不同環(huán)境下海砂中氯離子檢出值的影響因素研究

郭國(guó)強(qiáng),駱 輝

(1.南京理工大學(xué)紫金學(xué)院土木交通系,江蘇 南京 210023;2.南京林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院,江蘇 南京 210037)

隨著國(guó)家“一帶一路”戰(zhàn)略的推進(jìn),沿線基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)加快,對(duì)混凝土的需求量急劇增加,而作為混凝土不可或缺的建筑用砂,需求量十分巨大?，F(xiàn)階段我國(guó)建筑用砂的來(lái)源主要有河砂、機(jī)制砂和海砂,其中河砂應(yīng)用最為廣泛,但面臨著河砂資源不斷減少甚至枯竭的趨勢(shì)。禁采令的實(shí)施,造成建筑用砂日趨緊張[1]。海砂由于含泥量低、級(jí)配好、細(xì)度適中等優(yōu)點(diǎn)被許多國(guó)家所使用,但其氯離子含量較高,如果不對(duì)其嚴(yán)格控制,會(huì)嚴(yán)重影響混凝土耐久性,降低建筑物使用壽命[2]。

1 試驗(yàn)方法

1.1 樣品和儀器

試驗(yàn)選取了黃海海域連云港海岸海砂,其取樣點(diǎn)情況見(jiàn)表1，性能指標(biāo)見(jiàn)表2,測(cè)試前采用方孔篩進(jìn)行篩選,儀器選用見(jiàn)表3。

表1 海砂取樣點(diǎn)狀況

表2 海砂物理性能指標(biāo)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 干濕砂制樣的影響

依據(jù)規(guī)范《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)(JGJ 52—2006)》進(jìn)行氯離子含量檢測(cè)時(shí),首先必須對(duì)試樣進(jìn)行烘干處理,但不同地點(diǎn)的海砂中均含有部分水分,故氯離子檢出值可能產(chǎn)生不同程度的誤差[5],本文通過(guò)試驗(yàn)對(duì)海砂干濕制樣進(jìn)行檢測(cè)對(duì)比分析。

在進(jìn)行干濕砂對(duì)比分析時(shí),首先進(jìn)行含水率換算,LD-1、LD-2樣品海砂的含水率為2.2%,故取干砂質(zhì)量500 g,濕砂質(zhì)量511 g；YW-1樣品海砂的含水率為1.6%,取干砂質(zhì)量500 g,濕砂質(zhì)量508 g。采用干濕砂增量指標(biāo)對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)。

(1)

式中：θ為氯離子增量百分比；

β為濕砂質(zhì)量；

α為干砂質(zhì)量。

1.2.2 浸泡時(shí)間對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響

由于各個(gè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)氯離子檢測(cè)樣品中浸泡方式和浸泡時(shí)間不一,本節(jié)采用模擬周期浸泡法[6],具體情況如下：試驗(yàn)以水倒入燒杯時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí),時(shí)間為12 h。2 h內(nèi)每小時(shí)測(cè)試一次,之后每隔2 h測(cè)試一次,直到12 h,共測(cè)試7次,每次重復(fù)測(cè)量3次,取平均值。

1.2.3 氯離子二次浸泡析出效應(yīng)研究

氯離子在搖動(dòng)、振蕩過(guò)程中可能有部分氯離子未析出,導(dǎo)致所測(cè)試的氯離子含量偏低。本節(jié)在第一次檢測(cè)完成以后記錄海砂溶液總質(zhì)量,后將含有氯離子的溶液倒掉,再加入去離子水使之總質(zhì)量與之前持平,常溫浸泡6 h后,進(jìn)行檢測(cè),重復(fù)上述步驟2次。

2 分析與討論

2.1 干濕砂制樣的影響

干濕海砂制樣測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4,砂樣的處理方法對(duì)海砂氯離子含量影響很大,濕砂制備的樣品檢出值含量比干砂高出15%～30%。海砂中氯離子主要來(lái)源于吸附在砂顆粒表面或者砂顆?？障吨袣埩舻暮Ｋ?其存在形式主要為結(jié)合水、自由水和毛細(xì)水[7],當(dāng)海砂堆至于堆場(chǎng)后,顆粒之間的自由水和毛細(xì)水短期內(nèi)流失很快,海砂中所含水分的形式主要表現(xiàn)為吸附水和毛細(xì)水,其含量是氯離子的主要來(lái)源[8](圖1)。

2.2 浸泡時(shí)間對(duì)氯離子含量的影響

由圖2可以看出,隨著浸泡時(shí)間增長(zhǎng),干砂氯離子結(jié)果檢出值逐漸上升,在8 h后基本達(dá)到穩(wěn)定,且要略大于同類海砂檢出值,說(shuō)明浸泡時(shí)間對(duì)氯離子含量檢出值影響較大,可達(dá)到40%以上。砂在干燥狀態(tài)下表層富集大量白色結(jié)晶鹽粒[9],賦存狀態(tài)主要為溶解態(tài)和固態(tài),在海水浸泡下,溶解態(tài)氯離子能在較短時(shí)間內(nèi)析出,但固態(tài)離子與海砂性質(zhì)較為接近,難以一次性析出,隨著時(shí)間推移,浸泡氯離子濃度會(huì)逐漸增大[10]。

2.3 氯離子二次浸泡析出研究

從表4和圖2可以看出,海砂在不同浸泡次數(shù)下,析出情況不一,二次浸泡后氯離子仍有第一次檢出值的30%～50%,說(shuō)明首次浸泡后氯離子含量依然很高,部分氯離子未能完全析出,檢測(cè)方法存在誤差。海砂中氯離子的浸出效應(yīng)取決于溶液中氯離子的吸附,其吸附規(guī)律可用第I類型吸附等溫線來(lái)表征[11],浸泡次數(shù)越多,海砂對(duì)氯離子的吸附量越少,檢出值越小(表5)。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文主要以海砂為研究對(duì)象,針對(duì)不同環(huán)境下氯離子檢測(cè)過(guò)程中的浸泡時(shí)間、釋放效應(yīng)、干濕制樣三大因素,采用模擬周期浸泡實(shí)驗(yàn),通過(guò)控制變量法來(lái)研究其檢出值的影響規(guī)律,根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果得出以下結(jié)論：

1)現(xiàn)行氯離子檢測(cè)方法由于受各種未知因素的影響,測(cè)試結(jié)果存在誤差,研究氯離子檢測(cè)過(guò)程中的浸泡時(shí)間、釋放效應(yīng)、干濕制樣等因素對(duì)結(jié)果的影響,對(duì)氯離子檢測(cè)新方法的擬定具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2)砂樣的處理方法對(duì)海砂氯離子含量影響很大,濕砂制備的樣品檢出值含量比干砂高出15%～30%,海砂中的吸附水和毛細(xì)水,是氯離子的主要來(lái)源。

3)浸泡時(shí)間對(duì)氯離子含量檢出值影響較大,初始值之差可達(dá)到40%以上。

4)海砂在不同浸泡次數(shù)下,測(cè)試值不同,二次浸泡后氯離子含量仍有第一次檢出值的30%～50%。