陸 峰

上海建工集團股份有限公司 上海 200080

混凝土作為最主要的建筑材料，其使用量在我國逐年攀升，因而建筑用砂量也日趨上升，這使得河砂資源面臨著日益嚴峻的供需矛盾，以長江經濟區(qū)為例，每年對于建筑用砂的需求約為9 000萬 t[1]。

我國一半以上的地區(qū)都出現了河砂資源嚴重短缺的狀況，連原來資源豐富的地區(qū)的河砂量也大為減少，甚至接近枯竭，如何解決建筑用砂這一問題日益突出。另外，大量的河砂開采行為也造成了嚴重的環(huán)境問題。河流流域附近的環(huán)境因涵養(yǎng)地下水資源的砂礫石層被大量挖掘而遭到了不可逆的破壞。

同時，毀田挖砂更使得有限的耕地資源進一步減損，引發(fā)了不良的生態(tài)效應與社會效應。日益匱乏的陸地河床砂礫現狀以及節(jié)約建設資源、塑造環(huán)境友好型社會政策要求，使得合理開發(fā)與利用海砂資源成為有效緩解這一系列問題的重要舉措。

我國擁有綿長的海岸線且可開采的海砂資源極為豐饒，探明的淺海海域海砂規(guī)模約為1.6萬億 t[2]，同時海砂成本約為河砂成本的67%[3]，沿海省份及地區(qū)可以充分利用其地理資源優(yōu)勢合理利用海砂，以緩解天然河砂日益匱乏的局面。

1 海南省海砂資源分布

經勘測海南省的海砂資源發(fā)現[4]，島內除東線（文昌、萬寧）以及西線（儋州、臨高）的部分地區(qū)海岸多為基巖或礫石外，砂質沉積物環(huán)島錯落分布。有報告指出[5]，海砂尤其在萬寧至三亞的東線、樂東至東方的西線一帶海灣內儲量豐富。

此外，西部沿岸、瓊州海峽的東口以及瓊西淺海區(qū)也蘊藏著豐富的海砂資源，其開采潛力巨大[6]。

海南省地質局的河砂資源勘察結果顯示[7]：海南省內天然河砂資源儲存量僅為5億 m3，而海南省具有開采潛力巨大的海砂資源，因此可科學合理、依法合規(guī)地對這些海砂資源進行采掘，可有效解決島內建筑施工所需建筑用砂資源缺乏的問題。

2 未經處理的海砂不當使用的危害

2.1 未經處理的海砂腐蝕機理

未經處理的海砂中含有大量氯鹽、重金屬鹽、貝殼雜質以及有害雜質等?；炷林袖摻畋桓邏A性孔隙液所庇護，鋼筋與混凝土表面由于生成致密的氧化膜而處于鈍化狀態(tài)[8]。

當鋼筋周圍的氯離子含量高于某一特定值時，鈍化膜將逐步通過化學反應溶解，進而使得鋼筋脫鈍化，加速了鋼筋銹蝕速率。腐蝕后的產物體積為鋼筋的3～8倍[9]，這將使混凝土內應力驟增，進而導致混凝土開裂甚至保護層剝蝕的嚴重情形發(fā)生。

此過程破壞機制可采用TUUTTI[10]建立的鋼筋壽命預測模型來表述，如圖1所示。

圖1 TUUTTI腐蝕模型

此外，海砂中的硫酸根離子將與混凝土中的Ca(OH)2進行反應形成鈣釩石，將導致混凝土體積膨脹，不利于保證混凝土構筑物的耐久性能。海砂中的貝殼類物質由于自身為片狀結構、表面光滑且強度較低，使得其與混凝土基體間的黏結性能不良，進而導致混凝土構筑物的基本力學性能與耐久性能均下降[11]，故應嚴格把控海砂中貝殼類物質的含量。有研究表明貝殼類物質含量不應超過3%[12]。

2.2 未經處理的海砂對建筑工程的危害

由于河砂資源的急劇緊缺致使其價格飛漲，使得很多企業(yè)將目光瞄準價格低廉且儲量豐富的海砂。然而，未經處理的海砂并不能直接用于建筑工程領域，如不進行處理，將導致“海砂屋”問題。工程中違規(guī)使用未經處理的海砂事件時有發(fā)生。

20世紀90年代，中國臺灣地區(qū)出現在眾多項目的混凝土材料中非法使用未經處理的海砂的現象，致使眾多混凝土構筑物腐蝕劣化，最終爆發(fā)了“海砂屋”丑聞[13]。著名的韓國“三豐大廈”驟然坍塌事故也是由于不正當使用海砂導致[14]。土耳其的伊茲米特市震后致使1.7萬人死亡，分析倒塌的房屋后發(fā)現這些建筑基本上都違規(guī)使用了海砂，存在著質量問題[15]。日本的一些震后房屋倒塌經研究也發(fā)現非法使用海砂是導致房屋在震中快速破壞的主要原因[15]。中國福建省惠安縣的輞川大橋在建設過程中違規(guī)使用海砂以及含鹽水，使得橋梁出現大面積銹蝕破壞情況，并于2000年停止使用；廣西、寧波以及深圳的部分項目也曾發(fā)生過類似海砂危害事件[16-18]。

