混凝土用砂中氯离子的检测与监控

混凝土用砂中氯离子的检测与监控

做好材料进库验收，提供技术依据2013年3月14日，据央视财政频道（cnc2）视频报道，深圳一家预制混凝土公司使用不合格海砂生产混凝土。舆论动荡，中国人民对建筑质量安全表示高度关注。为了确保混凝土质量及耐久性能满足设计要求，确保混凝土用砂氯离子含量符合规范要求，混凝土生产企业必须制定材料进库验收制度，并根据需要对标准试验方法进行改造，设定快速检测混凝土用砂氯离子的试验方法，为混凝土质量控制提供技术依据。由于几十年的大量开采和使用，目前珠三角地区河砂资源已无法满足需求，如何开发新砂源、如何界定海砂混凝土的使用限制，以及海砂、人工砂混凝土配合比设计等问题，笔者经过多年的实践与体会，对上述问题进行了一些归纳，与同业人员交流。1控制砂氯离子含量，强化砂氯离子含量关于建筑用砂来源，多年来一直以河砂为主，由于持续几十年的大规模使用，河砂资源已濒临枯竭，今后一段时期建筑用砂问题确实令人担忧。众所周知，不论是天然砂还是人工砂都带有一定量的氯离子，而这些氯离子会腐蚀混凝土中的钢筋，降低了混凝土的耐久性，缩短了建筑的使用寿命，造成社会资源的极大浪费。为此，国家规范及行业标准对混凝土用砂最大氯离子含量作了严格限制，但在实际执行中仍有偷用或误用氯离子超标海砂的现象，故很有必要从紧从严加强对混凝土用砂氯离子含量的控制。根据《普通混凝土用砂、石质量检验方法标准》（JGJ52-2006）（以下简称《标准》）第3.1.10条规定，对于钢筋混凝土用砂，氯离子含量不得大于0.06%（以干砂质量百分率计）；对于预应力混凝土用砂，其氯离子含量不得大于0.02%（以干砂质量百分率计）。虽说《标准》没有对海砂用途作严格的界定，但根据2010年公布的《海砂混凝土应用技术规范》（JGJ206-2010）（以下简称《规范》）相关规定，海砂不得用于预应力混凝土，并限定砂氯离子含量≤0.03%（按质量百分率计）。综合分析可知，对于海砂混凝土的使用界定及砂氯离子最大含量，《规范》较晚它4年公布的《标准》严格多了，这不但是质量保证的提升，也是技术的进步。近年来，由于高强混凝土（强度不低于C60的混凝土）的广泛使用，新公布的《高强混凝土应用技术规程》（JGJ/T281-2012）也对使用的海砂氯离子含量限定≤0.03%，这与《规范》持平，较《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。2混凝土中砂氯离子的测定和监测2.1砂氯离子检测措施为确保混凝土用砂安全，混凝土生产企业必须实行严格的材料用前检测制度，并根据生产混凝土的属性确定用砂的种类及砂氯离子含量的控制值，将质量控制工作做到源头上。按《标准》的相关规定，砂氯离子含量的标准试验方法需耗时超过24小时，这对于一些场地不是很宽敞的企业而言确实有一定困难，但为了有效掌握砂氯离子含量信息，确有必要采取一些特殊方法及仪器来快速检测砂氯离子含量。笔者建议在即将卸料的砂车或船上从几个不同点随机取样，样品拌匀缩分后取一份用电磁炉或微波炉快速烘干，按《标准》第6.18.4条（1）的试验过程，将摇动次数由标准的3次增加至5次，静置30分钟后用标准法（硝酸银滴定法）测出砂氯离子含量（快速法），以供参考。另一份试样则按标准法测出氯离子含量。根据统计分析，快速法与标准法之间还存在0.001%～0.002%间的误差，生产企业可根据实测均方差予以修正，出于安全考虑，建议修正值取正数，从而快速掌握混凝土用砂氯离子含量信息，供质量控制部门参考。此试验方法从取样到出结果仅需约2小时，数据的重复性较好，具有一定的实用性（见表1）。2.2混凝土原料的选择和使用根据《规范》要求，用于配制混凝土的海砂应作净化（淡化）处理。为了确保混凝土用砂符合国家规范及行业标准，确保混凝土质量及耐久性指标满足设计要求，混凝土生产企业必须制定严格的、行之有效的材料用前检测和验收制度，针对行业砂氯离子含量波动性较大的特点，应安排专职技术员24小时值班。从长远看，河砂资源的枯竭是必然的。