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万万没想到,海砂还有这么多秘密!

时间:2022-06-02 17:01 来源:互联网 点击量:

  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”,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。
 
  海砂资源及利用的问题
 
  在我国东部沿海地区,人口稠密,经济发达,工程建设量大,当河砂资源出现供给不足时,又没有其他砂源替代(如内陆地区可以使用山砂或机制砂等替代),远距离运输河砂又会大大提高工程造价。与国外许多国家走过的路一样,在陆砂资源短缺的情况下,人们开始将注意力转向了当地砂源——海砂。因此,沿海地区开采利用海砂是经济发展的客观需要和历史发展的必然。
 
  英国、丹麦、挪威、瑞典、比利时、加拿大、澳大利亚、新西兰、日本、韩国、土尔其、印度等国家以及我国的台湾地区在海砂应用于工程建设方面已有多年的历史和丰富的应用经验。尤其是河砂、陆砂资源短缺的日本,在20世纪40年代就已经开始利用海砂配制混凝土,特别是20世纪80年代到90年代,日本海砂的利用量达到历史的高点,海砂占建筑用砂的比例高达30%左右。
 
  我国20世纪30~40年代我国局部地区将海砂用于临时建筑。70年代末,个别沿海城市开始出现使用海砂的建筑结构,但规模较小。对海砂的开采利用在近十多年获得迅速发展。国内较早大规模使用海砂的是宁波和舟山地区、深圳地区等。目前,宁波、舟山地区的建筑用砂90%以上为海砂。
 
  海砂含泥量低、粒形优良、细度均匀,适合配制混凝土。然而,海砂含有较高的氯盐、贝壳、轻物质等有害物质。未经净化处理的海砂容易造成混凝土中的钢筋过早锈蚀,给建筑工程埋下严重的质量隐患。国内外因滥用或误用海砂出现了一批“海砂屋”,造成了重大的经济损失和恶劣的社会影响。
 
  中国建筑科学研究院承担了“十一五”科技支撑计划课题“海砂在建设工程应用中的关键技术及产品开发”(2006BAJ02B04)的研究工作,首次在我国黄海、东海、南海三大海域采取了典型的海砂样品进行研究,系统的研究了海砂作为建筑用砂的特性和应用技术条件、海砂净化处理技术、海砂混凝土性能、高性能海砂混凝土生产质量控制及工程应用技术、既有海砂混凝土建筑的结构检测技术和病害诊治技术等,建立了海砂净化示范生产线、海砂混凝土示范生产企业和海砂混凝土示范工程。制定了工程技术标准JGJ206-2010《海砂混凝土应用技术规范》。
 
  有效的净化处理是安全使用海砂的关键前提
 
  海砂经过有效的净化处理之后,如果氯离子含量等技术指标达到标准要求,完全可以替代河砂生产结构混凝土,且混凝土的各项技术性能均良好。滨海环境中的自然暴露试验也表明海砂混凝土的耐久性良好,但前提是海砂需要进行有效的净化处理。鉴于此,JGJ206-2010《海砂混凝土应用技术规范》规定“用于配制混凝土的海砂应作净化处理”并将其列为强制性条文,要求严格执行。同时,该规范对海砂混凝土的氯离子含量和耐久性能技术指标做出了明确的规定。严格执行该规范,才能确保海砂在建设工程中的安全使用。
 
  海砂净化处理的技术是采用淡水冲洗。虽然目前我国的海砂净化技术和设备能够基本满足生产出符合规范要求的净化海砂,但存在以下问题:
 
  (1)设备简易,生产粗放,不规范,目前也无规范可以遵循
 
  (2)普遍存在耗水量大、能耗高、占地广的问题;
 
  (3)工艺流程设计和用水量缺乏系统试验的、科学的依据,大多依靠经验,随意性很大,因而,净化处理出来的海砂质量不稳定,特别是含盐量波动较大。因此,我国亟须在海砂净化处理技术上进行革新和升级,形成节水、节能、高效、稳定的净化处理技术系统,并制定相应的技术标准,以确保净化海砂的质量。
 
  海砂的开采问题
 
  在1993-1994年前后,宁波、舟山地区开始大规模采掘海砂,淡化后用于建筑工程。目前正在使用采掘技术,是通过采砂船的泵抽吸技术。抽吸时,由海水携带海砂,进入吸管。船舱中设置初步处理设备,能够将吸上来的海砂进行处理,主要是筛去泥块、大的贝壳和其他杂物,得到比较均匀、洁净的海砂。
 
  经上述采砂工艺处理后,所得海砂的含泥量较低,已不含大的贝壳等粗物,除含盐量和贝壳含量之外,其余指标一般都能满足建筑用砂的标准。
 
  海砂的开采应考虑如下问题
 
  (1)海砂开采对海洋生态环境和地质环境的影响
 
  开采海砂,可能会破坏海洋生物群集中的各生物种类的栖息环境,破坏海底的生态环境同时影响海水的盐度、pH值、O2含量、营养盐等。日本曾经报道过开采海砂导致海底世界如同荒漠一般的景象,由此引起日本社会对开采海砂的反对。
 
