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两会多名代表委员提及海砂管理,海砂对混凝土的影响有哪些?

        在刚刚闭幕的两会中,多名代表委员都提及了要加强对海砂的开采与规范管理,那么海砂对于混凝土具体有哪些影响呢?

海砂的危害
 
        海砂是指分布于海岸和浅海的、以中粗砂为主、包括部分细砂和砾石的砂质堆积物。由于海砂中含有一定含量的氯盐,将可能导致混凝土结构中钢筋锈蚀,进而降低混凝土结构耐久性,所以一些地区是严禁使用海砂作为混凝土原料的 。



        1、海砂含盐分高,极易出现氯离子腐蚀钢筋的情况。

        2、氯盐结晶膨胀会加速混凝土碳化。

        3、贝壳含量,贝壳类主要成份为CaCO3,贝壳类虽然为惰性材料,一般不会与水泥产生化学反应,但这些轻物资常常呈薄片状,表面光滑,本身强度很低,且较易沿节理错裂。因此,与水泥浆的粘结能力很差。一般来讲,当贝壳类等轻物质含量较多时,会明显使混凝土的和易性变差,使混凝土的抗拉、抗压、抗折强度及抗冻性、抗磨性、抗渗性等耐火性能均有所下降。

        4、海砂中含有的硫酸盐类主要为 Na2SO4,由于 SO42- 会与水泥水化产物 Ca(OH)2 反应生成 CaSO4·2H2O水化物,再与水泥中的水化物发生化学反应,产生高硫型水化铝酸钙,又称钙钒石,导致体积膨胀,使混凝土产生龟裂,对混凝土耐久性影响极大。



海砂对钢筋的腐蚀机理




        众所周知,钢筋和混凝土是材料界著名的一对好搭档。两者不仅在力学性能上珠联璧合,在耐久性能上也是天作地设。钢筋在水和氧气的作用下容易生锈,而包裹在钢筋周围的混凝土恰恰起到了保护钢筋免遭锈蚀的作用。制作混凝土所用的水泥,其熟料的主要成分是硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙。经过水化反应后,制成的混凝土的孔隙中充满了氢氧化钙的饱和溶液,成强碱性,一般pH值在13左右。在此碱性环境中,钢筋表面被氧化,形成了一层很薄但很致密的水化三氧化二铁的保护膜。这层保护膜被叫做钝化膜,它隔绝了钢筋与外界环境,使得钢筋无法接触到水和氧气,不容易再发生氧化锈蚀,起到了保护钢筋的作用。

        因为氯离子的活性很强,如果其浓度大到一定程度,那么就可以渗透过这层钝化膜,与钢筋发生反应,形成易溶的氯化亚铁,也就是游离的亚铁离子和氯离子。三氧化二铁的钝化膜失去了依附的内层金属,也随之溶解,钝化膜被破坏。一旦钝化膜被破坏,钢筋完全暴露,电化学腐蚀就开始了。铁与水和氧气发生电化学反应,生成氢氧化亚铁。如果氧气不太充足,氢氧化亚铁被最终氧化为四氧化三铁(黑锈)。如果氧气充足,氢氧化亚铁被氧化为氢氧化铁,继而脱水成为疏松多孔的三氧化二铁(红锈)。

        总的来看,氯离子起到了类似催化剂的作用。因此,整个锈蚀过程一旦开始就不会停止,在氯离子的不断作用下,钢筋被持续锈蚀。


海砂带来的负面效果
 

        钢筋越细,力学性能持续下降,屈服强度和延伸率都显著下降;

        钢筋生锈后体积膨胀,会把周围的混凝土胀开,产生裂缝,严重的甚至会导致表面的混凝土脱落;

        带肋钢筋要依靠钢筋表面的月牙形肋与混凝土锚固在一起,就像螺丝钉上的螺纹一样,不容易脱落,一旦钢筋锈蚀,月牙形螺纹被腐蚀破坏,带肋钢筋变成了光滑圆柱形,锚固性能大幅降低。


如何区分河砂与海砂
        稍微发黑发深褐色的颜色暗沉的为海砂,也有颜色比较浅一些的,而河砂色泽相对黄亮;

        看砂子中是否有海洋类生物;小贝壳类等,这是海砂;用太阳晒,有白色的晶体(盐)是海砂,抓一把浸水里,水不要太多,尝水的味道,咸的是海砂,淡的是河砂;

        观察外观,海砂颗粒大,含很多贝壳的残片。河砂相对比较均匀、很细,而且河砂中有大小不一的鹅卵石;

        试手感,抓一把砂用力握下,然后拍掉,发现粘手拍不干净的为海砂,不粘手基本能拍干净的为河砂;海砂中掺杂的贝类碎壳较多,颗粒大,砂砾之间的密实度很低,所以摸在手里的感觉很粗糙,河砂颗粒小,砂砾之间的密实度高,所以摸在手里的感觉很细腻。



来源:混凝土与水泥制品杂志
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