沿海地区淡化海砂现状及应用前景

近些年，我国基本建设规模不断扩大，对建筑用砂和填料的需求日益增加，据估计，当前每年建筑用砂量约为26 亿吨。大江大河是建筑用砂的主要来源，但河砂的供应受资源和环境条件的限制，远不能满足全国建筑用砂的需求，海砂已成为建筑用砂的重要组成部分。日本和我国的香港、台湾大多通过开采海砂来满足其工程建设需要。日本2000 年就从我国进口海砂约600 多万吨，1990 年～2000 年，香港各项填海工程共消耗2.85 亿立方米海砂，其中4000 万立方米来自大陆，未来10 年，预计需要3.5 亿立方米填料，海砂需求量很大。



我国的海砂资源大致可以分为两类，一类是分布在海岸和近岸海域的海岸海砂，另一类是分布在陆架浅海的浅海海砂。海岸海砂主要分布在山东、辽宁、福建、广东、广西、海南等省份；浅海海砂主要分布在台湾浅滩、琼州海峡东口、珠江口外等。珠江口地区编制了第一份海砂分布及储量预测图，预测总储量超过12.5 亿立方米。2000 年，全国海砂开采量约9000 多万吨，产值约22.5 亿元，对促进经济和社会发展做出了较大的贡献。



尽管河砂和海砂开采具有疏通航道等好处，但也产生了比较严重的环境问题。首先江河中从上游的来砂不是无限的，从河道冲淤平衡角度出发，应限制开采量；其次，大量开采河砂会影响河势稳定，并危及堤防的稳固，影响河道防洪的安全；第三，海砂开采引发海岸侵蚀、海水入侵，并对工程环境、航运、管道缆线和水产养殖等产生了消极影响。



海砂具有如下的一些特点：

（1）根据出处的不同，海砂中可能含有不同量的贝壳，按海砂干重的百分比计算可以从小于1%到大于10%，这些贝壳对普通强度混凝土的抗压强度影响不大，对新拌混凝土流动性的影响也可以被贝壳本身的光滑性和海砂颗粒更好的圆球形状（相对河砂、山砂等）所抵消；

（2）一般海砂的级配不良，但海砂中也有级配优良的中砂；

（3）海砂中含有氯盐、硫酸盐等多种盐分，若海砂被用于混凝土细骨料，其中的钠离子、镁离子、氯离子、硫酸根离子等会对混凝土的强度、耐久性等造成不同程度的影响，其中以氯离子的危害最大；

（4）海砂中的氯离子含量受海砂颗粒粒径、海水氯盐含量、海砂含水率及失水方式等多个因素影响；

（5）海砂混凝土拌和后，海砂表面吸附的氯离子不能全部溶出到拌和水中，能溶出的部分定义为“有效氯离子”含量。



我国最早使用淡化海砂的地区主要是宁波、舟山、深圳等地，沿海地区一直存在着河砂资源不足的情况，就福建而言，由于受土地资源严重不足的制约，以及大规模发展临海工业和城市建设的需要，很大一部份土地是通过围海造地来提供的，这样仅福建本地就使用了大量的海砂；据宁波市建筑材料管理处的调查显示，宁波市每年建设用砂中海砂的使用量在 80% 左右，仅以 2003 年为例，宁波市建筑用砂约为1000万t，其中用海砂 800万t。而这 800万t 海砂中，未经淡化的海砂使用量高达520万t，占65%。每年我国都有如此大量的海砂被使用，若没有按相关规定要求控制海砂氯离子含量，使用不规范，将会给建筑埋下危险隐患，也会对社会和人民财产安全造成威胁。因此，为了规范建筑市场对海砂的使用，国家及地区相继出台了一系列控制标准及管理办法。近年来，我国出台了有关规程，对海砂及混凝土拌合物中的氯离子最大含量进行了限定。GB50164—2011《混凝土质量控制标准》规定，对于Ⅱ类海砂，氯化物含量应低于0.02%，在潮湿且含有氯离子环境中，对于普通钢筋混凝土水溶性氯离子最大含量应为 0.10%，预应力混凝土水溶性氯离子最大含量为 0.06%；JGJ52—2011《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》规定海砂中水溶性氯离子含量应低于0.03%。台湾经济部标准检验局也明确规定混凝土氯离子含量的标准为 0.3kg/m3。近几年，由于高强混凝土的广泛应用，新公布的 JGJ/T281－2012《高强混凝土应用技术规程》也对海砂氯离子含量限定在 ≤0.03%，这较《混凝土质量控制标准》更严格，体现了国家规范及行业标准对混凝土用砂从严控制的目的。2004 年国家建设部颁发的《关于严格建筑用海砂管理的意见》中明确规定：“建筑工程中采用的海砂必须是经过专门处理的淡化海砂，对钢筋混凝土，海砂中氯离子含量不应大于 0.06%。若必须使用海砂时，则应经淡水冲洗，其氯离子含量不得大于 0.02%”。住房和城乡建设部于2010 年 5 月 18 日发布《海砂混凝土应用技术规范》，将第3.0.1 条 “用于配制混凝土的海砂应作净化处理”作为强制性条文，必须严格执行工作。



淡化海砂利用现状

世界很多发达国家如英国、日本、美国等很早就开始淡化海砂的生产和利用。其中，日本是世界上淡化海砂最大的生产与使用国。日本对海砂的除盐方法包括喷洒、浸泡、机械等方式。我国宁波地区上世纪 90 年代就开始采用机械除盐的方法生产淡化海砂，积累了丰富的淡化海砂生产和使用经验。



