摘要：海砂含泥量低、粒形優良、細度均勻，適合配制混凝土。然而，海砂含有較高的氯鹽、貝殼、輕物質等有害物質。未經凈化處理的海砂容易造成混凝土中的鋼筋過早銹蝕，給建筑工程埋下嚴重的質量隱患。國內外因濫用或誤用海砂出現了一批“海砂屋”，造成了重大的經濟損失和惡劣的社會影響。
1. 海砂資源及利用的問題
在我國東部沿海地區，人口稠密，經濟發達，工程建設量大，當河砂資源出現供給不足時，又沒有其他砂源替代（如內陸地區可以使用山砂或機制砂等替代），遠距離運輸河砂又會大大提高工程造價。與國外許多國家走過的路一樣，在陸砂資源短缺的情況下，人們開始將注意力轉向了當地砂源——海砂。因此，沿海地區開采利用海砂是經濟發展的客觀需要和歷史發展的必然。
英國、丹麥、挪威、瑞典、比利時、加拿大、澳大利亞、新西蘭、日本、韓國、土爾其、印度等國家以及我國的臺灣地區在海砂應用于工程建設方面已有多年的歷史和豐富的應用經驗。尤其是河砂、陸砂資源短缺的日本，在20世紀40年代就已經開始利用海砂配制混凝土，特別是20世紀80年代到90年代，日本海砂的利用量達到歷史的高點，海砂占建筑用砂的比例高達30％左右。
我國20世紀30——40年代我國局部地區將海砂用于臨時建筑。70年代末，個別沿海城市開始出現使用海砂的建筑結構，但規模較小。對海砂的開采利用在近十多年獲得迅速發展。國內較早大規模使用海砂的是寧波和舟山地區、深圳地區等。目前，寧波、舟山地區的建筑用砂90％以上為海砂。
海砂含泥量低、粒形優良、細度均勻，適合配制混凝土。然而，海砂含有較高的氯鹽、貝殼、輕物質等有害物質。未經凈化處理的海砂容易造成混凝土中的鋼筋過早銹蝕，給建筑工程埋下嚴重的質量隱患。國內外因濫用或誤用海砂出現了一批“海砂屋”，造成了重大的經濟損失和惡劣的社會影響。
中國建筑科學研究院承擔了“十一五”科技支撐計劃課題“海砂在建設工程應用中的關鍵技術及產品開發”（2006BAJ02B04）的研究工作，首次在我國黃海、東海、南海三大海域采取了典型的海砂樣品進行研究，系統的研究了海砂作為建筑用砂的特性和應用技術條件、海砂凈化處理技術、海砂混凝土性能、高性能海砂混凝土生產質量控制及工程應用技術、既有海砂混凝土建筑的結構檢測技術和病害診治技術等，建立了海砂凈化示范生產線、海砂混凝土示范生產企業和海砂混凝土示范工程。制定了工程技術標準《海砂混凝土應用技術規范》（JGJ 206-2010）。
2．有效的凈化處理是安全使用海砂的關鍵前提
海砂經過有效的凈化處理之后，如果氯離子含量等技術指標達到標準要求，完全可以替代河砂生產結構混凝土，且混凝土的各項技術性能均良好。濱海環境中的自然暴露試驗也表明海砂混凝土的耐久性良好，但前提是海砂需要進行有效的凈化處理。鑒于此，《海砂混凝土應用技術規范》JGJ 206-2010規定“用于配制混凝土的海砂應作凈化處理”并將其列為強制性條文，要求嚴格執行。同時，該規范對海砂混凝土的氯離子含量和耐久性能技術指標做出了明確的規定。嚴格執行該規范，才能確保海砂在建設工程中的安全使用。
海砂凈化處理的技術是采用淡水沖洗。雖然目前我國的海砂凈化技術和設備能夠基本滿足生產出符合規范要求的凈化海砂，但存在以下問題：
1）設備簡易，生產粗放，不規范，目前也無規范可以遵循；
2）普遍存在耗水量大、能耗高、占地廣的問題；
3）工藝流程設計和用水量缺乏系統試驗的、科學的依據，大多依靠經驗，隨意性很大，因而，凈化處理出來的海砂質量不穩定，特別是含鹽量波動較大。因此，我國亟須在海砂凈化處理技術上進行革新和升級，形成節水、節能、高效、穩定的凈化處理技術系統，并制定相應的技術標準，以確保凈化海砂的質量。
3．海砂的開采問題
在1993——1994年前后，寧波、舟山地區開始大規模采掘海砂，淡化后用于建筑工程。目前正在使用采掘技術，是通過采砂船的泵抽吸技術。抽吸時，由海水攜帶海砂，進入吸管。船艙中設置初步處理設備，能夠將吸上來的海砂進行處理，主要是篩去泥塊、大的貝殼和其他雜物，得到比較均勻、潔凈的海砂。
經上述采砂工藝處理后，所得海砂的含泥量較低，已不含大的貝殼等粗物，除含鹽量和貝殼含量之外，其余指標一般都能滿足建筑用砂的標準。
海砂的開采應考慮如下問題：
（1）海砂開采對海洋生態環境和地質環境的影響。
