陸 峰

上海建工集團(tuán)股份有限公司 上海 200080

在建筑業(yè)中使用混凝土材料已有百余年的歷史，依據(jù)近期的研究報(bào)告推算，國(guó)內(nèi)每年建筑用砂需求量可達(dá)26億～30億 t[1]，這使得河砂資源短缺現(xiàn)狀日益嚴(yán)峻[2]。另外，河砂的開采也對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境造成不可逆轉(zhuǎn)的損害，這與節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的基本國(guó)策相悖。因此，合理利用海砂資源，緩解沿海地區(qū)河砂資源不足的問題，已成為當(dāng)務(wù)之急。

我國(guó)海砂儲(chǔ)量豐富，已探明儲(chǔ)量約1.6萬(wàn)億 t[3]，且未處理海砂的價(jià)格低廉，僅約為河砂價(jià)格的70%[4]，廣大沿海地區(qū)常采用海砂作為建筑用砂以緩解天然河砂供應(yīng)困難的窘境。然而，未經(jīng)處理的海砂中含有大量氯鹽、重金屬鹽、貝殼雜質(zhì)以及有害雜質(zhì)等，并不能直接用于建筑工程領(lǐng)域，否則將導(dǎo)致“海砂屋”問題。以海南省為例，DBJ 46-018—2019《海南省預(yù)拌混凝土應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中將砂的氯離子含量列為必檢項(xiàng)目，其中，規(guī)定鋼筋混凝土用砂氯離子含量不得大于0.02%，預(yù)應(yīng)力混凝土用砂氯離子含量不得大于0.01%，以此杜絕偷用海砂所帶來的建筑質(zhì)量問題。因此，如需使用海砂作為建筑用砂，需對(duì)其進(jìn)行二次處理。我國(guó)早在1997年就提出了淡化海砂的概念，淡化海砂是指將開采出來的海砂經(jīng)淡水沖洗處理凈化后而形成的天然砂。隨后GB/T 14684—2011《建設(shè)用砂》[5]將其作為天然砂分類予以明確，并于2016年形成建工行業(yè)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)JG/T 494—2016《建筑及市政工程用凈化海砂》[6]。目前，受天然河砂消耗量增加、儲(chǔ)備量不足以及價(jià)格攀升的影響，我國(guó)已有部分地區(qū)開始逐步將淡化海砂作為建筑用砂使用并制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

本文簡(jiǎn)要介紹當(dāng)前淡化海砂開采應(yīng)用的一些現(xiàn)狀，為后續(xù)淡化海砂在工程中的持續(xù)應(yīng)用提供參考。

1 淡化海砂開發(fā)現(xiàn)狀及前景

1.1 國(guó)外淡化海砂開發(fā)現(xiàn)狀及前景

河砂的缺乏導(dǎo)致眾多國(guó)家將目光轉(zhuǎn)向海砂，如英國(guó)、日本、荷蘭、美國(guó)、德國(guó)、丹麥、法國(guó)等[7]。圖1為各國(guó)采用海砂作為建筑原材料的用量。據(jù)調(diào)查[8-10]，2002年至2006年，荷蘭海砂年使用量達(dá)2 907萬(wàn) m3，其次是英國(guó)（1 313萬(wàn) m3）、德國(guó)（757萬(wàn) m3）、丹麥（701萬(wàn) m3）；荷蘭占比為49.2%，英國(guó)為66.6%，丹麥為59.9%；比利時(shí)每年僅使用163萬(wàn) m3海砂，但其中93.8%用于建筑；丹麥近40%的海砂用于日德蘭半島沿岸的修復(fù)項(xiàng)目。Xiao等[11]的研究指出，海砂在用于混凝土之前需用淡水（例如淡化海砂）適當(dāng)清洗，以避免鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)鋼腐蝕問題。

圖1 各國(guó)海砂用量

淡化海砂的大規(guī)模生產(chǎn)和使用始于20世紀(jì)30年代[12]。在歐洲眾國(guó)中，海洋骨料總開采量的80%由英國(guó)、荷蘭及丹麥所供應(yīng)。英國(guó)是最早在混凝土中使用淡化海砂作為細(xì)骨料的國(guó)家[13]。從20世紀(jì)發(fā)展至今，英國(guó)目前坐擁世界上最大的海洋骨料產(chǎn)業(yè)。從2000年至2004年，英格蘭和威爾士沿岸海砂和砂礫的開采量超過2 100萬(wàn) t/a，其中建筑用骨料的總量中淡化骨料約占17%[14]。截至2005年，其建設(shè)項(xiàng)目中已經(jīng)使用了約5.82億 t的海洋骨料[15]。2008年數(shù)據(jù)顯示，英國(guó)海洋骨料的供應(yīng)量約為2 220萬(wàn) t/a，占其建筑行業(yè)所用集料總量的66.7%[15]。

