第３期（总第１３１期） 楚建村 综合论述■ 海砂的利用现状及对策研究 柳志贤 （福建厦门３６１００３） 摘要作为建筑工程中的主要原材料，河砂在一些地区出现了短缺现象。由于“利益驱动”，滥用海砂有了 蔓延之势。海砂中含有氯盐，能引起混凝土中的钢筋严重腐蚀破坏，导致结构物不能耐久，甚至造成事故。国内外 已经有了不少惨痛教训。沿海地区海砂问题已引起了国内相关部门和专家的高度重视。本文调查了沿海地区的 建设领域使用海砂的现状，分析大量使用海砂的原因，指出了海砂应用于建筑工程的危害及原因。同时，总结了 利用海砂的技术措施，并提出了防止海砂滥用问题的保障措施。 关键词海砂；钢筋腐蚀；耐久性；对策研究；危害防治 海砂作为建筑用砂具有“双刃剑”的性质：有利的一 格措施进行控制不合格海砂的滥用、偷用，那么，受利益的驱 使，海砂的大规模使用仍将在沿海地区大范围的存在，同时 其潜在的威胁和社会危害性也将会更为严重与深远。 面——用海砂取代或部分取代河砂，可以很好地缓解河砂的 短缺现象；不利的一面——海砂含有的氯离子对混凝土有破 坏作用，从而降低建筑物的耐久性及安全性。如果使用的海 砂在使用前经过严格的“除氯处理”，使其达到合格标准后， 再利用于建筑工程中将是一件利国利民、“变废为宝”的民生 大事。因此，对厦门地区海砂利用问题进行深入研究，从技 术、经济和管理等方面对海砂的利用进行规范，具有一定的 理论意义和现实意义。 ２海砂的危害及原因 ２．１滥用海砂带来的危害 海砂中含有的主要有害物质有云母、轻物质、有机物、硫 化物、硫酸盐及氯盐等。海砂的危害主要来自海砂中含有的 氯盐。氯盐中所含有的氯离子会使混凝土中的钢筋失去钝化 膜，而使钢筋产生腐蚀，其锈蚀产物的体积将比原来的体积 １海砂的利用现状和原因分析 沿海地区一直存在着淡水河砂的资源不足、从外地运砂 大２．５倍以上，会使混凝土开裂、剥落，最终将导致建筑结构 破坏、失效。 的高成本与本地区丰富的海砂资源的利益矛盾，使得海砂在 这一地区的建筑企业中的使用一直具有相当强的生命力。据 调查目前天然砂的市场价格约为７０元／ｍ，，而海砂（未经淡 ２．１．１主体结构：腐蚀结构钢筋、降低结构耐久性 海砂对结构的破坏主要是腐蚀结构钢筋引起的，而结构 钢筋的腐蚀会使整个建筑物的承载力降低，主要是： 化）的市场价格为３Ｏ元／ｍ，，由此可见，未经淡化海砂的价格 比淡水砂便宜近５０％左右。据宁波市地方建筑材料管理处的 调查显示，宁波市每年建设用砂中海砂的使用量在８０％左 （１）钢筋腐蚀会使钢筋的截面积减小，并能使钢筋的屈 服强度和极限强度受到不同程度的影响而降低。 （２）钢筋腐蚀会使混凝土引起胀裂，久而久之会引起混 右。仅以２００３年为例，宁波市建筑用砂约为１０００万ｔ，其中 用海砂为８００万ｔ。而这８００万ｔ海砂中，以各种理由和各种 原因使用的未经淡化的海砂达５２０万ｔ，占６５％之多。厦门地 区淡水砂主要来自江东（漳州）的淡水砂，然而江东砂要供应 漳州及厦门地区，显然供不应求。随着经济建设的发展厦门 凝土的剥落，从而造成混凝土构件的有效截面积的减小，而 混凝土的截面积的减小将对结构的承载力产生严重的影响。 （３）钢筋腐蚀会使钢筋和混凝土间的粘结强度降低，严 重的会引起受拉钢筋不能起到作用，而使受压钢筋过早的压 屈，降低结构的承载力。 （４）钢筋腐蚀会使箍筋先于主筋腐蚀，而箍筋的腐蚀会 地区对河砂的需求量不断扩大，而沿海丰富的海砂资源也为 该地区的不合理利用海砂资源埋下了较大的不确定因素。 