開采海砂，可能會破壞海洋生物群集中的各生物種類的棲息環境，破壞海底的生態環境同時影響海水的鹽度、pH值、O2含量、營養鹽等。日本曾經報道過開采海砂導致海底世界如同荒漠一般的景象，由此引起日本社會對開采海砂的反對。
海砂開采可能造成海域輸砂量失衡、附近海域流場、波場改變，使得海岸受到侵蝕，國土流失。在近海大規模開采海砂，可能會引起近海地質環境的改變，甚至引起局部陸架的地質災害。
（2）海砂開采用考慮海砂礦產資源的綜合利用
海砂是海底重要的礦產資源，有的海砂礦產中含有大量的稀有金屬元素，如可能含有錳、銅、鎳、鈷等多種元素，還可能鐵礦、鈦鐵石與鋯石等珍貴礦產的賦存地。如果此類極具冶金價值的海砂用于建筑用砂，不僅是極大的資源浪費，而且對人居環境也可能存在放射性等潛在危害。
因此，海砂的開采因由國家國土資源部門詳細勘探規劃，有計劃、有步驟的開采使用。盲目開采使用，后果十分嚴重。
4. 海砂的基本技術指標
海灘砂比較細，多屬于細砂范疇，而海底砂則多是中砂，但不同地區的海砂級配等差別較大。淡化海砂的表觀密度分布在2590——2650 kg/m3范圍內，與河砂相比，一般來說海砂表觀密度略小。由于海砂中存在一定量強度較低的軟弱顆粒，造成海砂的壓碎值指標偏大，堅固性指標稍差，含泥量較低，但貝殼等輕物質含量整體偏高；海砂具有較高的氯離子含量，此外，海砂還含有一定量的硫酸鹽、硫化物、以及含磷的礦物。
根據出處的不同，海砂中可能含有不同的含泥量、貝殼含量和輕物質含量。海砂的含泥量、貝殼含量和輕物質含量均比較低，經過淡化處理后的海砂對應物質含量均有顯著降低。
巖相分析表明，不同海域的海砂、灘砂的樣品可能存在潛在堿活性。但通過砂漿棒法檢測堿活性，絕大多數海砂樣的試件6個月的膨脹率均遠小于標準要求值0.10％，海砂無潛在堿活性危害。
絕大多數海砂的放射性檢測結果表明，內、外照射指數符合《建筑材料放射性核素限量》（GB6566-2001）和《民用建筑工程室內環境污染控制規范》（GB50325-2001）的規定要求，對人的健康和安全不造成危害。
圖1 我國典型海砂樣品的篩分曲線
表1海砂的基本性能測試結果
5. 海砂混凝土的基本性能
相同配合比和外加劑摻量情況下，海砂混凝土的工作性能不如河砂混凝土，達到相同工作性能需要提高海砂混凝土的外加劑用量。
海砂混凝土和河砂混凝土的抗壓強度、軸壓強度和彈性模量相差不多，基本相當。海砂中含有微量貝殼和輕物質不會影響混凝土與鋼筋的粘結性能，海砂混凝土的鋼筋握裹強度與河砂混凝土基本相當。
淡化海砂混凝土中鋼筋銹蝕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縮性能與河砂混凝土的干燥收縮性能基本相當，干燥收縮發展規律相同。淡化海砂混凝土的受壓徐變性能與河砂混凝土的受壓徐變性能基本相當，受壓徐變值發展規律相同。
隨著海砂中鹽分的提高，混凝土的早期抗壓強度（3d左右）明顯提高，但28d的抗壓強度基本一致；隨著海砂中鹽分的提高，混凝土中鋼筋銹蝕失重率明顯增加。隨著海砂中鹽分的提高，海砂混凝土的抗氯離子滲透性能基本相當。
6. 《海砂混凝土應用技術規范》JGJ 206-2010的幾個技術要點
（1）海砂及海砂混凝土的定義
《海砂混凝土應用技術規范》中將“海砂”定義為：出產于海洋和入海口附近的砂，包括灘砂、海底砂和入海口附近的砂。本規范將“入海口附近的砂”納入海砂范疇，從而解決了一直以來對江河入海口附近的所謂“咸水砂”是否屬于海砂的爭論。入海口是河流與海洋的匯合處，淡水和海水的界線不易分明，且隨著季節發生變化，本著從嚴控制的原則，故將入海口附近的砂納入海砂范疇。
規范中將“海砂混凝土”定義為：細骨料全部或部分采用海砂的混凝土。這樣一來，凡是摻有海砂的混凝土，無論摻加比例多少，都視為海砂混凝土，這也體現了從嚴控制的思想。
（2）凈化處理
