淡化海砂在混凝土中的应用
摘要：本文详细介绍海砂淡化处理的设备工艺流程及在某排水工程中的
应用。
关键词：海砂淡化；混凝土配合比；试验；应用
The application of desalted sea sandinconcrete
QingShan-chen JiaLong-zhang
(The secondEngg.Co.of CHEC-Guangzhou Port Const 510180 china)
Abstract: In this paper，desalinationprocessingequipment and applicationin
in a drainage project of sea sand had been introduced.
Keywords: desalted sea sand；concrete mix proportion；testing；
application
1．前言
淡化海砂是海砂经淡水冲洗、筛分后形成的天然砂。
海砂经淡化后，去除了粗颗粒和杂质，氯离子和贝壳含量明显下降。
利用海砂来
用做细骨料，不仅可以解决沿海地区标准砂石资源普遍匾乏的难题，
而且避免了远程砂石料的开采补给，有利于节约能源、保护生态环境，符合我国的可持续性发展战略。
福建某排水工程采用抛石斜坡堤结构型式，抛石斜坡堤护面由扭
王字块体组成,混凝土强度等级为C40，总方量近17万m3。
2009年10月开始预制扭王字块施工，由于福建闽江河砂全面禁采，当地已经无
法找到合适的河砂来源。
为保证扭王字块体预制施工，针对当地人工砂及海砂资源，研究河砂替代方案：
1）．采用人工砂：由于人工砂石粉含量高达15%，混凝土试配过程中，同样坍落度的混凝土用水量达180kg/m3，那就意味着每方混凝土需要增加77kg水泥用量，成本相应升高；
2）．采用淡化海砂：当地产海砂，细度模数3.3左右，含泥量2.0～3.0%，氯离子含量为0.18%，贝壳含量在3%左右。
通过淡化处理降低海砂中的贝壳、氯离子以及泥等杂质后，可用于本工程。
两种方案对比，采用淡化海砂工艺成熟、技术可行、成本更低，研究采取合适的淡化处理工艺流程，降低海砂有害杂质含量，并通过对掺入海砂混凝土性能对比，确定满足C40要求的混凝土配合比用于扭王字块体预制施工
2．淡化海砂的生产工艺、质量及质量控制措施
2.1 淡化海砂的生产工艺
淡化海砂的生产工艺见图1、图2。
图1 海
砂淡化工艺流程图
图2 海砂淡化设备平面布置
用装载机将海砂送入进料斗（图1-①），料斗的两边设有淡水进
水口，通过皮带输送机将海砂在大量淡水冲洗下进入圆滚筛除去杂质（图1-②），旋转的搅拌圆滚筛对海砂进行充分的清洗筛分，在此过程中除去的贝壳和卵石通过废料输送杆排走，冲洗过的砂和水一同进
入第一淡化池进行除泥处理（图1-③）；淡化池对海砂进行搅拌清洗，降低含泥量后的海砂在滚筒内置螺旋叶片的推动下进入挖斗，通过皮
带输送机进入轮式淡化池内（图1-④）再次进行二次水洗，此次水洗主要是降低氯离子含量，经过淡化处理后的砂输送到堆场，经检测合
格后再投入使用。
2.2 海砂淡化处理结果分析
海砂淡化处理前后颗粒级配如下表所示。
淡化处理后的海砂细度模数从3.1降低为2.6，粒径为5mm以上的颗粒以及粒径为0.16mm以下的颗粒数量明显降低。
这是因为在第一次除去贝壳的过程中，其筛网孔径为5mm，可将粒径大于5mm的颗粒连同贝壳一起筛走；在清洗海砂降低含泥量的过程中，粒径小于0.075mm的颗粒会随同泥一起被洗掉一部分，这就使粒径为1.25mm～0.315mm的颗粒较处理前比例明显提高。
表1 海砂处理前后颗粒级配
图3 海砂处理前后级配曲线
从海砂处理前后级配曲线图中，可以看出淡化处理使得海砂级配
发生较大改变，处于级配II区上限的未处理海砂，经过淡化处理后，其级配曲线明显向下移动，处于II区上限与下限的中部，并相对接
近III区上限。
海砂淡化处理前后贝壳、氯离子、泥及泥块等有害杂质的变化
如下表所示。
经淡化处理后，海砂中有害杂质含量大幅度降低。
海砂
淡化处理后，贝壳含量降为1.3%，根据《JGJ 52-2006普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》第3.1.11条对于C40及以上等级混凝
土贝壳含量不能大于3%。
处理后的海砂贝壳含量为1.3%,能够满足
C40以上强度等级的混凝土使用要求。
