的有效性與混凝土本身的質量關系密切，即阻銹劑能夠較好地適用于高質量（強度高、自身密實度好）的混凝土，而且保護鋼筋主要依靠混凝土自身。本項目砼強度設計等級為C20，并不能充分發(fā)揮其阻銹效果。
4.3 選用國內(nèi)的河砂
密克國地處太平洋一島國，路途遙遠，國內(nèi)物資抵達項目所在地港口的時間長達30天左右，再加上清關、提貨等手續(xù)，運至現(xiàn)場還需10天左右，歷時長達40余天，與現(xiàn)場實際進度不能很好地銜接，若海運中途出現(xiàn)其他情況，則有可能造成施工現(xiàn)場的待料停工狀態(tài)；而且，遠洋運輸費用相當昂貴：每只集裝箱（容許最大載重量20t）高達1900美元。
4.4 可行性分析結論
綜合以上處理方法，結合本項目施工進度要求、工程造價及所在地的淡水資源，砼用海砂采用淡水進行淡化沖洗處理是可行的。
5 海砂淡化處理
5.1 淡化設備選擇
海砂淡化效果主要取決于有充足的淡水資源和合適的沖洗設備，目前市場上也有相關的清洗設備，但并沒有形成一個系統(tǒng)的行業(yè)標準。本項目所選用的沖洗設備，是在我司自行研制開發(fā)的“濕混凝土分離回收技術”設備的基礎上（該技術被國家環(huán)境保護總局確認為“二OO三年國家重點環(huán)境保護實用技術”），經(jīng)我司研發(fā)部對此設備作針對性改進后，用于海砂淡化沖洗。經(jīng)“援剛果（金）xx醫(yī)院”項目實踐證明，該設備不但能提供較好的淡化沖洗效果，而且操作簡便、自動化程度高。
成套海砂淡化沖洗設備主要技術參數(shù)見表一，構造及位置布設見附圖一：
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5.2 海砂淡化流程
為確保砼用海砂中氯離子含量≤0.06%，援密克施工技術組注重淡化沖洗過程中的每個環(huán)節(jié)，制訂了嚴格的操作控制流程，對“氯離子含量檢測”這一關鍵環(huán)節(jié)進行專業(yè)檢測控制。
5.3 海砂淡化方法
5.3.1 工作原理：海砂淡化沖洗機的工作原理如同一臺滾筒式洗衣機，滾筒內(nèi)設置螺旋葉片和抓斗，確保出料自動完成；滾筒旋轉攪拌，供水系統(tǒng)連續(xù)不斷注入淡水，對海砂進行震蕩沖洗，使含鹽水不斷地從分離筒低端口溢出，完成去鹽工作。
5.3.2 淡化沖洗方法：沖洗前，海砂需在淡水浸泡池浸泡不少于24h，然后用裝載機將其送入進料滑槽斗，滑槽斗的兩邊設有淡水進水口，機械振動輔以人工將海砂在不斷沖擊的淡水沖洗下進入清洗滾筒，旋轉的攪拌滾筒對海砂進行充分的攪拌清洗，淡化后的海砂在滾筒內(nèi)置螺旋葉片的推動下進入抓斗，經(jīng)出料斗和出料皮帶機至過篩，篩分出貝殼、珊瑚石等較大顆粒的雜質后輸送到臨時堆場，經(jīng)檢測合格后待用。
5.3.3 大量沖洗前應先進行淡化效果試驗，檢測人員根據(jù)試驗數(shù)據(jù)調整進料滑槽斗的進砂量、淡水供水系統(tǒng)的進水量、滾筒旋轉攪拌速度，達到海砂一次性淡化沖洗的最佳效果。
6 氯離子含量檢測試驗
6.1 檢測試驗方法
氯離子含量的檢測試驗是整個海砂淡化過程中的關鍵控制環(huán)節(jié)，將直接關系到砼結構的耐久性。我國現(xiàn)行國家標準《建筑用砂（GB/T14684-2001）》、《混凝土質量控制標準（GB60164-92）》、行業(yè)標準《普通混凝土用砂質量標準及檢驗方法（JGJ52-92）》、《建設部關于嚴格建筑用海砂管理的意見（建標[2004]143號）》，均明文強調了海砂拌制砼前必須進行檢測試驗，保證氯離子含量≤0.06%。
檢測試驗過程必須嚴格按照現(xiàn)行國家標準《建筑用砂（GB/T14684-2001）》進行，計算與評定按下式進行：
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“最終氯離子含量”取兩次試驗結果的算術平均值，精確至0.01％：若上述檢測試驗結果值≤0.06％，則滿足現(xiàn)行國家標準中關于“砼用海砂的氯離子含量”的要求；若上述結果>0.06％，則需回淡化沖洗機再次淡化，直至檢測試驗結果滿足規(guī)范要求。
具體試驗過程在此不作描述。但值得一提的是，由于該試驗方法采用的是試劑法，不可避免會出現(xiàn)人為的判斷差異，主要體現(xiàn)在上式中的V1、V2兩值（V1為“樣品滴定時消耗的硝酸銀標準溶液的體積”；V2為“空白試驗時消耗的硝酸銀標準溶液的體積”），現(xiàn)場試驗員為將人為誤差縮小到最低程度，采取了“最終氯離子含量”取四次試驗結果的算術平均值，保證了計算結果基于原始數(shù)據(jù)的離散性和代表性。
6.2 合理確定檢驗批量
我國現(xiàn)行相關標準未對現(xiàn)場海砂淡化的檢驗批量作出定量約束，若按照常規(guī)的檢驗批量，即以200m3或300t作為一個檢驗批顯然是不太合理的，不能全面、真實有效地反映出海砂淡化后氯離子含量的動態(tài)變化，需確定合理有效的檢驗批量。為此，援密克施工技術組檢測人員，結合淡化沖洗設備的生產(chǎn)能力，淡化初期按每天的生產(chǎn)量為不少于3個檢驗批、后期按每天的生產(chǎn)量為不少于2個檢驗批，作為內(nèi)控標準，保證了淡化后海砂的氯離子含量處于全程受控狀態(tài)。
7 經(jīng)濟效益分析
本項目砼用海砂淡化與其他可行性處理方法的經(jīng)濟效益作如下表二分析：
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從上表數(shù)據(jù)對比可知，本項目砼用砂采取淡化海砂的經(jīng)濟效益優(yōu)勢是明顯的。
8 簡要結語
對于建筑用海砂，應該持謹慎態(tài)度，但這并不意味著我們要拒絕海砂。隨著建筑用砂技術的發(fā)展及地域資源的局限性，海砂的應用前景是不可避免的，其關鍵在于海砂淡化或外加劑輔助措施（如鋼筋阻銹劑）等技術的不斷發(fā)展和成熟，并最終形成規(guī)范性的標準體系，供我們遵照執(zhí)行。
由于援外技術組嚴格執(zhí)行既定的海砂淡化控制程序，淡化海砂成功應用了兩個援外項目的砼用砂，在滿足現(xiàn)行相關標準的前提下節(jié)約了工程造價，而且為海砂淡化的應用技術和前景積累了寶貴經(jīng)驗，以供同行交流。
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