《海砂混凝土應用技術規范》規定“用于配制混凝土的海砂應作凈化處理”，并將將此作為強制性條文。“凈化處理”作為本規范的特有術語，定義為：采用專用設備對海砂進行淡水淘洗并使之符合本規范要求的生產過程。因此，海砂的凈化處理需要采用專用設備進行淡水淘洗，并去除泥、泥塊、粗大的礫石和貝殼等雜質。這主要考慮到采用簡易的人工清洗，含鹽量和雜質不易去除干凈，且均勻性差，質量難以控制。海砂用于配制混凝土，應特別考慮影響建設工程安全性和耐久性的因素，確保工程質量，確保海砂應用的安全性。鑒于我國目前質量管理的現實狀況，本規范對此進行了嚴格規定。該強制性條文一是是為了杜絕將海砂原砂直接用于生產混凝土，二是為了杜絕采用自然淡化、簡單的人工淘洗等無法保證凈化質量的方式來敷衍了事的行為。
《海砂混凝土應用技術規范》規定“海砂不得用于預應力混凝土”。
（3）氯離子含量問題
《海砂混凝土應用技術規范》提高了對海砂中氯離子含量的要求，規定海砂的離子含量不得大于0.03%。同時對其他原材料（水泥、拌和用水等）的氯離子含量也提出了較高要求，以達到從嚴控制的目的。
《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》JGJ 52——2006中對砂的氯離子含量作為強制性條文規定：鋼筋混凝土用砂，氯離子含量不得大于0.06%（以干砂質量百分率計）；預應力鋼筋混凝土用砂，氯離子含量不得大于0.02%。日本標準《預拌混凝土》JIS A5308:2003對砂的氯離子含量的要求是：氯鹽（按NaCl計算）含量不超過0.04%（相當于0.024%的Cl-含量），同時又規定：如砂的氯鹽含量超過0.04%，則應獲得用戶許可，但不得超過0.1%（相當于0.06%的Cl-含量）；如果用于先張預應力混凝土的砂，氯鹽含量不應超過0.02%（相當于0.012%的Cl-含量），即使得到用戶許可，也不應超過0.03%（相當于0.018%的Cl-含量）。我國臺灣地區的標準《混凝土粒料》CNS 1240沿用了日本最嚴格的規定：預應力鋼筋混凝土用砂，水溶性氯離子含量不得大于0.012%；所有其他混凝土用砂，水溶性氯離子含量不得大于0.024%。
借鑒日本和我國臺灣地區的標準，并同時考慮到我國大陸地區的實際情況，將鋼筋混凝土用海砂的氯離子含量限值規定為0.03%，低于JGJ 52——2006規定的0.06%。
值得注意的是，《海砂混凝土應用技術規范》規定了配合比設計和生產過程中應檢測海砂混凝土拌合物的水溶性氯離子含量。由于氯離子檢測方法的不完善，中國建筑科學研究院組織編制了《混凝土中氯離子含量檢測技術規程》JGJ/T 322-2013。
（4）其他技術指標
規范從嚴控制海砂中的堅固性、含泥量、泥塊含量、云母含量等技術指標，這些指標都是取《建筑用砂》GB/T148684和《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》JGJ 52——2006中偏于安全、甚至最嚴格的限值（見表2）。同時，本規范還對海砂的堿活性和放射性進行了規定。
表2海砂的質量要求
7. 結束語
儲量豐富的海砂是沿海地區重要的建筑用砂來源。生產混凝土用于建設工程中是海砂使用的主要途徑。中外不同歷史時期的經驗和教訓表明：使用海砂是經濟社會發展的必然，但關鍵在于能否科學、合理地使用，用得好，可以創造巨大經濟、社會和環境效益；相反，如果盲目、不科學地使用海砂將會造成災難性后果。
海砂的開采利用應該注意兩個關鍵環節：第一是“采”，海砂的開采必須由國家有關部門詳細勘探規劃，有計劃、有步驟的開采使用。嚴禁盲目開采、盜采。第二是“洗”，海砂應用最關鍵的環節是做好海砂的凈化處理。淡水沖洗目前仍然是最為簡單有效的辦法。
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作者簡介】
周永祥，博士，研究員，九三學社社員。2007年畢業于清華大學，獲土木工程學博士。現任中國建筑科學研究院建材所副總工、混凝土室主任，高性能混凝土技術研究中心主任。主要研究方向：混凝土技術及標準化研究。目前已獲得國家專利4項，發表論文30余篇。主編或參編國家/行業標準15項，主持或作為骨干參與重大科研項目近16項。獲華夏科技進步一等獎1項，二等獎2項等。
學術任職：全國“高性能混凝土推廣應用技術指導組”辦公室副主任，全國混凝土標準化技術委員會（SAC/TC 458）副秘書長，中國建筑學會建材分會副秘書長，中國土木工程學會混凝土質量專業委員會秘書長等。
編輯：ls
