一、國內外將海砂作為建設用砂應用情況簡介

    海砂凈化研究并規模化生產和使用源于國外，如英國、日本、荷蘭等為代表的30多個沿海國家于20世紀初中期就已經開始利用近海海砂資源，特別是20世紀八十年代以來，各國陸地建設用的砂源減少，加上保護環境的壓力，迫使各國重新認識近海海砂資源的潛力，海砂已成為目前僅次于海洋石油天然氣的正在開發的第二大海洋礦產。

    中國大規模的工程建設是由沿海向內陸發展，中國沿海城市建設用砂從1998年開始出現供應趨緊的現象。當時由于沒有新砂源的出現，建設不能停止，由此引發河砂亂挖濫采，引起堤壩河岸破壞，河岸侵蝕，土地流失，毀壞沿岸附近的公路、房屋、農田、村鎮及設施。2005年，部分城市已出現淡水砂資源枯竭，必須從外地運入，價格不斷攀升。在沿海城市建設中，一方面河砂緊缺，一方面沿海又有大量的海砂，從而出現將開采的海砂用于建設工程，彌補河砂砂源不足的局面。

    臺灣于1986年開始陸續使用經簡單凈化或未凈化的海砂。由于對海砂的知識不足，加上經濟因素，認為只要海砂和河砂混合，降低氯離子含量即可安全，因此將海砂與河砂混合使用，一般的比例為河砂：海砂=4：1，個別次要的工程為3：1或2：1或1：1或1：4等。1993年，臺灣爆發“海砂屋事件”，許多房屋剛建完尚未開始使用就已經劣質化，有的橋梁剛建成四年就不能使用，造成社會的恐慌，政府受到彈劾，管理當局檢討并參照日本標準制定臺灣的標準，允許砂含氯離子為0.024%，當年即組織6000人進行培訓，全面開展市場檢測，規定新拌制的混凝土必須經現場氯離子檢測通過后方可使用，對經評估后可修補的房屋，政府給予補貼，不可修復的政府以增加容積率或補貼的方式予以拆建，采取種種措施后，方平息了百姓的恐懼和怒火。臺灣經過實踐后又發現0.024%標準過于寬松，不利于管理和質量安全，故將氯離子含量調整為0.012%，2012年臺灣又將氯離子含量限值降為＜0.005%，此后再未出現“海砂屋”現象。

    國內最早大規模利用海砂的地區是寧波。1997年寧波研究并建成第一條二道淡水沖洗法海砂凈化生產線。2003年寧波出臺《寧波建筑工程使用海砂管理規定（試行）》后，寧波凈化砂廠迅速增加，寧波規定凈化砂的氯離子為≤0.02%，實際多數廠家產品氯離子在0.007～0.015%之間。2010年寧波出現了質量問題，2011年寧波政府禁止使用凈化砂，但仍然實施氯離子≤0.02%的標準，實際上外地的凈化海砂大量進入寧波市場。2012年寧波修改標準，將砂的氯離子含量指標修訂為≤0.0020%，寧波若能真正按此標準執行，將十分有利于寧波的工程質量安全。

    全國各地沿海城市的河砂不同程度處于緊缺狀態，寧波的二道淡水沖洗法在中國的沿海城市迅速傳播，今年3.15報出深圳的海砂使用情況，實際上這種現象不僅存在于深圳，也存在于其它的沿海城市。現有標準中，氯離子含量的指標范圍在0.01～0.06%之間，此標準除過于寬松外，還讓各地可以按自己的意愿來采取某一個指標執行。目前全國沿海地區對氯離子的限量值有0.06%、0.03%、0.02%、0.01%、0.0020%等。如不修改并提升標準，則無法禁止低品質的凈化海砂在工程中的使用，會給沿海城市帶來潛在的危險，有可能會引起社會的不安定。目前有些地方政府采用一刀切的辦法，禁用凈化海砂，想以此來阻止劣質凈化海砂的使用，保證工程質量，但因為標準沒改變，甚至標準更為寬松，結果則是無法管控，實際上照樣是劣質砂用于建設工程。簡單地禁用凈化海砂除不科學外，實際上也是做不到的。修改并提升標準才是保證工程質量的唯一出路。

