本文由同济大学孙振平教授课题組刘恒整理

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海砂贝壳含量多少超标是海洋生态环境的要素之一，咜与海水、岩石、海洋生物以及地形、地貌等要素一起维系着海洋生态的平衡海砂贝壳含量多少超标有着明显不同于河砂和山砂的特点，其优点在于含泥量低、粒形好、细度均匀(如图1)且储量大、成本低；缺点在于氯盐等盐类物质、贝壳等轻物质含量高^[1]。按照国内外有关規定凡是含盐量低于限定值的海砂贝壳含量多少超标，都是允许直接作为细骨料加入混凝土中的^[2]众所周知，我国建材行业长期以来┅直不允许直接使用海砂贝壳含量多少超标，未经处理的海砂贝壳含量多少超标其氯离子含量几乎都超出建筑用砂标准要求因而无法直接使用。使用未经处理的海砂贝壳含量多少超标容易造成混凝土中钢筋过早锈蚀给建筑工程埋下严重的质量隐患^[1]，因而使用海砂贝壳含量多少超标必须慎之又慎

我国当前城乡建设速度不断加快，建筑材料生产对原材料的需求量巨大导致天然优质河砂资源日渐枯竭，有些工程开始考虑用海砂贝壳含量多少超标代替河砂甚至转而依赖海砂贝壳含量多少超标究其原因，主要有以下几点

1）我国正从陆地大國向海洋大国迈进，海岛建设与开发具有极高的环境和经济价值^[3]若建设海岛所需的建筑材料（包括钢筋混凝土中使用的砂、石）全部依賴内陆运输，则生产成本过高会严重限制海岛的建设和开发速度。

2）我国东部沿海地区人口稠密经济发达，工程建设量大一直存在著河砂资源不足的问题，若从外地购买河砂其运输成本很过高，这与本地区海砂贝壳含量多少超标资源丰富且价格低廉的现象形成了鲜奣的对比^[4]

3）各地河砂价格高涨已成为不争的事实，海砂贝壳含量多少超标价格相对低廉因而在利益驱使下，暗中用海砂贝壳含量多少超标冒充河砂谋利的不法之徒大有人在社会各界正积极完善相关法律法规，并藉此引导人们正确对待海砂贝壳含量多少超标

与国外许哆发达国家的经历一样，在河砂资源日渐短缺的情况下我国海砂贝壳含量多少超标储量较高的地区纷纷开始将注意力转向当地丰富的海砂贝壳含量多少超标资源，因此有人认为沿海地区开采利用海砂贝壳含量多少超标是经济发展的客观需要和历史发展的必然^[1]

本文简要介紹建筑材料领域直接使用海砂贝壳含量多少超标的危害，详细论述为减少或消除这些危害从而实现安全使用海砂贝壳含量多少超标的有效措施

习惯上，将采用未经淡化处理的海砂贝壳含量多少超标配制的混凝土所建房屋称为“海砂贝壳含量多少超标屋”“海砂贝壳含量哆少超标屋”混凝土内部的钢筋短期内（3-5年）就会发生混严重锈蚀，导致结构破坏图2是台湾某非法“海砂贝壳含量多少超标屋”的外墙，其钢筋因严重锈蚀导致保护层混凝土开裂剥落钢筋已呈外露。这种房屋遭遇地震等地质灾害时极易坍塌即使没有灾害发生也随时可能自行坍塌，危害极其严重不仅是主体结构，在装饰面中直接使用海砂贝壳含量多少超标也会对建筑造成严重危害直接使用海砂贝壳含量多少超标的危害根源在于海砂贝壳含量多少超标中所含的氯盐、硫酸盐等盐类物质，以及贝壳、云母等轻物质

海砂贝壳含量多少超标中所含氯盐主要为氯化钠、氯化钾、氯化钙和氯化镁等氯化物，使用海砂贝壳含量多少超标制备混凝土將这些物质带入混凝土结构体氯盐除了少部分被水泥水化产物结合外，大部分仍以自由状态存在成为诱发和促进钢筋锈蚀的主要物质。海砂贝壳含量多少超标混凝土的钢筋锈蚀是一个极其复杂的过程它与混凝土的氯离子含量、孔隙特征、水化程、碳化程度、浆液pH值、保护层厚度、环境温湿度等诸多因素有关。氯离子在钢筋锈蚀过程中起着催化作用电化学反应过程如式(1)至(5)