随着经济建设的蓬勃发展，房地产市场的发展，建筑规 模不断扩大，在河砂日益紧缺的矛盾无法根本解决的前提 下，对海砂的需求量将会进一步增加。如果不下决心采取严 直接影响构件的抗剪承载力，因为腐蚀的箍筋不仅不能有效 地约束混凝土使其强度提高，反而会因腐蚀而产生的膨胀力 对结构保护层的破坏从而降低结构承载力。 ２．１．２装饰面：间接降低结构耐久性、墙体裂缝、降低墙面腻 ・２５・ ■综合论述 翘楚建村 ２０１２血 子粘结强度 海砂用于建筑装饰面虽然不会对主体结构产生直接的 影响，但是当主体结构的梁、板、柱的混凝土保护厚度达不到 规范要求时，装饰面的海砂中的氯离子就有可能会从结构表 面开始慢慢渗透到主体结构中，使主体结构的梁、板、柱中的 氯离子含量达到或超过其含量的临界值，从而对主体结构的 耐久性造成不利的影响。现在的工程主体多是框架结构，墙 体主要是空心砖或加气混凝土块砌筑而成的填充墙，施工时 将主体结构和填充墙的连接处用钢丝网连接，这样可以在一 定程度上减少裂缝的产生。但当采用海砂为拌合物的砂浆 时，海砂中的氯离子就可以腐蚀钢丝网，钢丝网体积变大从 而加速墙体裂缝的发展而使钢丝网起不到任何的作用，反而 起到相反的效果，既浪费了资源，又降低了工程质量。另外海 砂的抹面砂浆的使用也会降低墙面与腻子的粘结强度，因为 腻子与抹面砂浆之间产生一层白色的碳酸盐粉末，从而使建 筑墙体的腻子大面积脱落，影响建筑物的使用功能。例如： ２００７年６月２５日，《新华纵横》记者在福建平潭县龙飞路一 家名为“金海岸花园”的建筑工地看到，墙面上多处出现了白 色的粉末状物质，这就是由于使用了未经淡化处理的海砂造 成的。记者去的时候该工地一片寂静，正是因为不合理的使 用海砂而处于停工状态。 ２．２海砂对建筑结构破坏的原因 ２．２．１钢筋腐蚀机理 混凝土结构中钢筋的腐蚀是一个电化学过程，在阳极， 铁逐渐离子化；在阴极，水中的０ 吸收电子面生成ＯＨ一离 子。阳极的Ｆｅ“与迁移来的ＯＨ一结合成Ｆｅ（ＯＨ） 锈膜或与水 分中的ＣＬ一生成Ｆｅ（ＯＨ）ＣＬ，而后再进一步与Ｈ ０和０：结构 生成铁锈： Ｆｅ（ＯＨ￣＋０２＋Ｈ２０ ｎＦｅ２０３・ｍＨ２０（２锈）＋Ｆｅ３ｏ４（黑锈） Ｆｅ（ＯＨ）ＣＬ＋０２＋Ｈ２０＿ｎＦｅ２０３・ｍＨ２０（红锈）＋ＨＣＬ 因此，钢筋锈蚀的必要条件是：钢筋表面存在有一定的 电位差；存在足够的Ｈ ０及溶解０ ；阳极段表面处于活化状 态。一般地，混凝土中的液相ｐＨ值可达１２．５～１３．５。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。只有当混凝土保护层被碳化或者积聚了 足够量的ＣＬ一时，钢筋表面才会处于活化状态。 ２．２．２海砂中的ＣＬ一对钢筋腐蚀的影响 海砂中含有超标的氯盐，而海砂被作为细集料应用于混 凝土中将对混凝土结构产生不利的影响。海砂中的氯盐在混 凝土中对结构中的钢筋的腐蚀机理如下： （１）破坏钝化膜：水泥水化后的高碱性（ｐＨ≥１２．６），使其 ・２６・ 内部表面产生一层致密的钝化膜对钢筋有很强的保护能力， 这使得钢筋在正常的混凝土中不受腐蚀。然而，此钝化膜只 有在高碱性环境中才是稳定的。研究与实践表明，当ｐＨ＜ｌ １．５ 时，钝化膜就开始不稳定（临界值）；当ｐＨ＜９．８８时，钝化膜生 成困难或已经生成的钝化膜逐渐破坏。因此，当ＣＬ－进入混 凝土中并到达钢筋表面，当它吸附于局部钝化膜处时，可使 该处的ｐＨ值迅速降低（ＣＬ－被称为“酸根”），从而使钝化膜 产生破坏。 （２）形成“腐蚀电池”：这是一个电化学过程，ＣＬ－对钢筋 表面钝化膜的破坏首先发生在局部，使这些局部露出铁基 体，与尚完好的钝化膜区域之间构成电位差。铁基体作为阳 极而受腐蚀，大面积的钝化膜区作为阴极。腐蚀电池作用的 结果，钢筋表面产生点蚀，由于大阴极（钝化膜区）对应于小 阳极（钝化膜破坏点），坑蚀发展十分迅速。这就是ＣＬ一对钢 筋表面产生“坑蚀”为主的原因所在。 （３）ＣＬ－的阳极去极化作用：ＣＬ一不仅促成了钢筋表面的 腐蚀电池，而且加速电池作用的过程。阳极反应过程是 Ｆｅ一２ｅ＝Ｆｅ”，如果生成的Ｆｅ 不能及时搬走而积累于阳极表 面，则阳极反应就会因而受阻；相反，如果生成的Ｆｅ 能及时 被搬运走，那么，阳极过程就会顺利进行乃至加速进行。ＣＬ－ 和Ｆｅ“相遇会生成ＦｅＣ ，ＣＬ－能使Ｆｅ ‘消失”，从而加速阳 极过程。通常把使阳极过程受阻称作阳极极化作用，而加速 阳极过程者，称作阳极去化作用，ＣＬ－正是发挥了阳极去极化 作用的功能。然而ＦｅＣ 是可溶的，因为其在混凝土中扩散 时遇到ＯＨ一，立即生成Ｆｅ（ＯＨ）：沉淀，又进一步氧化生成铁的 氧化物（铁锈），由此可见，ＣＬ一并不会被“消耗”，只是在其中 起到了“搬运”作用，这也是氯离子的主要危害所在。 （４）ＣＬ一的导电作用：腐蚀电池的要素之一是要有离子通 路。混凝土中的ＣＬ一存在，强化了离子通路，降低了阴、阳极 之间的欧姆电阻，提高了腐蚀电池的效率，从而加速了电化 学腐蚀过程。 （５）ＣＬ－与水泥的作用及对钢筋锈蚀的影响：水泥中的铝 酸三钙（Ｃ Ａ），在一定条件下可与氯盐作用生成不溶性“复 盐”，降低了混凝土中游离ｃ卜的存在，从这个角度讲，含ＣＡ 高的水泥品种有利于抵御Ｃｌ一的侵害。海洋环境中优先选用 ＣＡ含量较高的普通硅酸盐水泥，道理就在于此。然而，应该 注意的是，“复盐”只有在强碱性环境下才能生成和保持稳 定，当混凝土的碱度降低时，“复盐”会发生分解，重新释放出 ｃｌ～来。就此而言，保持混凝土的高碱性也是重要的。此外，在 同时含有硫酸盐的情况下，ｃＩ一与Ｃ Ａ生成“复盐”，有利于降 低硫酸盐与Ｃ Ａ作用而发生的“膨胀”破坏。就是说ｃｌ＿在一 第３期（总第１３１期） 巍更莲科 综合论述一 定条件下可抑制硫酸盐对混凝土的破坏作用。条件是：必须 保持混凝土的高碱度，并且氯盐、硫酸盐在混凝土中有较低 的浓度。相反，若氯盐与硫酸盐的加和浓度过高，将更加速钢 筋腐蚀和对混凝土的破坏。 当钝化膜被破坏后，钢筋就开始锈蚀，钢筋锈蚀后，其体 积可膨胀２—４倍，钢筋四周膨胀，从而使混凝土表面开裂， 开裂后将加快结构中的钢筋的锈蚀。最后钢筋挤压混凝土保 护层使之达到极限拉应变而致结构破坏，乃至整个建筑物的 倒塌。 ３海砂利用的技术措施 ３．１大部分的海砂不能直接利用 暂不讨论海砂与河砂之间还可能存在的其他性能方面 的差异，海砂给建筑物带来的危害主要来自于其较高的ｃｌ一 含量。按照国内外的有关规定，凡是含盐量低于限定值的海 砂（如低于０．０２％、０．０４％或０．０６％），都是允许在混凝土中直 接使用的。然而问题在于：这种含ｃｒ很低的海砂，并不是到 处都有的或经常存在的。即使在同一个区域，也可能表面的 含Ｃ１－量符合规定要求可以直接利用，而深部的海砂含ＣＩ－量 可能超过限定值，因为表面的海砂经过常年雨水的冲刷，盐 分下沉，使得深部的海砂盐分沉积致ｃｌ＿含量更高。