用什么来取代河砂呢？这是现代建筑业亟待解决的问题。山砂是地球造山运动的产物，珠三角地区山砂资源较少。下一个被考虑的目标就是海砂或人工砂了。海砂因含有氯盐，而氯离子会腐蚀钢筋，危害钢筋混凝土的结构安全，历来被世界各国建筑业严格限制使用。由于受河砂资源的限制，许多国家或地区都有使用海砂做混凝土的先例，但在使用前必须先对海砂进行淡化处理，并确保经淡化的海砂符合要求后方可用于混凝土生产，这是一项极严格的过程，必须高度重视。人工砂（即机制砂）通常是用岩石或鹅卵石经除土开采、机械破碎、筛分而成，相对而言，其氯离子含量较海砂低很多，但由于受生产工艺及过程限制，人工砂形状粗糙尖锐、多棱角，比表面积大，空隙率大，故混凝土的单位水泥及矿物掺和料用量比河砂混凝土要多，且混凝土的和易性及工作性也较河砂混凝土稍差。由于胶凝材料用量较多，亦不利于低碳及节能减排工作的推进。众所周知，天然岩石都带有一定量的放射性，改用岩石人工砂后，因混凝土岩石骨料用量增加40%～50%，混凝土放射性总量是否会超标？这是一个不可小觑的问题。建议在选矿时先进行放射性检测。面对河砂资源的日渐匮乏，而海砂又不能用于预应力混凝土，并考虑到海砂将给建筑的耐久性和安全性埋下隐患，在可预见的将来，人工砂无疑是首选目标。相对而言，目前人工砂混凝土试验相对较少，人们对其认识仍有待提高，为弥补这一缺陷，我们应从现在起多做人工砂混凝土的试验，在试验时尤应注意混凝土的和易性及工作性变化、外加剂种类的选配及混凝土裂缝控制等。据笔者了解，目前人工砂混凝土在珠三角地区尚未普遍使用，人工砂市场仍处在初建阶段，其级配不甚理想，含泥量较大，质量波动较大，生产工艺有待改进。从管理上强化对混凝土用砂质量的保护海砂与人工砂混凝土是个有待开发和研究的课题。根据《规范》相关要求，海砂宜与人工砂或天然砂混合使用（可以降低氯离子总含量），并根据该《规范》第4.2.2和4.2.5条的定义，海砂混凝土还可适当掺用粉煤灰（不宜低于Ⅱ级）及矿粉（不低于S95级），并采用聚羧酸系外加剂，以提高混凝土的密实性，对提高混凝土的耐久性都具有明显的作用。目前，由于河砂资源枯竭，海砂被大量使用。深圳海砂事件后，广东省住建厅等相关主管部门都发出了相关规定，深圳住建局、质监站也加强了混凝土用砂质量的监控，以确保对混凝土用砂品质的安全，对提高混凝土的质量及耐久性，延长钢筋混凝土结构的使用寿命，确保人民生命财产安全具有重要作用。政府部门要从源头上找出问题的解决方案，建立用砂的长效机制，以解决混凝土用砂资源的问题。企业内部要加强管理，高度重视海砂使用问题，严格按照规范要求使用海砂，建立行之有效的材料检测标准，提供质量可靠的混凝土，不负人民的重托。建议有条件的企业建立专业化学实验室,配备专业人员实行动态全覆盖质量管理,务求做到凡材料进库前必检,确保只有检验合格的材料方可用于生产。为确保混凝土的质量安全,准确掌握混凝土用砂氯离子含量第一手资料,应实行每天早晚各检验不少于一次,其余时间实行随意、随机抽检制度,规范试验步骤,安排专人、专职完成上述试验项目。为减少试验误差,建议尽可能使用电动设备协助试验(如磁力搅拌器,如图1所示),以提高工作效率。当砂氯离子含量临近0.018%时即上报技术负责人等相关人员,再次加倍取样复检,如复检结果仍超标,则退货、或掺用其他氯离子含量更低的河砂(以降低混合砂氯离子含量,需经试验确定)混合使用,以确保混凝土用砂安全。3河砂的形成与发展根据现行国家规范及行业标准,混凝土用砂大致可分为天然砂和人工砂(或称机制砂),而天然砂则包括河砂、海砂、山砂等。如以矿物成分而言,天然砂的主要成分是二氧化硅(SiO2),严格地说,天然砂也是一种矿产资源。而河砂的形成是因河流两岸或上游雨水冲刷造成水土流失,泥浆及较小颗粒体被水带到平缓地带沉淀形成冲积平原,而土中较大颗粒体则停留在河床而形成河砂,经千百万年河水的摩擦抛光,河砂的表面体大都是光滑的流线体(像鹅卵石状)。从某种意义上来讲,河砂也是一种不可再生的资源,更何况河砂是水土流失的衍生物,从长