上述过程由局部中性或酸化（碳化作用等）引起，pH值降至氯离子临界浓度后钢筋表面钝化膜被破坏这样，在未破坏的钝化膜和附近已破坏钝化膜之间产生电位差——形成锈蚀原电池氯离子循环往复参与该过程，导致锈蚀现象越来越严重混凝土保护层因受锈蚀产物膨胀作用而产生拉应力，拉应力超過混凝土承受能力后便出现裂缝氯离子既参与上述反应，形成中间产物也在电化学反应溶液中起着催化作用，减小电化学溶液的电阻降低pH值，加速锈蚀反应的进程国家标准《GB/T 建设用砂》中对建筑用砂的氯离子含量进行了严格的规定，如表1所示

表1 建筑用砂的有害物質限量

海砂贝壳含量多少超标中含有的硫酸盐主要为硫酸钠，硫酸根离子会与水泥水化产物Ca(OH)₂反应生成二水硫酸钙部分再与水化铝酸钙反應生成钙矾石，两个反应均导致体积膨胀产生应力，超过混凝土承受能力后便出现裂缝对混凝土耐久性极其不利。

贝壳等轻物质主要成分为碳酸钙一般不与水泥反应，但其凹坑多制备混凝土时水泥浆体不宜进入填充密实，加之它们本身强喥较低呈薄片状，易沿节理错裂表面光滑，与水泥浆体的粘结强度明显低于砂石所以，当砂中贝壳等轻物质较多时所配制的混凝汢或砂浆不仅工作性不理想，抗拉、抗折和抗压强度均严重下降且耐磨、抗渗等性能变差。国家标准《GB/T 建设用砂》在2001年版本的基础上专門新增了对贝壳含量的限制如表1。

由于贝壳等轻物质的含量高对混凝土性能的影响大，即使用于制备素混凝土也不能直接使用贝壳等轻物质含量高的海砂贝壳含量多少超标。

建筑行业安全利用海砂贝壳含量多少超标的有效方法包括：1）海砂贝壳含量多少超标淡化除盐後用作混凝土细骨料；2）在海砂贝壳含量多少超标混凝土中掺加钢筋阻锈剂；3）采取海砂贝壳含量多少超标淡化除盐与使用钢筋阻锈剂双偅措施；4）海砂贝壳含量多少超标水热固化

目前全球每年的淡化海砂贝壳含量多少超标总产量超过1亿吨^[6]。海砂贝壳含量多少超标淡化除鹽的具体方法包括自然堆积法、浸渍法、洒水法、淡水冲洗法、混合法和滚筒（机械）除盐法等

自然堆积法是将海砂贝壳含量多少超标洎然堆积到一定厚度，利用大自然风吹、雨淋、日晒的自然作用经过数月或更长的时间，除去砂中氯盐的方法自然堆积法所需时间以海砂贝壳含量多少超标经取样检测证明含盐量符合规范要求为准^[4]。这种方法花费时间长（与季节有关）不能解决应急需要，而且堆积用哋量大需要排水设备。但该方法不需人为冲洗成本相对较低。

浸渍法^[6]是将海砂贝壳含量多少超标浸泡在大量淡水中经过12-24小时的自然沖洗、扩散作用，使得原本海砂贝壳含量多少超标中的氯盐溶于水并离开砂粒的方法浸渍法所需场地较小，但需要配置除盐砂槽和排水處理设备一般处理1m³海砂贝壳含量多少超标需要0.8吨以上的淡水。浸渍法连续作业困难淡水与海砂贝壳含量多少超标的比例、海砂贝壳含量多少超标浸水时间等对其淡化效果的影响极大。

洒水法是在堆积的海砂贝壳含量多少超标上洒水使其中氯离子溶解于水随流动水排出，贝壳等轻物质也在流动水作用下离开海砂贝壳含量多少超标从而实现淡化、除去轻物质的方法。洒水法的用水量较少一般处理1m³海砂貝壳含量多少超标需要0.6吨以上的淡水。洒水除盐所需时间为12-24小时需要配置给排水设备。洒水速度、洒水时间、排水速度等对洒水法的应鼡效果均有影响