因此大多 数情况下海砂是不能直接被利用的，如果要使用海砂，则应 该处理好海砂中含ｃｌ＿量对钢筋的腐蚀问题。 其实，海砂的含盐量在不同地区、不同部位差别很大，可 能在０．０２％一０．３％范围内。多数情况下海砂的含盐量是“超 标”的，一般不能直接采用。 ３－２利用“超标”海砂时可采取的技术措施 综合国内外的相关资料及相关利用海砂的经验，根据含 盐量低于限值的海砂可以利用及海砂对钢筋的腐蚀的特点， 总结五种可以采取的技术措施。 ３．２．１自然堆积法 自然堆积法是利用海盐的沉积性及大自然的资源，将海 砂自然堆积到一定的厚度，利用堆积时间长的特点在大自然 风吹、雨淋、日晒等作用下，经过数月或更长的时间后，经过 取样化验含盐量符合规范要求后即可使用。这种方法的缺 点：花费时间长、不能解决应急需要；优点：成本低、占地不需 太大。 ３．２．２淡水冲洗法 淡水冲洗法可分为斗式滤水法和散水法。它是利用淡水 冲洗海砂，使其含盐量达到标准要求。这种方法的缺点：浪费 淡水资源（斗式滤水法：每立方米砂需要消耗淡水０．８ｔ以上， 每批除盐时间１２～２４ｈ，场地不需太大；散水法：每立方米砂 需要消耗淡水Ｏ．２ｔ以上，而所需场地较大）、造价偏高；优点 是能满足应急需要。然而淡水资源也是可贵的资源，因此此 法的实施应具体分折。 ３．２．３机械法 机械法就是采用机械设备对海砂进行处理，主要需要 有：分级设备、离心设备、给排水设备等机械设备。这种方法 的缺点：浪费淡水资源（每立方米砂需要消耗淡水量约在１．５ｔ 以上）、造价偏高；优点是所耗时间短、可工业机械化。 ３．２．４混合法 混合法是将海砂与河砂按适当的比例掺合在一起，其根 本原理也是降低含盐量。海砂与河砂的比例可根据其混合物 取样化验其含盐量（氯化物含量），当其含盐量小于国家有关 规范要求时，即可使用。这种方法的缺点：没有具体的规范可 循；优点：操作方便，原理简单。 ３．２．５掺加阻锈剂法 掺加阻锈剂法就是在｝昆凝土或砂浆拌合物中掺加一种 叫做“钢筋阻锈剂”的化学药剂，以抑制、消除海砂中的氯盐 对钢筋的腐蚀作用。这种方法在日本使用较为普遍。这种方 法缺点是造价高；优点是可操作性强、技术可靠。 以上五种方法各有优缺点，具体操作利用海砂时可根据 各地的实际情况并综合考虑各自的优缺点、适用性、经济性 等要素对各种方法进行比选，从而选取综合可行的方法。 ４海砂利用的保障措施 从以上的分析可以看出：只要采取一些简单、可行的技术 措施，海砂是可以被有效利用的。海砂的利用得当与否在更 大程度上取决于政府部门的行政管理。若管理到位，海砂完 全能够很好地被利用，若是管理不到位就会因海砂的不合理 利用而给社会带来巨大的损失。在这一点上，日本和我国台 湾地区的经验中表现出很鲜明的对比：日本目前建筑用砂中 ９０％是海砂，由于管理严格，措施到位，取得了较好的效果，很 好地解决了建筑用砂（淡水砂）的缺乏问题；而我国台湾地 区，由于有令不行，有禁不止，滥用海砂，造成了震动整个社 会的“海砂屋”问题，给人民群众、社会带来了巨大的损失。在 这资源日益短缺的时代，只有有条件地、合理地利用海砂，才 能真正做到利国利民。因此，利用海砂不仅要有可靠、可行的 技术措施，还应有一套综合的保障措施。 ５全寿命经济管理 由于前期决策、设计和施工造成的隐患，以及建成后维 护管理不当或无序拆除，我国一般建筑物的使用年限仅为 ３Ｏ一４０年。而一般建筑物的设计使用年限则为５０年。