海水海砂混凝土研究现状

文摘 2024-12-16 07:04 河南

2022年全国水泥生产总量已经达到2.1×10⁹t，特别是在过去的几十年里，随着国家经济的迅猛增长，对混凝土的需求呈现出急剧上升的态势。目前河砂仍然是混凝土细骨料的主要材料。近年来，由于开采活动过度以及监管的缺失，我国面临了一系列环境问题，如淡水资源的大量流失、河床决堤等。同时我国拥有广袤的海域资源，拥有长达1.8万公里的海岸线、6500多个岛屿和1.4万公里的岛屿线。在全球资源日益减少和人口持续增长的大背景下，淡水资源的珍贵性愈发凸显，未来无疑将成为地球上珍贵的资源之一。

根据数据显示，全球大约70%的面积都被水覆盖，但所拥有的淡水资源与海水的比值却仅有1:32，因此，如果我们能最大限度使用海水资源，有利于环境的和谐发展，同时这不仅是解决当前淡水危机的重要途径，也是实现可持续发展的重要战略。

海水海砂混凝土（SSC）之所以未能得到广泛应用，关键在于海水和海砂中的离子成分——氯离子和硫酸根离子。氯离子会侵蚀混凝土中的钢筋，破坏其表面的保护层，导致钢筋生锈。钢筋锈蚀不仅损害钢筋本身，还会因膨胀作用在混凝土中产生微小裂缝，严重影响其耐久性。硫酸根离子的侵蚀会导致混凝土中的C-S-H凝胶分解，从而降低其整体强度。因此这极大的限制了海水海砂混凝土的广泛应用。本文中对海水-海砂混凝土的研究现状进行综述，分析海水-海砂混凝土现存的研究问题与不足，并对未来海水、海砂在混凝土应用研究进行展望。

1海砂和海水的特性

1.1海砂特性

表1为我国不同地区海砂的化学成分，表中可以看出海砂所处海洋环境中含有较多贝壳，同时，海砂经海水长时间浸泡，携带一定的无机盐离子。

1.2海水特性

海水与淡水之间最重要的区别在于海水还有较多的无机盐离子，如硫酸根离子、氯离子、镁离子等。表2表示的是海水化学成分表，从表2可以看出不同地区的海水含有的无机盐离子含量也有所不同。

2海水-海砂混凝土力学性能

对于海水-海砂混凝土的力学性能，目前学者们普遍得出类似结论，即海水-海砂混凝土早期抗压强度高于普通混凝土。宁博等以海砂、河沙分别制备同等级高性能混凝土，试验发现试样养护28天的海砂混凝土的抗压强度优于天然河沙；陈宗平等对海水、海砂取代率对混凝土的力学特性影响的试验研究中发现海水对海砂混凝土轴压力学性能具有早强作用；肖建庄等使用海水、海砂制备不同强度等级的再生混凝土，结果发现海水海砂混凝土试样养护7天的抗压强度明显优于普通混凝土；韩刚等制备多组混凝土立方体试样以探究海水、海砂对混凝土无侧限抗压强度的影响，试验表明海水、海砂可以加速水泥的水化作用使得海水海砂混凝土的早期强度增加；张悦等采用人工模拟海砂的方式，开展了普通混凝土与海砂混凝土的强度试验研究，结果发现海砂混凝土的前期强度增长明显快于普通混凝土，因此，海砂可以作为海岸及岛礁等工程建设中的临时性工程的材料；韦建刚等开展海砂制备高性能混凝土和普通混凝土的对比分析，研究表明海砂混凝土的7天抗压强度比河砂混凝土略有升高，且试样的强度随着砂中氯离子含量提高而提高，说明氯离子可以加速混凝土中的水泥水化过程。陈宗平等利用海水作为拌养用水制备混凝土圆柱体标准试样进行无侧限抗压强度试验，结果表明自然条件下养护28d后的海水拌养混凝土试件与淡水相比的峰值荷载提高了15.6%，规律表明海水能够提高混凝土的早期强度。

对于海水-海砂混凝土的长期力学性能，众多研究表明海水-海砂混凝土的后期强度较比普通混凝土发展较慢，强度损失在10%左右。肖建庄等制备了强度为C20～C50的海水海砂再生混凝土，结果发现海水海砂再生混凝土立方体压强度长期强度趋于稳定，90d抗压强度较比普通混凝土降低约15%，180d抗压强度降低18%～29%。严乾进行海相水泥砂浆抗压试验发现，海相水泥砂浆存在早期强度较高，后期强度增长发展减慢的现象，同时海相混凝土对比普通混凝土的加载应力更加敏感。Kaushik等进行海水和淡水拌和混凝土的工作性能发现海水混凝土硬化初期有较高的抗压强度，同时海水混凝土的抗压强度相较于普通混凝土（淡水拌和）出现了显著下降，降幅达到5%～10%。；Wegian研究了海水拌合养护的混凝土的抗压强度的影响，发现海水混凝土抗压强度在养护28d和90d的龄期抗压强度均有所下降，认为这可能是盐分在混凝土内部结晶造成的。