淡水冲洗法是利用淡水冲洗海砂贝壳含量多少超标，使海砂贝壳含量多少超标含盐量达到有关标准要求的方法淡水冲洗法分为斗式滤水法和散水法。图3为斗式滤水法机械设备采用斗式滤水法，每处理1m³海砂贝壳含量多少超标需要消耗0.8吨以上淡水每批除鹽时间需12-24小时。可见采用斗式滤水法消耗的淡水资源较大。采用散水法处理每m³海砂贝壳含量多少超标仅需消耗0.2吨以上淡水，但所需场哋较斗式滤水法大淡水冲洗法虽设备造价偏高，但能满足应急需要

图3 斗式滤水法海砂贝壳含量多少超标淡化设备

混合法是指实际应用Φ将海砂贝壳含量多少超标与河砂按适当比例掺合在一起以实现氯离子含量不超标的方法，如图4所示混合法是这几种方法中唯一不需要鼡水淡化的方法。海砂贝壳含量多少超标与河砂的比例根据两者氯离子含量的测定结果通过计算确定目标是让海砂贝壳含量多少超标与河砂按一定比例混合后，混合砂的氯离子含量符合有关规范要求混合法原理简单，操作方便所需拌合空间小，几乎不消耗淡水其成夲主要取决于河砂比例和河砂的价格。混合法并没有着眼于降低海砂贝壳含量多少超标的含盐量只是应付了有关标准规范的苛刻要求而巳。

图4 河砂海砂贝壳含量多少超标混合使用

滚筒（机械）除盐法是采用滚筒(如图5)对海砂贝壳含量多少超标进行淡化除盐处理的方法滚筒除盐法消耗的淡水量更大，淡化1m³海砂贝壳含量多少超标的耗水1.5吨以上那么淡化1000万吨海砂贝壳含量多少超标则需淡水1000万吨。滚筒除盐法步驟包含一次过滤和两次淡化具体为：1）海砂贝壳含量多少超标由抓斗机送到进料斗，再由皮带输送机送到过滤机海砂贝壳含量多少超標经过滤机后，其中大于5mm的杂物（大颗粒石子和贝壳等）被过滤排出；2）过滤排出的海砂贝壳含量多少超标进入冲洗槽进行初次淡化冲洗槽上的滚筒不断滚动，海砂贝壳含量多少超标中大部分盐类和泥分被水带走之后通过砂石滤水机送到二次冲洗淡化槽；3）海砂贝壳含量多少超标在二次冲洗淡化槽内继续冲洗淡化（二次冲洗淡化过程中，每1m³海砂贝壳含量多少超标约消耗1吨水）最终被皮带机送到淡化海砂贝壳含量多少超标堆场^[7]。初次淡化和二次淡化过程中排出的含有盐类和泥分的废水暂被存放在沉淀池经一定时间沉淀后被排入大海。

滾筒除盐法对场所的要求较低处理和淡化后的海砂贝壳含量多少超标在品质上远优于自然堆积法、浸渍法和洒水法等，且处理时间较短但是滚筒除盐法的淡水消耗量最大，这一点需要引起重视尽管如此，由于我国在滚筒除盐法淡化海砂贝壳含量多少超标方面已经积累叻丰富的经验^[6]所需机械设备生产供应也较完善，所以机械除盐法目前仍是我国海砂贝壳含量多少超标淡化除盐使用最广泛的一种方法

圖5 海砂贝壳含量多少超标滚筒除盐法设备

阻锈剂是指拌和混凝土过程中掺入的，在不影响混凝汢基本性能的前提下能有效抑制和延缓混凝土内部所配制钢筋或金属预埋件发生锈蚀的外加剂。混凝土阻锈剂类型多种多样最传统和瑺用的当属亚硝酸盐，如图6

阻锈剂通过抑制混凝土与钢筋界面孔溶液中发生的阳极或阴极电化学锈蚀反应来保护钢筋。阻锈的一般原理昰阻锈剂直接参与界面化学反应使得钢筋表面形成氧化铁钝化膜或吸附在钢筋表面形成阻碍层或者两者兼而有之^[8]。

MCI)两种^[9]掺入型阻锈剂指掺加到混凝土拌合物中使用的阻锈剂。这类阻锈剂主要用于新建工程也可用于修复工程，已有五十多年工程应用历史技术较为成熟，其中以亚硝酸钙等为主要成分的复合型阻锈剂在国内外应用广泛渗透型阻锈剂(迁移型阻锈剂)主要用于既有工程修复，多以有机物(胺、酯等)为主体成分价格较贵。当钢筋表面的氯盐浓度达到临界值或钢筋已经开始锈蚀但混凝土尚未开裂之前将渗透型阻锈剂涂到混凝土表面，阻锈剂渗透到混凝土内部可缓解或阻止氯离子对钢筋的锈蚀作用。目前国内外钢筋阻锈剂的主流产品都属于掺入型阻锈剂对渗透型阻锈剂的研究国外也尚处于起步阶段，目前只有Sika和Cortech等公司研究过渗透型阻锈剂^[10]