    二、海砂特性與所含氯離子的危害

    海砂是陸源砂，經過遠久的年代，在山洪及流水的作用下，河砂大量進入海洋，并不斷在水動力作用下搬運，沉積，而形成海底砂礦。全國沿海城市蘊藏著數量極大的砂礦，這些砂礦正在被開采利用，可為沿海城市建設服務數十年乃至上百年。

    海砂因是陸源砂，所以在礦物組成、機械強度、放射性含量以及顆粒級配與河砂基本一致。但由于水動力搬遷摩擦的結果，海砂的磨圓度、堅固性好，配制成混凝土和砂漿其和易性、流動性更佳。

    河砂進入大海后，長期浸泡在海水中，因不同區域的海水中組成物質的含量不同，如入海口和深海情況不同，同一地區的不同區域亦有不同，所以海砂受海水侵蝕是不同的，而且相差甚大，但在一般的情況下，典型的海水中含有氯化鈉2.7%，氯化鎂0.32%，氯化鈣0.05%，硫酸鎂0.22%，硫酸鈣0.11%，還有一些微生物、貝殼、有機物、泥、和其它水溶性無機鹽、有機鹽等離子。長期浸泡的結果，使得這些物質填充在海砂的裂縫中、間隙中和沉積吸附在海砂的表面，要徹底清洗掉這些物質，還原成入海前河砂的狀況狀態，是相當困難的。但我們在研究中發現海洋中的這些物質并不與海砂起化學反應，這些物質存在形式的最基本特征是物理吸附，因此只要知道并根據這些物質的吸附特性，便可設計合理的工藝將這些物質徹底清除，將海砂還原成入海前的河砂狀態。這一過程就是海砂的凈化，經凈化后合格產品在中國給予專有名稱——凈化海砂。臺灣及國外沒有凈化海砂的名稱。

    我們對海砂中有害物質進行研究后，將其歸類，認為大致可分為以下12種類：⑴放射性 ⑵堿活性物  ⑶硫酸鹽  ⑷微生物 ⑸貝殼  ⑹雜質  ⑺泥、泥塊  ⑻云母  ⑼硫化物等  ⑽其它鹽類  ⑾有機物  ⑿氯鹽海水中的這些物質對鋼筋混凝土和對建筑砂漿的影響和危害已有專門的深入研究，并在規范中給予明確的定量規定。當然隨著科學技術的進步，隨著對海砂使用過程產生的新問題和經驗的總結，對凈化海砂產品的各種指標都在做調整和修訂，使其既能在現有技術水平上為建設服務，又能保證安全和耐久性。下面討論海砂不同于河砂的二個重要指標：

    1、水溶性無機鹽

    由海砂引入的水溶性無機鹽類，會不同程度影響混凝土的凝結時間及早期強度，和制成混凝土制品的導電性。如果是硫酸鹽，硫酸根離子會與水泥水化產物Ca（OH）2反應生成CaSO4.2H2O水化物，再與水泥中的C3A水化物反應生成鈣釩石，導致混凝土膨脹，產生裂紋，從而影響混凝土的耐久性等，堿金屬含量高會增大堿活性的風險，因而必須最大限度地將這些鹽類及含硫酸根、硫化物全部清除，以確保混凝土的耐久性。

    2、 氯鹽

    氯鹽在有水的條件下，會產生游離的氯離子。當氯離子在鋼筋表面的聚集到一定的濃度時，不僅能破壞鋼筋鈍化膜，形成腐蝕電池，降低PH值，造成鋼筋銹蝕，而且能增大溶液的導電性，增大電極電位差，從而加速鋼筋銹蝕進程，所以氯離子為海砂中銹蝕鋼筋最有害的物質之首，因而衡量凈化海砂品質的優劣，其氯離子含量指標是最重要的，若能將氯離子清除到0.000%（小數點后四位數四舍五入），即可認為是河砂，在技術和經濟允許的情況下，應提倡將凈化海砂產品的氯離子清除至越低越好。