粗略计 算，如按各类建筑物的平均造价为５００元／Ｔｎ２计算，当今城乡 ・２７・ ■综合论述 楚建村 ２０１２生 ＣＦＧ桩复合地基研究进展 王立泉 （胜利油田胜利工程建设（集团）有限责任公司建安工程处，山东东营２５７０９５） 摘 要介绍了国内ＣＦＧ桩复合地基的研究进展，具体包括承载力计算及构造原理的研究进展、工程实 验、数值分析、人工智能等几个方面，并通过这些方面的研究，对下一步的研究工作进行展望，预期其在结构抗 震、沉降的可靠性、地基的设计、承载力及沉降量的计算等方面将得到进一步的发展。 关键词ＣＦＧ桩复合地基；承载力；结构 ０引言 随着我国工程建设的高速发展，ＣＦＧ桩由于充分利用 桩间土和桩共同作用的特有优势，具有早期强度高、施工 速度快、工程造价低等特点，在目前的建筑行业中得到越 来越广泛应用。ＣＦＧ桩在水利工程的地基处理中得到了很 起形成复合地基。桩体的强度和模量比桩间土大，在荷载 作用下，桩顶应力比桩间土表面应力大，桩顶的垫层材料在 受压的同时会挤向周围桩间土。ＣＦＧ桩复合地基通过褥垫 层和基础连接，以保证在任意荷载下桩和桩间土始终参与 工作，起到加固湿软粘土、软土地基的作用。根据这个机理 ＣＦＧ桩逐渐出现在铁路路基和公路路基／高层建筑的施工 处理之中。 好的应用，并且通过相关的实验发现ＣＦＧ桩是水利工程地 基加固行之有效的方法。由于ＣＦＧ桩和桩间土、褥垫层一 总建筑的资产总值约达２３万亿元。每平方米建筑面积约消 ６结束语 当务之急是要加强海砂的基础研究，提高社会、企业、大 耗钢材５０ｋｇ、水泥１５０ｋｇ。如果这些建筑物的实际使用寿命 能够比５Ｏ年的设计使用寿命增长２０年，这意味着将能节约 资金９．２万亿元，钢材９亿ｔ，水泥２７亿ｔ。这还未包括建筑装 众对海砂危害的认识，普及人们对结构耐久性的知识，提高 人们的社会责任感，开展宣传、学习活动。同时加强行政管 修、建筑设备以及建筑垃圾运输与处置的资金节约。如果本 可以正常使用百年左右的房屋只使用了３０年或４０年就大 理，加大处罚力度，一经发现滥用、偷用不合格海砂的现象， 一定要严加处罚。 量拆除，很显然这不符合我国可持续发展国策的基本要求。 我国亟需制订与《建筑法》及《物业管理条例》相配套的 “建筑物管理条例”，并以此作为建立和推行建筑物全寿命周 参考文献 【１】 洪乃丰．海砂对钢筋混凝土的腐蚀与对策ＤＩ．冶金建筑研 究总院．混凝土，２００２ 期质量安全管理制度的法律依据，用以规范建筑物全寿命周 期过程中各参建单位的行为和活动，特别是规范施工期的质 量行为，减少原材料的使用对建筑物耐久性的不利影响，比 如海砂对建筑物的耐久性的影响。并以此来加强建设单位及 监督单位的监督、管理力度。使全寿命经济管理的理念在各 个阶段的管理者中形成良好的认识，包括项目决策、勘查设 【２】 郑荣跃，袁丽莉，贺智敏．宁波地区的海砂问题及其对策 Ｄ１．混凝土，２００４ 【３】 张泳．沿海地区海砂利用及所引发问题的研究Ⅱ】．四川建 筑，第２６卷３期 ［４Ｊ 吴桂芹．海砂用于抹面砂浆对建筑工程耐久性的影响Ｕ】． 计，到建造，再到经营使用各阶段。 因此，清华大学教授卢谦日前在由中国工程院和国家住 山东建材，２００６ ｆ５】 洪乃丰．混凝土中钢筋腐蚀与防护技术（３）——氯盐与 钢筋腐蚀破坏ｆｉⅥＪ．冶金建筑研究总院 房和城乡建设部共同举办的工程科技论坛上呼吁：应加快研 究和建立“建筑物全寿命周期质量安全管理制度”，以加强建 筑物质量、安全的管理，保证我国建设事业更加平稳、健康地 发展。 ・２８・