  海砂开采可能造成海域输砂量失衡、附近海域流场、波场改变,使得海岸受到侵蚀,国土流失。在近海大规模开采海砂,可能会引起近海地质环境的改变,甚至引起局部陆架的地质灾害。
 
  (2)海砂开采应考虑海砂矿产资源的综合利用
 
  海砂是海底重要的矿产资源,有的海砂矿产中含有大量的稀有金属元素,如可能含有锰、铜、镍、钴等多种元素,还可能铁矿、钛铁石与锆石等珍贵矿产的赋存地。如果此类极具冶金价值的海砂用于建筑用砂,不仅是极大的资源浪费,而且对人居环境也可能存在放射性等潜在危害。
 
  因此,海砂的开采因由国家国土资源部门详细勘探规划,有计划、有步骤的开采使用。盲目开采使用,后果十分严重。
 
  海砂的基本技术指标
 
  海滩砂比较细,多属于细砂范畴,而海底砂则多是中砂,但不同地区的海砂级配等差别较大。淡化海砂的表观密度分布在2590~2650千克每立方米范围内,与河砂相比,一般来说海砂表观密度略小。由于海砂中存在一定量强度较低的软弱颗粒,造成海砂的压碎值指标偏大,坚固性指标稍差,含泥量较低,但贝壳等轻物质含量整体偏高;海砂具有较高的氯离子含量,此外,海砂还含有一定量的硫酸盐、硫化物、以及含磷的矿物。
 
  根据出处的不同,海砂中可能含有不同的含泥量、贝壳含量和轻物质含量。海砂的含泥量、贝壳含量和轻物质含量均比较低,经过淡化处理后的海砂对应物质含量均有显著降低。
 
  岩相分析表明,不同海域的海砂、滩砂的样品可能存在潜在碱活性。但通过砂浆棒法检测碱活性,绝大多数海砂样的试件6个月的膨胀率均远小于标准要求值0.10%,海砂无潜在碱活性危害。
 
  绝大多数海砂的放射性检测结果表明,内、外照射指数符合GB6566-2001《建筑材料放射性核素限量》和GB50325-2001《民用建筑工程室内环境污染控制规范》的规定要求,对人的健康和安全不造成危害。
 
  海砂混凝土的基本性能
 
  相同配合比和外加剂掺量情况下,海砂混凝土的工作性能不如河砂混凝土,达到相同工作性能需要提高海砂混凝土的外加剂用量。
 
  海砂混凝土和河砂混凝土的抗压强度、轴压强度和弹性模量相差不多,基本相当。海砂中含有微量贝壳和轻物质不会影响混凝土与钢筋的粘结性能,海砂混凝土的钢筋握裹强度与河砂混凝土基本相当。
 
  淡化海砂混凝土中钢筋锈蚀失重率略大于河砂混凝土,但相差不多。淡化海砂混凝土的干燥收缩性能与河砂混凝土的干燥收缩性能基本相当,干燥收缩发展规律相同。淡化海砂混凝土的受压徐变性能与河砂混凝土的受压徐变性能基本相当,受压徐变值发展规律相同。
 
  随着海砂中盐分的提高,混凝土的早期抗压强度(3d左右)明显提高,但28d的抗压强度基本一致;随着海砂中盐分的提高,混凝土中钢筋锈蚀失重率明显增加。随着海砂中盐分的提高,海砂混凝土的抗氯离子渗透性能基本相当。
 
  JGJ206-2010《海砂混凝土应用技术规范》的几个技术要点
 
  (1)海砂及海砂混凝土的定义
 
  《海砂混凝土应用技术规范》中将“海砂”定义为:出产于海洋和入海口附近的砂,包括滩砂、海底砂和入海口附近的砂。本规范将“入海口附近的砂”纳入海砂范畴,从而解决了一直以来对江河入海口附近的所谓“咸水砂”是否属于海砂的争论。入海口是河流与海洋的汇合处,淡水和海水的界线不易分明,且随着季节发生变化,本着从严控制的原则,故将入海口附近的砂纳入海砂范畴。
 