早在1973年，淡化海砂就已成為日本混凝土生產(chǎn)中細(xì)骨料的主要來源之一[16]，據(jù)統(tǒng)計(jì)，其海砂的開掘量約為9 100萬(wàn) m3/a，且約有40%的高品質(zhì)砂被加工成水泥構(gòu)件產(chǎn)品銷往海外[17]。目前，海砂已成為日本沿海地區(qū)9成以上建筑用砂的首選。2011年數(shù)據(jù)顯示，日本使用了約7 000萬(wàn) t細(xì)骨料生產(chǎn)預(yù)拌混凝土，其中淡化海砂占12.2%[18]，且這些采用淡化海砂的工程項(xiàng)目尚未出現(xiàn)建筑安全事故。這是由于日本對(duì)建筑用海砂進(jìn)行了嚴(yán)苛的除鹽處理，使經(jīng)脫鹽處理后的海砂氯離子含量低于其國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)規(guī)范[19]。

1.2 國(guó)內(nèi)淡化海砂開發(fā)現(xiàn)狀及前景

海洋骨料開采與沿海經(jīng)濟(jì)帶的人口增長(zhǎng)和工業(yè)化水平密切相關(guān)。近20年來，中國(guó)沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，使得對(duì)海洋骨料總量的需求以每年30%的速度增加[20]。由于天然河砂資源總量逐漸枯竭，及國(guó)家對(duì)環(huán)保的要求，因而制定了更嚴(yán)苛的條例，這使得海砂與砂礫資源成為首選。在長(zhǎng)江沿岸經(jīng)濟(jì)區(qū)，低廉的淡化海砂成本也刺激了其實(shí)際需求。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2006年總需求量已達(dá)數(shù)億噸[20]。

國(guó)內(nèi)最早利用淡化海砂作為河砂替代品的有寧波、舟山、深圳等沿海河砂資源短缺地區(qū)。由于寧波地區(qū)土地資源的嚴(yán)重短缺，以及沿海工業(yè)和城市建設(shè)的發(fā)展需求，海砂則成為了首選。因此，該地區(qū)的淡化海砂產(chǎn)業(yè)于20世紀(jì)90年代初期迅猛發(fā)展，形成我國(guó)最大的淡化海砂生產(chǎn)銷售區(qū)域。寧波市于2003年制定了《寧波市建筑工程使用海砂管理規(guī)定（試行）》，使淡化海砂的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范化。至2009年，大部分的寧波預(yù)拌混凝土公司使用的是淡化海砂，且未出現(xiàn)因淡化海砂使用而導(dǎo)致的安全事故[21]。寧波建筑工程中淡化海砂的成功應(yīng)用，為淡化海砂的推廣提供了基礎(chǔ)。然而，從寧波市國(guó)土資源部門的有關(guān)統(tǒng)計(jì)來看，目前寧波舟山海域的海砂資源逐漸枯竭，可開采量下滑至逾10 000億 t，而寧波市場(chǎng)上的淡化海砂需求量約為3 000萬(wàn) t/a[22]，這使得偷用不合格淡化海砂以及原狀海砂的問題日趨嚴(yán)重。因此，為從源頭上解決此問題，政府部門為禁止淡化海砂而逐步推廣機(jī)制砂作為替代材料[23]。

由于受河流與水域的沖刷以及港灣封閉的雙重影響，福建海域形成了富饒的海洋砂礦資源，其中已探明的砂帶19條，砂礦產(chǎn)地50余條，這為福建地區(qū)淡化海砂的發(fā)展提供了物質(zhì)資源前提。2008年，泉州市印發(fā)的《關(guān)于規(guī)范建設(shè)工程用砂管理的通知》[24]指出，政府相關(guān)部門應(yīng)積極開展淡化海砂的研究，以約束規(guī)范淡化海砂企業(yè)的生產(chǎn)及經(jīng)營(yíng)行為。福建省經(jīng)信委于2017年表示，省內(nèi)對(duì)原狀海砂的淡化技術(shù)日趨成熟，但還不具備全面推廣的條件，仍需對(duì)后續(xù)的市場(chǎng)需求及相關(guān)政策導(dǎo)向進(jìn)行觀望[25]。而廈門市于2018年建成產(chǎn)量約500萬(wàn) t/a淡化海砂一期基地[26]，其經(jīng)淡化后的原狀海砂質(zhì)量符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，為廈門市內(nèi)工程建設(shè)用砂提供保障。福建省限制淡化海砂使用的政策與廈門市淡化海砂的推行二者間存在著矛盾，不利于淡化海砂后續(xù)持久長(zhǎng)效的工程應(yīng)用。