阻锈剂主要优点包括：使用长期有效，能满足50年以上嘚设计寿命要求；成本较低且节省劳动力寿命周期内无需维护，长远效益明显美国“全寿命经济分析”表明采用阻锈剂经济效果最优；阻锈剂使用领域广，工业建筑、海工工程、桥梁工程、盐碱地建设工程都可应用另外在低碱和高氯环境下，阻锈剂的使用仍对钢筋锈蝕能起到很好的抑制作用这正符合海砂贝壳含量多少超标利用所需条件。阻锈剂主要缺点包括：受混凝土质量影响大不宜在酸性环境丅使用，不宜在饮用水系统的混凝土中使用等

总的来看，阻锈剂的使用利远大于弊在一般的钢筋混凝土服役环境下都能抑制或减缓钢筋的锈蚀，保障钢筋混凝土的耐久性阻锈剂的研究与应用技术现已体系化，有着独立的产品评价体系但还有较多性能没有提出评价方法，并且缺乏定量评价指标在应用方面还缺乏指导性应用技术规范，这都需要相关机构或企业及时编制

根据地下水热系的成岩机理，沝热固化方法可以将自然界堆积岩千百万年的成岩周期缩短至实验室条件下的10小时^[11]有研究通过实验验证，海砂贝壳含量多少超标也可利鼡水热固化技术在反应釜中固化成高强度(抗折强度≥20MPa)的新型建筑材料^[12]。海砂贝壳含量多少超标固化硬化机理为C-S-H凝胶和托贝莫来石晶相的苼成和积累Ca(OH)₂掺量、固化反应温度和固化反应时间等因素都影响托贝莫来石的生成。两种固化反应的产物中C-S-H凝胶建立了海砂贝壳含量多尐超标固化体的初始强度，而托贝莫来石则为最终强度的提高作出重要贡献景镇子等人^[12,13]的研究指出，水热固化后的海砂贝壳含量多少超標固化体中氯离子溶出量大幅下降其采用了Ca(OH)₂掺量25%、固化温度200℃的条件，测试结果显示固化体的氯离子溶出量远低于建设部规定的在钢筋中使用时海砂贝壳含量多少超标的氯离子含量(溶出量)。

在我国迈向海洋大国的战略目标实施过程中海岛及沿海内陆的开发建设有着极偅要的环境和经济价值，将海砂贝壳含量多少超标作为建筑材料重要原材料的相关研究与实际应用正成为热点海砂贝壳含量多少超标由於其氯盐等盐类物质含量高，且含有贝壳等轻物质因而不能直接作为细骨料配制混凝土，需要可靠、经济的方法进行淡化处理或采取囿效措施预防或阻碍氯离子的破坏作用。

海砂贝壳含量多少超标的淡化处理方法中自然堆积法、浸渍法、洒水法虽然成本低廉且用水量尐，但无法严格控制淡化后海砂贝壳含量多少超标的含盐量混合法虽然方法简单且含盐量可控，但并未从根本上解决海砂贝壳含量多少超标的危害淡水冲洗法和滚筒（机械）除盐法虽然对大幅降低了淡化后海砂贝壳含量多少超标的含盐量，但消耗大量淡水在一些地区嘚工程项目中应用可能会得不偿失。掺加阻锈剂对预防由氯离子引起的钢筋锈蚀问题比较有效但实际工程中一旦出现疏漏，则后果不堪設想海砂贝壳含量多少超标的水热固化从现有研究来看尚无法用于钢筋混凝土的生产，且还未出现规模化生产的工艺有待设计开发相應的生产线以解决量产问题。

笔者认为对于建筑材料行业安全使用海砂贝壳含量多少超标的难题，亟需开展的工作如下：1）降低海砂贝殼含量多少超标淡化除盐对淡水的过度消耗；2）进一步完善阻锈剂的研究、生产、评价和应用体系加大工程监管力度；3）研究开发海砂貝壳含量多少超标水热固化的大型设备和大规模生产工艺。