    氯離子對鋼筋銹蝕的機理：

    ① 破壞鈍化膜：混凝土內具有高堿環境，新制成的混凝土一般的PH值在12.5～13.5之間，新制成的混凝土鋼筋表面一般會形成一層鈍化膜，阻止氯離子對鋼筋的銹蝕。然而該鈍化膜只有在高堿的環境中才能穩定。當PH值小于9.0時，鋼筋表面的鈍化膜就會逐漸被破壞。C1- 是較強的去鈍化劑，當C1-進入混凝土到達鋼筋表面吸附于局部鈍化膜時，可使該部位的PH值迅速下降，從而破壞鋼筋表面的鈍化膜。定量研究發現，氯離子滲入到混凝土鋼筋表面，只有達到一定濃度時鋼筋才開始銹蝕。通常認為，在混凝土液相中，當濃度比值為【C1-】/【0H-】>0.61時，鋼筋才開始銹蝕，此比值被用為引起鋼筋銹蝕的氯離子的“臨界值”。 因此，國內外規范中規定的限值，皆是以“臨界值”為基本參考制定混凝土中氯離子的限值。實際上，混凝土內部相互作用的因素很多，其中【0H-】的濃度也在不斷變化中，而且混凝土的局部也有不均勻性，同時會因外界環境的變化而變化，也由此可知以臨界值為基礎得出的對海砂【C1-】含量限值的不合理性。

    ② 形成腐蝕電池：CL-對鋼筋表面鈍化膜的破壞發生在局部，使這些部位露出了鐵基體，形成陽極，大面積的鈍化膜作為陰極，形成腐蝕電池。 CL-與陽極反應生成FeCl2將陽極產物搬去，在向混凝土內擴散時遇到OH-生成Fe（OH）2沉淀又放出H+、Cl-。這樣Cl-就又回到陽極，將陽極產物再搬走，由此可見起到了搬運的作用，卻并不被消耗，也就是說，凡是進入混凝土中的Cl-的存在會周而復始地起到破壞作用，這就是氯離子危害的特點。

    ③ 鋼筋被銹蝕：

    氯離子在鋼筋的銹蝕過程中的扮演的是催化劑的作用，它參與鐵變成鐵銹的化學反應過程，生成中間產物FeCl2與水反應生成Fe（OH）2和HCl，Cl-在化學溶液中的存在，大大減少了電化學溶液中的電阻，同時降低鋼筋附近的PH值，加速鐵銹的生成，周而復始，鐵銹的體積是鐵的數倍，鐵銹積少成多，造成海砂砼出現順鋼筋開裂等一系列劣化現象。當鋼筋鈍化膜開始破壞，混凝土對鋼筋的握裹力就開始下降，隨著鋼筋的生銹，鋼筋截面積的減少，混凝土對鋼筋握裹力進一步下降，直到完全失去，這時混凝土失去鋼筋的支撐，當有外力的作用時，便出現了潰塌。

    實際上，砼中的鋼筋銹蝕是一個多因素的復雜的過程，它和砼內部的孔隙特征，水化程度，C3A含量、保護層厚度，PH值、氯離子含量以及外部的因素，如溫度、濕度、碳化、酸堿性環境、含氧量等因素均有關，這些因素之間相互影響、相互作用、最終導致鋼筋的銹蝕。當然氯離子的作用是導致和加速鋼筋銹蝕最重要的內因。因此提倡將凈化海砂的氯離子含量值降低至接近于河砂或達到河砂的水平，使其可視同河砂使用。當然用河砂制成的混凝土并不是鋼筋就不生銹、混凝土不老化。鋼筋生銹和混凝土老化還有別的因素，使用河砂還必須滿足其品質指標的要求。