综合国内外的研究成果，海水-海砂混凝土的强度早期阶段发展迅速，这主要是因为海水和海砂中所携带的无机盐离子，可以加速混凝土的水化过程，促进更多Friedel盐和AFt的形成，从而显著提升了混凝土早期的强度。海水-海砂混凝土强度的后期强度一定程度的削弱，因为随着膨胀性水化产物的逐渐累积，混凝土内部会产生微裂缝，这不仅会加剧混凝土的碳化程度，还会导致其耐久性的降低。因此，海水-海砂混凝土在后期的强度发展速率会逐渐降低，甚至可能低于普通混凝土，整体强度也会有一定程度的削弱。此外，海水-海砂混凝土的强度发展还受到养护环境和方式的影响。同时，海水-海砂混凝土的应变率效应也较为明显，在应力作用下，混凝土的变形和破坏特性更容易受到应变率的影响。

3海水-海砂混凝土存在的危害

尽管海水和海砂中携带的多种离子对混凝土的水化过程有促进作用，但同样也带来了严重的钢筋锈蚀问题。特别是其中含量最多的氯离子，降低混凝土的碱度，从而使钢筋表面的钝化膜受损，钢筋表面的钝化膜被破坏后，钢筋暴露在周围介质中，与水和氧气等发生电化学反应。同时氯离子还会加速钢筋的腐蚀产物的形成和扩散，钢筋的腐蚀产物破坏了混凝土保护层，引起混凝土开裂和剥落，同时腐蚀产物中的盐类还强化了腐蚀环境中离子的传导路径，进一步降低了混凝土的电阻，这加剧了电化学腐蚀的速度，使得钢筋的锈蚀情况愈发严重。这使得海水和海砂混凝土在实际应用使用中受到了极大的限制。

4海水-海砂混凝土的处理措施

⑴淡化海砂。目前主要有两种海砂淡化处理方法，其中海砂自然放置法是通过将海砂堆积起来并让其自然放置一段时间，来使海砂中的氯离子浓度逐渐降低。虽然该方法易于操作，但消耗时间较长，因此该方法适用于工期相对宽裕，且拥有宽阔场地的工程项目。其次是淡水冲洗法，该方法是使用大量的淡水来冲洗海砂，以大幅度减少海砂中氯离子的浓度。。淡水冲洗法在处理效率上相对较高，适合对海砂氯离子含量有严格要求的工程项目。相较于自然放置法，淡水冲洗法能够显著缩短处理时间，提高效率。然而，这种方法也存在明显的弊端，即会消耗大量的淡水资源，并且会增加工程的造价。

⑵掺加阻锈剂。钢筋阻锈剂作为一种简便、经济且高效的防腐蚀材料，在抑制钢筋锈蚀方面发挥着重要作用。传统阻锈剂主要分为无机阻锈剂和有机阻锈剂两大类。无机阻锈剂以其出色的阻锈效果和相对较低的成本而备受青睐，常见的无机阻锈剂包括亚硝酸盐、钼酸盐、磷酸盐、铬酸盐和硅酸盐等。而有机阻锈剂则通过其极性基团牢固地吸附在钢筋表面，这些极性基团拥有电负性较大的孤对电子，能够与钢筋表面形成共价键，进而形成稳定的吸附膜。这种吸附膜提高了腐蚀反应的活化能，有效抑制了腐蚀反应的进行，从而达到保护钢筋、防止其被腐蚀的目的。常见的有机阻锈剂包括胺类、醇胺类、季铵盐类、唑类以及维生素类等。

⑶使用FRP筋替换钢筋。纤维增强复合材料其具有耐腐蚀、轻质高强和抗疲劳等优点，可代替钢筋解决在海洋等侵蚀环境中易锈蚀等问题。

5结语

使用海水海砂作为混凝土制备的原材料，在力学与耐久性表现上与河砂混凝土相比并无显著差别。但海水海砂中所含的丰富氯离子，对钢筋混凝土结构的安全性构成了潜在风险。这些氯离子能够侵蚀钢筋表面的钝化膜，导致钢筋锈蚀问题日益严重，进而威胁到建筑物的整体耐久性和结构安全。因此，工程上采用海水海砂制作混凝土时，必须严格遵守相关规范，采取诸如海砂淡化处理或使用FRP材料替代钢筋等必要措施。（来源：《广东建材》2024.09）