海砂淡化处理方法

目前采用较多的方法是海砂淡化处理，使其含盐量达到标准要求。海砂淡化处理方式如下：

(1)自然放置法

将海砂堆积到一定厚度，自然放置数月或几年，经取样含盐量合格后使用。此法的优点是：不需要特别大的场地，不消耗淡水；缺点是：需放置较长时间，不能解决应急需要。

(2)淡水冲洗法

利用淡水冲洗海砂，使其含盐量达到标准要求。此法根据作用工具与方法不同，又具体分为以下三种：_机械法，可在较窄的场地上作业，需要消耗大量淡水(>1.5t/m3)，每方砂需消耗1.5t 以上的淡水，需分级机械、离心机械、给水设备、排水设备等，所需时间短；_斗式滤水法，可在较狭窄的场地上作业，消耗淡水>0.8t/m3，需要12～24h；_散水法，需较大场地，用水量较少(消耗淡水> 0.2 t/ m3) ，每批砂的除盐时间在12h 以上。但传统海砂淡化工艺技术薄弱，浪费大量淡水资源，海砂淡化后技术指标缺乏系统的研究及评价，很容易造成淡化的不彻底，进而影响混凝土结构的耐久性能。



上海巍立路桥设备有限公司专业制造海砂淡化设备(每小时150吨至1000吨大小不等设备）、洗砂机。本公司制造的海砂淡化设备广泛应用于宁波、深圳、珠海地区的上百家海砂淡化砂场和商品混凝土公司，福建、广西等地也广泛采用。近年又引进了台湾先进海砂淡化技术——“有害离子洗涤法”，该技术使用超临界洗涤水可以有效去除有害离子、有机物、无机物等，包含了对钢筋危害最大的氯离子、油污、清洁剂（化学）残留、藻类等，可以直接分解又不会造成污染。可以大量生产用于河砂、山砂、海砂、工业炉渣处理等，在除去有害离子后砂石表面毛细孔明显可以让水泥更容易附著砂石中，可以有效保护钢筋不接触空气和水气，让结构更安全，可以提升建筑物的安全，完全达到中国国家标准的 建筑砂标准，让其他同业无法与其竞争，让市场自然淘汰不良业者。该技术具有生产效率高、节水氯离子含量低(淡化后海砂氯离子含量小于0.02%以下),淡 化成本低等特点,是一种节水型工业项目。符合国家节能减排产业政策和环境友好型建筑材料产业政策,具有宽阔的市场前景。



海砂淡化氯离子含量标准：

对于钢筋混凝土，淡化海砂中氯离子含量不应大于0.06%（以干砂重的百分率计，下同）； 对预应力混凝土不宜用淡化海砂。若必须使用淡化海砂时，则应经淡水冲洗，其氯离子含量不得大于0.02%，而厦门海砂淡化氯离子含量要求标准不得大于0.01%，上海巍立路桥专利技术标准

可使氯离子含量降到0.00%以下〈符合天然沙要求〉洗沙的水可以用井水、河水、一般淡水皆可，如果水量吃紧，可用自来水。水量控制在洗一方沙半吨水，排出的废水只含有少许的氯离子和泥水，上海巍立路桥的技术不含任何化学成学，完全符合环保概念，无污染问题。



上海巍立陆桥海砂淡化流程：

原沙（海沙）由料仓经过输送带进入振动筛，大型废料（贝壳及石头）由废料带带出，筛选后颗粒系数2.4~2.8mm的中沙进入轮式洗砂机进行灰泥脱离后带入双螺旋洗沙机利用台湾专利技术所制造的高能量超临界水与海沙充份搅拌借由物理原物将氯离子瞬间物理交换进而达到清除海沙核心氯离子效果，之后进入最后一道程序直线振动筛将多余的水脱干后进入输送带送出成品沙（环保沙）堆置场，所有的排放水将统一经管线进入细沙回收机，做回收动作，不浪费任何一粒沙，处理后的废水进入沉淀池沉淀及可排放，一条生产线的产能为;200m³/ h。



現在本专利方法使用超临界洗涤水可以洗去海砂中有害离子，让海砂成为最安全的建筑用砂，可完全依粒度完全使用，无需摻入同粒度的河砂或山砂，并可增加强度，让建筑寿命更长，安全系数更高，本法受专利保护20 年以上，使海砂开采得到最大利益，其品质和产能都可以说是无人能及的技术。



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淡化海砂应用前景

淡化海砂生产成本

淡化海砂原料15元／吨，运费9元／吨。淡化8／吨，合计，生产一吨海砂的成本为33元。与目前市场上江河砂相比低30元／吨～60元／吨，因此具有巨大的利润空间。具有明显的经济优势，而且淡化海砂资源丰富，作为建筑材料有很好的使用前景，是解决资源枯乏与经济建设需求之间矛盾的良好途径。但目前淡化海砂没有得到广泛应用，重要原因是人们对其在建筑上的应用存在疑虑，这就需要我们借鉴日本等国家的经验，依靠政府及相关学者给予的引导和支持，鼓励国家制定淡化海砂在混凝土中应用规范，实现海砂的华丽转型。



对于建筑使用海砂，虽然现在处于较尴尬的境地，但这并不意味着我们要拒绝使用海砂。目前，我国对淡化海砂的研究与应用已经有一定的积累，为淡化海砂处理工艺的优化及海砂混凝土的推广奠定了一定的基础，但现在海砂淡化缺乏系统的研究，淡化市场比较混乱，充斥着大量的不法商家，这就需要国家及地方出台相关政策，指导及规范海砂淡化市场。



随着海砂淡化技术的发展及辅助措施的不断成熟，淡化海砂在建筑上的应用前景将是光明的，是解决建筑市场河砂资源短缺、“海砂屋”泛滥、建筑质量堪忧等问题行之有效的方法。在未来，海砂淡化技术及工艺的研究将获得更多的关注，进而推动建筑行业的可持续发展。



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