    三、關于海砂氯離子含量標準的討論

    海砂雖然含有十幾種對鋼筋混凝土及建筑砂漿有害的物質，在當前的用淡水法清洗海砂為主要工藝的凈化過程中，這些物質的含量與氯離子含量有一定的相關性，在一般的情況下，如將氯離子清除到≤0.003%時，其它的有害物質基本同時被清除干凈（貝殼、放射性、云母除外）當凈化海砂的氯離子凈化到≤0.003%時，用其制成的混凝土與用海砂或凈化不徹底的海砂制成的混凝土以及和用純河砂制成混凝土相比，經35周養護后會發現，用河砂和用氯離子≤0.003%的凈化海砂制成混凝土的強度同樣在增加，而用海砂或凈化不徹底的海砂制成的混凝土強度在下降。這說明了海砂的抗老化差，由其制成的混凝土易于老化，所以海砂不但會銹蝕鋼筋，還會降低混凝土的耐久性。所謂的“海砂屋”就是鋼筋的銹蝕和混凝土強度降低劣化的現象。

    由此可見一般情況下，可用氯離子的含量這一重要指標來判斷凈化海砂的優劣。

    關于建設用砂氯離子含量限定值 ，我們認為：

    1、各國及中國各地對建設用砂的氯離子含量標準存在著很大的差異（參見表一），這體現了對砂中氯離子的危害性的認識差異。寧波、臺灣、日本的許多經驗已證明按現有的標準執行會不同程度出現質量問題，所以標準一直在不斷的修正之中，且日漸趨嚴。在實際的商品混凝土工廠中，不同等級混凝土用砂是難以分開堆放使用的，低等級的混凝土由于膠凝材料少，放寬氯離子的限定值更不安全。因此，有必要對建設用砂的氯離子含量作統一的規定，并且要嚴格限定，才能確保安全。

    2、 在混凝土的制作中，除海砂引入氯離子外，還有如自來水（約0.002%～0.004%之間），石子、粉煤灰、礦粉、水泥等引入，這些氯離子疊加結果會使CL-進一步增加。在使用中并未規定或未檢其它材料的CL-含量，因而也需要降低凈化海砂中CL-的含量，使制成混凝土氯離子總含量在較小的數值內。

    3、 由于沿海地區多數使用海砂或簡單清洗后的海砂抹面，CL-會反滲入砼中，大量增加砼中的CL-含量。同時氯鹽含量高的凈化海砂用作抹灰，鹽份的存在使抹灰面易于吸濕，不利于居住者的健康，同時會更容易向混凝土滲入水分，加速鋼筋的銹蝕。建筑砂漿用砂的氯離子同樣應規定為≤ 0.003%。

    4、 現有海砂凈化技術已很成熟，成本低，經濟性好，其工藝已可將氯離子凈化到≤ 0.003%因此，建議將凈化海砂的CL-含量進行修改，為≤ 0.003%為宜。

    結論與建議：

    1、中國沿海蘊藏著非常豐富的海砂資源，海砂實際上已大量用于建設工程。現有的標準太寬松，工程建設潛在很大的風險，有的已出現工程質量問題，若繼續下去，會給社會帶來極大的損失，由此可能引起社會的不穩定因素。若不提升指標，人們會懼怕，最終導致杜絕凈化海砂的使用。

    2、現在的海砂凈化技術已能將海砂凈化到入海前河砂的基本狀態，且經濟指標良好。建議將凈化海砂的氯離子含量指標修改為≤ 0.003%，這樣人們便不會懼怕海砂，而且能改心大膽地使用海砂，讓凈化海砂為沿海城市的建設服務，成為環境友好型建筑材料。

    3、建設用砂應在政府的規劃管理下建設發展，有條件的地方還可統籌運用河砂、凈化海砂、人工砂、再生砂等多種砂源，統一布局規劃，建立許可證制度，在政府及相關部門的監管下運行，有益于砂行業的健康與發展。

世界各國和中國對建設用砂氯離子限值的規定（表一）

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責任編輯：王元

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