氯离子含量从0.186%降低至
0.008%。
含泥量由淡化处理前的2.8%降为处理后的0.7%，泥块含量
由淡化处理前的0.8%降为处理后的0.1%。
，淡化处理的海砂含泥量
及泥块含量满足C40强度等级混凝土要求。
表2 海砂处理前后有害杂质含量
从海砂淡化的工艺流程来看，适宜于用于用来淡化的海砂质量要
求如下：中粗砂，细度模数介于2.8～3.3间,含泥量以5%以内为宜。
对于细度模数太大的砂，大于5mm粒径偏多，除贝壳过程中，5mm以
上颗粒会被连同贝壳一起筛走，合格砂的产量降低。
细度模数小于
2.8的砂，在洗泥过程中细颗粒又会连同泥一起被流水冲走，合格砂
的产量也会降低；同时含泥量大的砂，在冲洗过程中会消耗大量的水
同时要耗费更多的时间，往往冲洗两次后含泥量还是超过3%，只得重新进行返工处理，会增加淡化处理成本、降低产能。
2.3海砂生产过程中的质量监控
海砂淡化生产初期，因作为原材料的海砂质量良莠不齐，海
砂贝壳含量高，含泥量偏高，甚至有部分海砂中夹有泥团。
给海砂淡
化带来产能不高，处理后的海砂含泥量偏高满足不了质量要求的现象。
经过对生产流程分析，决定从原材料着手，对工程附近的海砂砂源进
行取样，确定细度模数介于2.8～3.3间，含泥量以3%以内的海砂作
为淡化处理原材料，指定该海域的砂作为淡化处理专用砂源。
质量检验方面，淡化海砂使用初期，对所有指标全部进行检验，
随着淡化海砂质量的稳定，现进行筛析、堆积密度、含泥量、泥块含
量按每400m3进行一批次的检验，贝壳含量和氯离含量则每季度进行
一次检验。
3. 淡化海砂在海工工程中的应用
3.1对混凝土拌和物工作性能的影响
分别利用河砂及经过淡化处理的河砂配制C40扭王字块混凝土，具体配合比如下表所示。
表3 扭王字块混凝土配合比
表4 扭王字块混凝土配合比性能指标
首先利用河砂配制满足要求的扭王字块混凝土配合比，在此
基础上，保持水胶比、胶凝材料组成、外加剂掺量不变，调整海砂在
混凝土集料中所占比例。
经配合比试拌，与河砂混凝土对比，采用40%砂率的海砂混凝土，坍落度增大20mm，产生明显的泌水，保水性不足、和易性较差。
这与经过处理后海砂细颗粒相对偏少有关，海砂在水洗
淡化过程中较细的颗粒连同泥一起被洗走，使得淡化后的海砂
0.315mm以下粒级颗粒偏少。
提高1%砂率后的混凝土拌和物，混凝土
拌和物和易性有所改善，但混凝土的泌水率仍然较大；把砂率提高到42%、43%后坍落度有所降低，但混凝土粘聚性、保水性提高，和易性
整体良好。
与河砂混凝土相比，海砂混凝土的7d抗压强度，除40%砂率稍有
降低外，其余砂率混凝土强度相差不大；28d抗压强度河砂混凝土与
不同砂率的海砂混凝土相差不大。
表5 扭王字块混凝土原材料氯离子含量
处理扭王字块混凝土原材料氯离子含量如上表所示。
处理海砂氯
离子含量大大降低，根据《水运工程混凝土质量控制标准JTJ269-96》中3.3.19条款对氯离子含量的规定，该排水工程预制扭王字块是素
混凝土，对于素混凝土来说，只要每方混凝土中氯离子含量不超过水
泥用量的1.3%即可满足规范要求。
扭王字块河砂混凝土以及海砂混凝
土配合比中氯离子含量如下表所示，各组混凝土的氯离子含量均满足
规范要求。
表6 扭王字块混凝土氯离子含量
备注：混凝土中氯离子含量以胶凝材料质量百分比计。
3.2淡化海砂在本工程中的应用
采用编号为5#的海砂混凝土配合比用于扭王字块预制施工中，并严格控制混凝土坍落度处于100±20mm范围。
现场测试混凝土工作性能满足预制施工要求，新拌混凝土和易性良好，无离析、泌水现象出现，硬化混凝土强度满足设计要求，混凝土外观良好。
4 结论
经过处理后检验合格的淡化海砂，用于该工程的扭王字块的预制
施工中，完成全部160000m3混凝土扭王字块预制，取得了较好的经济效益和社会效益。
对于海砂的使用，应持谨慎态度，但这并不意味着我们要拒绝海砂。
近几十年来，建筑领域持续繁荣，对各类建筑材料需求巨大，取
之于江河的淡水砂资源以前一直比较丰富。
但经过数十年的滥采乱挖，河砂资源的日趋枯竭；再加上对航道和环境的毁坏，也引起国家相关
部门的日益重视。
从今后的市场趋势来看，伴随着地域资源的局限性
及建筑用砂技术的发展，海砂淡化和外加剂辅助措施（如钢筋阻锈剂）等技术的不断发展和成熟，海砂的大规模应用是不可避免的。
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