海南省的海砂資源經(jīng)勘測(cè)發(fā)現(xiàn)[27]，島內(nèi)除東線（文昌、萬(wàn)寧）以及西線（儋州、臨高）的部分地區(qū)海岸多為基巖或礫石外，砂質(zhì)沉積物環(huán)島錯(cuò)落分布。有報(bào)告指出[28]，海砂尤其在萬(wàn)寧至三亞的東線、樂東至東方的西線一帶海灣內(nèi)儲(chǔ)量豐富。此外，西部沿岸、瓊州海峽的東口以及瓊西淺海區(qū)也蘊(yùn)藏著豐富的海砂資源，其開采潛力巨大[29]。海南省地質(zhì)局的河砂資源勘察結(jié)果顯示[30]，海南省內(nèi)天然河砂資源儲(chǔ)存量?jī)H為5億 m3，而海南省具有開采潛力巨大的海砂資源，因此，科學(xué)合理、依法合規(guī)地對(duì)這些海砂資源進(jìn)行采掘，可有效解決島內(nèi)建筑施工所需建筑用砂資源問題。在海南自由貿(mào)易港政策的引導(dǎo)下，國(guó)家相關(guān)政府頒布的《海南自由貿(mào)易港鼓勵(lì)類產(chǎn)業(yè)目錄（2020年本）》中表示，從事淡化海砂的相關(guān)企業(yè)預(yù)期將獲得15%所得稅率。以此政策為導(dǎo)向，三亞崖州擬建立可對(duì)海砂淡化處理量為300萬(wàn) m3/a的大型海砂淡化基地，后續(xù)還將在?？?、洋浦及東方等地區(qū)繼續(xù)籌建多個(gè)海砂淡化項(xiàng)目，為保障海南島自由貿(mào)易港的工程建設(shè)保駕護(hù)航。

然而，除以上個(gè)別沿海地區(qū)外，目前淡化海砂并未廣泛應(yīng)用，甚至一部分城市禁止使用淡化海砂，究其原因是對(duì)在建筑上采用淡化海砂而引發(fā)安全性問題的疑慮。為此，須以日本等國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)為借鑒，以政府及學(xué)者的引導(dǎo)和支撐為導(dǎo)向，以國(guó)家淡化海砂相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，以期海砂應(yīng)用的全國(guó)化推廣。

2 淡化海砂在工程中應(yīng)用

淡化海砂在工程中應(yīng)用的可行性早有論證。早在1997年，寧波市城鄉(xiāng)建委就已采用淡化海砂作為重要的科技研發(fā)成果在土建項(xiàng)目中進(jìn)行推廣應(yīng)用。目前，寧波與舟山地區(qū)淡化海砂已成為主要的建筑用砂，占比在90%以上[31]。寧波建筑工程集團(tuán)采用淡化海砂成功生產(chǎn)出C60泵送混凝土配方[21]，并將其應(yīng)用在后續(xù)先張法管樁的制作中，獲得了質(zhì)量?jī)?yōu)異的“拳頭”產(chǎn)品，并在寧波的管樁市場(chǎng)中占據(jù)較高市場(chǎng)份額[32]。中港三航四公司經(jīng)過為期1年的論證，于1998年開始先后在其協(xié)和石化碼頭、長(zhǎng)江口整治小黃龍出料碼頭、金漸石化碼頭、金山石化2.5萬(wàn) t碼頭等項(xiàng)目中成功應(yīng)用淡化海砂[33]，后續(xù)的監(jiān)測(cè)表明采用淡化海砂并未對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量造成影響。

上海寶鋼在其1998年開工的馬跡山港25萬(wàn) t級(jí)礦石中轉(zhuǎn)碼頭項(xiàng)目中，為節(jié)約建造成本，成功將淡化海砂作為混凝土原材料進(jìn)行施工建造，此項(xiàng)目中淡化海砂的利用率高達(dá)80%左右[34]。該項(xiàng)目竣工驗(yàn)收時(shí)質(zhì)量核定為優(yōu)良，節(jié)約成本53.4～80.8萬(wàn)元[35]，且此項(xiàng)目完工后的使用過程中并未出現(xiàn)質(zhì)量與安全問題的報(bào)道。淡化海砂除成功應(yīng)用在港口碼頭等水工工程外，在道路工程中也應(yīng)用較多。范軼[36]依托汕尾路段改建工程，將淡化海砂應(yīng)用于其混凝土路面及水泥砂漿薄層罩面中，且經(jīng)濟(jì)成本相較天然河砂混凝土降低4.6元/m3。在中冶集團(tuán)斯里蘭卡機(jī)場(chǎng)高速公路（CKE）項(xiàng)目中，由于該國(guó)建筑資源短缺，可利用砂為海砂，而國(guó)內(nèi)采購(gòu)河砂成本較高，故最終采用海砂淡化技術(shù)，成功將海砂進(jìn)行淡化處理并應(yīng)用于項(xiàng)目中[37]。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著天然河砂資源的日益枯竭，海砂資源可緩解河砂供應(yīng)不足的窘境，然而海砂因其氯鹽含量超標(biāo)等問題而未能得到大范圍的推廣與應(yīng)用。如果相關(guān)政府職能部門在后續(xù)能對(duì)海砂質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)管并頒布相關(guān)政策措施，使得海砂經(jīng)淡化處理后在建筑中的應(yīng)用得到大眾認(rèn)可，打消固有“海砂屋”的認(rèn)知疑慮，那么淡化海砂作為建筑用砂的應(yīng)用范圍將得到拓展。