  规范中将“海砂混凝土”定义为:细骨料全部或部分采用海砂的混凝土。这样一来,凡是掺有海砂的混凝土,无论掺加比例多少,都视为海砂混凝土,这也体现了从严控制的思想。
 
  (2)净化处理
 
  《海砂混凝土应用技术规范》规定“用于配制混凝土的海砂应作净化处理”,并将将此作为强制性条文。“净化处理”作为本规范的特有术语,定义为:采用专用设备对海砂进行淡水淘洗并使之符合本规范要求的生产过程。因此,海砂的净化处理需要采用专用设备进行淡水淘洗,并去除泥、泥块、粗大的砾石和贝壳等杂质。这主要考虑到采用简易的人工清洗,含盐量和杂质不易去除干净,且均匀性差,质量难以控制。海砂用于配制混凝土,应特别考虑影响建设工程安全性和耐久性的因素,确保工程质量,确保海砂应用的安全性。鉴于我国目前质量管理的现实状况,本规范对此进行了严格规定。该强制性条文一是是为了杜绝将海砂原砂直接用于生产混凝土,二是为了杜绝采用自然淡化、简单的人工淘洗等无法保证净化质量的方式来敷衍了事的行为。
 
  《海砂混凝土应用技术规范》规定“海砂不得用于预应力混凝土”。
 
  (3)氯离子含量问题
 
  《海砂混凝土应用技术规范》提高了对海砂中氯离子含量的要求,规定海砂的离子含量不得大于0.03%。同时对其他原材料(水泥、拌和用水等)的氯离子含量也提出了较高要求,以达到从严控制的目的。
 
  JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》中对砂的氯离子含量作为强制性条文规定:钢筋混凝土用砂,氯离子含量不得大于0.06%(以干砂质量百分率计);预应力钢筋混凝土用砂,氯离子含量不得大于0.02%。日本标准JISA5308:2003《预拌混凝土》对砂的氯离子含量的要求是:氯盐(按NaCl计算)含量不超过0.04%(相当于0.024%的氯离子含量),同时又规定:如砂的氯盐含量超过0.04%,则应获得用户许可,但不得超过0.1%(相当于0.06%的氯离子含量);如果用于先张预应力混凝土的砂,氯盐含量不应超过0.02%(相当于0.012%的氯离子含量),即使得到用户许可,也不应超过0.03%(相当于0.018%的氯离子含量)。我国台湾地区的标准CNS1240《混凝土粒料》沿用了日本最严格的规定:预应力钢筋混凝土用砂,水溶性氯离子含量不得大于0.012%;所有其他混凝土用砂,水溶性氯离子含量不得大于0.024%。
 
  借鉴日本和我国台湾地区的标准,并同时考虑到我国大陆地区的实际情况,将钢筋混凝土用海砂的氯离子含量限值规定为0.03%,低于JGJ52-2006规定的0.06%。
 
  值得注意的是,《海砂混凝土应用技术规范》规定了配合比设计和生产过程中应检测海砂混凝土拌合物的水溶性氯离子含量。由于氯离子检测方法的不完善,中国建筑科学研究院组织编制了JGJ/T322-2013《混凝土中氯离子含量检测技术规程》。
 
  (4)其他技术指标
 
  规范从严控制海砂中的坚固性、含泥量、泥块含量、云母含量等技术指标,这些指标都是取GB/T148684《建筑用砂》和JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》中偏于安全、甚至最严格的限值。同时,本规范还对海砂的碱活性和放射性进行了规定。
 
  结束语
 
  储量丰富的海砂是沿海地区重要的建筑用砂来源。生产混凝土用于建设工程中是海砂使用的主要途径。中外不同历史时期的经验和教训表明:使用海砂是经济社会发展的必然,但关键在于能否科学、合理地使用,用得好,可以创造巨大经济、社会和环境效益;相反,如果盲目、不科学地使用海砂将会造成灾难性后果。
 
  海砂的开采利用应该注意两个关键环节:第一是“采”,海砂的开采必须由国家有关部门详细勘探规划,有计划、有步骤的开采使用。严禁盲目开采、盗采。第二是“洗”,海砂应用最关键的环节是做好海砂的净化处理。淡水冲洗目前仍然是最为简单有效的办法。
 
  延伸阅读:
 
  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》。
 
  不合格海砂
 
  央视财经《第一时间》报道,华润涉嫌使用不合格海砂。据介绍,华润大冲村旧村改造项目是广东省最大的城改项目,华润集团作为开发商负责建设。华润大冲村旧村改造项目使用的混凝土,是由华润自己的搅拌站提供。工作人员介绍,搅拌站所用砂大部分是海砂,还有一些水洗砂。专家介绍,海砂里含有氯离子,一旦超标,将严重腐蚀混凝土里的钢筋,破坏建筑的混凝土结构,产生安全隐患。
 
  10多年海砂疯狂盗挖让美丽的汕尾海滩千疮百孔,也让黑恶势力滋生横行。但这并非海砂给汕尾市民带来的最大危害。据有关统计,每年汕尾从周边海域盗挖的海砂上百万立方米,这上百万立方米的海砂流向哪里了呢?早在2008年就有媒体做过调查,在高额利润的吸引下,这些海砂很大部分被用来建房。而广东在2004年便禁止在工程中使用海砂。
 