針對如此猖獗且頻發(fā)的海砂開采及使用情形，國務院及各地方相繼出臺了相關政策法規(guī)?！督ㄔO部關于嚴格建筑用海砂管理的意見》（建標[2004]143號）指出，鋼筋混凝土中使用海砂時，氯離子含量不得大于0.06%；預應力混凝土中不宜采用海砂，若需采用應進行淡化處理且氯離子含量不得大于0.02%。

住建部頒布的JGJ 206—2010《海砂混凝土應用技術規(guī)范》[19]對海砂混凝土的制備、施工及使用進行了規(guī)定。DBJ 46-018—2019《海南省預拌混凝土應用技術標準》中砂的氯離子含量檢測指標更為嚴格，標準中明確指出在鋼筋混凝土工程中所使用的砂氯離子含量不得大于0.02%，在預應力混凝土工程中所使用的砂氯離子含量不得大于0.01%，以此杜絕海砂使用所帶來的建筑質量問題。

3 海砂淡化及應用前景

我國早在1997年就提出了淡化海砂的概念，淡化海砂是指將開采出來的海砂經二次處理凈化后而形成的天然砂。隨后GB/T 14684—2011《建設用砂》[20]將其作為天然砂分類予以明確，并于2016年形成建工行業(yè)建設標準JG/T 494—2016《建筑及市政工程用凈化海砂》[21]。

3.1 淡化海砂技術

海砂淡化處理的方法主要包括[17]：自然靜置法、機械法、淡水沖洗法、摻加阻銹劑法、混合法等。然而，目前市場上的大部分海砂使用淡水沖洗法進行處理[22]。淡水沖洗法需采用淡水對海砂進行多次大量沖洗，不僅除氯離子效果差，而且極耗費淡水資源。因此，研究者提出了一些新方法以解決傳統(tǒng)海砂淡化措施存在的局限性。楊子明等[23]提出采用臭氧水對海砂進行脫氯處理的方法，并通過試驗研究找出了最優(yōu)海砂與臭氧水用量比。

王平[24]基于傳統(tǒng)機械法開發(fā)了以深層除氯技術為核心的綜合洗砂法，并成功運用于三亞市亞洲區(qū)南山港港區(qū)海砂淡化項目。

3.2 淡化海砂應用前景

國外諸國，如美國、日本、英國等對海砂進行淡化處理并將其作為建筑用砂用于實際工程中的報道屢見不鮮。英國坐擁全球最大的海洋骨料生產及加工產業(yè)鏈，每年提供的海洋骨料約占國內建筑用料的67%[24]。作為全球最早利用海砂的國家，日本由于其規(guī)范化、科學化以及發(fā)達的開采淡化技術，使得海砂開采量與海砂淡化量成為全球第一[25]。在我國，21世紀初，上海寶鋼就在馬跡山港碼頭建設過程中成功使用了經嚴格管控的淡化海砂[26]。

中國沿海地區(qū)，如廣東、廣西、福建、浙江等地海砂淡化的企業(yè)如雨后春筍般出現且蓬勃發(fā)展，使得這些區(qū)域內的建筑用砂主要來源由河砂轉變?yōu)楹Ｉ?。對于最早采用海砂的寧波地區(qū)，海砂每年的采掘量約占其整個建筑用砂量的90%以上，為此出臺了《寧波市建筑工程使用海砂管理規(guī)定》以規(guī)范海砂的使用。2021年年初，海砂淡化綜合利用委員會宣布成立，這表明海砂的淡化行業(yè)在我國正朝著有組織且規(guī)范化的方向發(fā)展。

目前，海南省海砂的開采、生產、加工等這一產業(yè)鏈多為小型個體或民營企業(yè)，存在規(guī)模較小、設備簡陋、生產標準低下、環(huán)保條件不達標等問題，嚴重制約了淡化海砂的發(fā)展。

在海南省內加快推行淡化海砂產業(yè)的專營制度、審慎評估企業(yè)資質、提高生產技術的自動化及智能化水平，是保障海南地區(qū)淡化海砂實現建筑用材全面化應用的前提。

4 結語

海砂資源可緩解海南省及周邊地區(qū)河砂供應不足的急迫問題，然而由于沒有規(guī)范化的市場監(jiān)管，濫用未經淡化的海砂情況屢見不鮮，因而當前海南省建筑行業(yè)對建筑用海砂還保持謹慎態(tài)度。如何通過科學的布局、規(guī)范的開采，合理利用儲藏量豐富的天然海砂資源，是完善海南地區(qū)海砂開采利用產業(yè)鏈的先決條件，也是加速發(fā)展海南自貿區(qū)（港）新建筑材料產業(yè)的推動力。

當前，淡化海砂是利用海砂資源的一種有效途徑。隨著海砂淡化新工藝、新技術的日趨成熟與完善，淡化海砂在建筑工程中的使用率將得到提升，其擁有較為廣闊的應用前景。