砼话

“砼话”——分享混凝土知识，做混凝土技术人员的朋友，每天七点更新！您的关注，是最大的支持和鼓励！

最新文章

这份混凝土搅拌站管理规定，听说很多人缺！

混凝土搅拌站安全操作详细步骤！

导致混凝土离析的6大原因

混凝土外加剂复配中需注意事项

高层建筑大体积混凝土施工技术分析

计算外加剂用量时，不能忽视骨料中细颗粒的影响

使用聚羧酸减水剂时应注意的问题

环境温度对混凝土经时损失性能的影响及调控措施研究

混凝土楼板开裂原因及处理措施

建筑混凝土企业成本管控研究

某混凝土公司写给施工单位的混凝土使用须知

透水混凝土在工人体育场项目中的全过程质量控制

骨料泥粉含量及 MB值对混凝土性能的影响研究

回弹-取芯法在钢筋混凝土结构实体抗压强度检测中的应用探究

海水海砂混凝土研究现状

基于ACI 规范的水下混凝土配合比设计及优化

浅析两例受冻破坏的混凝土工程

现浇商品混凝土结构表面气泡的成因与防治

花岗岩机制砂石粉对C80高强高性能混凝土性能的影响及机理研究

作为一名实验室检验检测人员，必须要掌握哪些检测知识呢？

阎培渝教授：C70高强混凝土的工程应用

秋冬季节超长混凝土结构裂缝控制关键技术研究

细石混凝土施工技术在工业厂房工程中的应用研究

建筑工程混凝土施工裂缝控制技术及最佳实践探讨

C35水下桩混凝土配合比计算书及施工注意事项

探讨商品混凝土的冬期生产及施工控制

C70高强混凝土配制技术初探

材料因素对C40级机制砂混凝土抗压强度的影响

清水混凝土配合比稳定性研究

混凝土配合比设计方法的研究进展

低强度抗冻抗渗混凝土配合比设计及其力学特性

高层建筑C40大体积混凝土配合比设计原则及其原材料选择

缪昌文院士：现代混凝土早期收缩裂缝及控制技术

普通混凝土抗折强度试验研究

冬天来了，混凝土搅拌站应该怎么办？

混凝土反大解析及延伸思考

水泥胶砂强度影响因素的分析

不同石粉含量对C35低强度等级机制砂水工混凝土性能的影响研究

粉煤灰对水工混凝土性能的影响

不合格试件对应的成品混凝土处理方法

混凝土施工单位冬季施工技术交底

走出对混凝土浇水养护认识的几个误区

分析改善机制砂混凝土黏聚性试验探究

水下不分散混凝土的配制及性能影响

如何合理处理退回混凝土也不是一件简单的事？

卵石与碎石的应用

预应力箱梁C50混凝土配合比研究与应用

混凝土表面爆裂鼓包原因分析与处理

白糖和葡萄糖酸钠对C30超缓凝混凝土性能的影响研究

粉煤灰和矿渣复掺对高性能混凝土耐久性的影响

分类

时事

民生

政务

教育

文化

科技

财富

体娱

健康

情感

旅行

百科

职场

楼市

企业

乐活

学术

汽车

时尚

创业

美食

幽默

美体

文摘

原创标签

时事社会财经军事教育体育科技汽车科学房产搞笑综艺明星音乐动漫游戏时尚健康旅游美食生活摄影宠物职场育儿情感小说曲艺文化历史三农文学娱乐电影视频图片新闻宗教电视剧纪录片广告创意壁纸头像心灵鸡汤星座命理教育培训艺术文化金融财经健康医疗美妆时尚餐饮美食母婴育儿社会新闻工业农业时事政治星座占卜幽默笑话独立短篇连载作品文化历史科技互联网

发布位置

广东北京山东江苏河南浙江山西福建河北上海四川陕西湖南安徽湖北内蒙古江西云南广西甘肃辽宁黑龙江贵州新疆重庆吉林天津海南青海宁夏西藏香港澳门台湾美国加拿大澳大利亚日本新加坡英国西班牙新西兰韩国泰国法国德国意大利缅甸菲律宾马来西亚越南荷兰柬埔寨俄罗斯巴西智利卢森堡芬兰瑞典比利时瑞士土耳其斐济挪威朝鲜尼日利亚阿根廷匈牙利爱尔兰印度老挝葡萄牙乌克兰印度尼西亚哈萨克斯坦塔吉克斯坦希腊南非蒙古奥地利肯尼亚加纳丹麦津巴布韦埃及坦桑尼亚捷克阿联酋安哥拉