  违规用海砂
 
  2013年3月15日,深圳市住建局对使用不合格海砂生产预拌混凝土的企业(站点)进行严厉处理。吊销深圳市东大洋建材有限公司的资质证书。责令8家企业(站点)停业整顿一年,责令6家企业(站点)停业整顿6个月以上。涉嫌流入不合格建筑用砂的嘉逸豪园、大冲城市更新项目、平安金融大厦三项目均被责令停工。
 
  长福高速等工程滥用海砂
 
  海砂因为盐分高,哪怕经过淡化,其中的氯离子仍可能腐蚀到钢筋,导致建筑物寿命减短。因此,福建省住建部门明确要求严格控制净化海砂使用范围,严禁海砂用于浇筑钢筋混凝土结构中。但是帮帮团栏目在福州和莆田沿海地区调查发现,个别搅拌站大量违规使用海砂配置混凝土,并送进多个项目工地用于浇筑。除了昨天曝光的长福高速公路青山岩隧道外,莆田富力尚悦居、莆田保利城等知名开发商楼盘项目也纷纷“中招”。
 
  海砂因为盐分高,哪怕经过淡化,其中的氯离子仍可能腐蚀到钢筋,导致建筑物寿命减短。因此,福建省住建部门明确要求严格控制净化海砂使用范围,严禁海砂用于浇筑钢筋混凝土结构中。但是帮帮团栏目在福州和莆田沿海地区调查发现,个别搅拌站大量违规使用海砂配置混凝土,并送进多个项目工地用于浇筑。除了昨天曝光的长福高速公路青山岩隧道外,莆田富力尚悦居、莆田保利城等知名开发商楼盘项目也纷纷“中招”。
 
  海砂氯离子极大影响混凝土寿命小小的海砂其貌不扬,但进入钢筋混凝土后,可能会腐蚀钢筋,导致建筑物寿命缩短,危害不可小觑。为此,福建省住建部门明文禁止。建筑行业专家表示,海砂中的氯离子,就像建筑物里的“癌细胞”一样,会造成建筑开裂,寿命减短。
 
  福州多措并举加强海域采砂临时用海管理,海砂开采走向深远海区
 
  近年来,海砂需求量剧增,价格逐年攀高,一些建设单位为降低成本或方便施工,在未经许可的情况下,擅自在近岸海域采挖海砂用于工程建设,不仅造成国有资产的流失,而且破坏了海洋生态环境。为进一步规范海砂开采用海秩序,确保海砂资源的可持续利用,福州市海洋行政管理部门多措并举,堵疏结合,不断加强海域采砂临时用海管理。
 
  一、依法依规出让海域采砂临时用海使用权。福州市海域采砂临时用海使用权出让遵循统一规划、整体出让、分期开发、宗海登记的原则。出让前,根据海域采砂临时用海管理办法和海域采砂临时规划等法规规划,结合福州市重点项目用砂需求,科学选划拟出让的采砂区域,认真研究制定具体出让方案;出让过程中,依托市产权交易服务中心电子交易平台开展出让工作,做到出让信息有序、透明、公开;出让后,规范确权登记流程管理,简化审核程序,开展并联审核,缩短办理时限。
 
  二、规范海域采砂临时用海船舶管理。实行海域采砂临时用海作业船舶报备制度,严格控制报备的船舶数量,要求参与作业的船舶必须安装规定的GPS系统,应当在有关部门注册登记、合法有效,符合有关安全要求,自觉接受海洋、海事等执法机构的监管。严禁内河船舶参与海域采砂作业。
 
  三、落实海砂开采动态监测工作。加强海域采砂临时用海动态监测工作,根据监测资料,及时掌握海砂开采对项目附近海域的环境影响,第一时间发现问题并采取有效防控措施,对海砂开采用海和采砂数量进行宏观调控,将海砂开采活动控制在对海洋环境影响最小范围内,确保海砂资源可持续利用。
 
  四、加强海砂开采用海监督管理。加强对各类非法采砂用海的打击力度,通过强化责任落实、加强横向联合、开展专项整治和海砂开采用海重点监控区检查,及时依法查处和打击各类非法采砂用海行为,维护海砂开采用海竞得人的合法权益,维系良好的海砂开采用海秩序。2013年以来,全市海监机构共立案查处非法采砂案件195起,收缴罚没款150​6.74万元。监察机构将海域采砂临时用海监督管理纳入监察范围,对不按规定和程序办事的,依法给予处分。
 
  通过努力,福州市的海域采砂临时用海管理工作打下了一定的基础,今后,福州市将加紧修编规划,积极引导全市海砂开采向深远海区域发展;完善船舶备案制度,建立联合执法长效机制,以典型案例形成强效威慑力;维护海区安全,确保资源有序利用和海洋生态安全协调并进。