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淺談海砂淡化
摘要:尋找淡化海砂的水源,選擇合適的淡化海砂設(shè)備,制定嚴(yán)格的海砂檢測(cè)方案,確保所用淡化后的海砂氯離子含量≤0.06%,滿足我國現(xiàn)行規(guī)范要求(GB/T 14684-2001)。 關(guān)鍵詞:斯里蘭卡 高速公路 海砂淡化 海外工程 一、工程概況 斯里蘭卡首都科倫坡?D?D卡圖那亞克機(jī)場(chǎng)高速公路項(xiàng)目(CKE),線路總長30.6公里(主線25.8公里、連接線4.8公里),其中包括:3座互通式立交、24座橋梁、5座天橋、77個(gè)涵洞、12座分離式立交、7公里軟基、1.8公里填海路段。砼總方量為21萬方,需用砂約為15萬噸。斯里蘭卡面積為65610平方公里。位于亞洲南部,是南亞次大陸南端印度洋上的島國,風(fēng)景秀麗,被譽(yù)為“印度洋上的珍珠”、“寶石之國”和“獅子國”。西北隔?撕{與印度半島相望。接近赤道,終年如夏,年平均氣溫28℃。一年有5個(gè)月的雨季,分別為5-7月份,10-11月份,年平均降水量1283-3321毫米不等。該國建筑資源相對(duì)短缺,在細(xì)集料方面,可利用的絕大部分是海砂,只有少量部分河砂可以利用。 二、選用國內(nèi)黃砂這種方案 斯里蘭卡距離中國路途遙遠(yuǎn),物資到達(dá)斯國需要15天左右,加上清關(guān)提貨手續(xù)和斯國的辦事效率極其低下,運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)需要20天左右。斯國路況不是很好,整個(gè)國家沒有一條高速,A3公路為斯國路況條件良好一條公路,交通也經(jīng)常阻塞,從海關(guān)把黃砂運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)也是一個(gè)瓶頸,況且遠(yuǎn)洋運(yùn)輸費(fèi)用比較昂貴。高速公路工程是一個(gè)系統(tǒng)工程,有很多不可預(yù)定的因素。綜上所述斯里蘭卡高速公路項(xiàng)目部決定棄用國內(nèi)采購黃砂方案,改用海砂淡化這一方案。 三、海砂淡化方案主要取決于充足的淡化用水和適用于CKE項(xiàng)目特點(diǎn)的淡化設(shè)備
兩組的水樣檢測(cè)結(jié)果的氯離子的含量偏高,不能作為海砂淡化用水。 1.1.2根據(jù)SMEC地質(zhì)水文報(bào)告,海砂堆周圍5米以下為風(fēng)化巖,無地下水,所以繼續(xù)往下鉆探抽取地下水,這方案不可行。 1.1.3海砂周圍 5米地下水氯離子含量偏高分析。 a、海砂堆的形成是通過管道抽取、運(yùn)輸,外部壓力作用直接運(yùn)到料場(chǎng),形成沙堆。如下圖所示,管道抽取的海砂和海水混合物,經(jīng)過CKE業(yè)主試驗(yàn)室測(cè)定,其中海砂含量為20%,海水含量為80%。其中80%的海水對(duì)沙堆頂部的海砂一遍一遍的沖刷,這樣必然有部分的海水深入到地下,造成地下水氯離子含量偏高。 b、海砂堆放在料場(chǎng)已經(jīng)六七年時(shí)間,料堆頂部四周成凸形,中間成凹形,頂面是一個(gè)45度角的坡面。海砂屬于透水性土,大量的雨水沖刷海砂后,滲透到地下水。 11.4項(xiàng)目部領(lǐng)導(dǎo)讓地勘作業(yè)人員在砂堆上進(jìn)行鉆孔。高的砂堆鉆一孔,低的砂堆鉆一孔,砂堆表面兩米以下每一米取一樣品,共計(jì)14個(gè)樣品。CKE中心試驗(yàn)室對(duì)這14個(gè)樣品進(jìn)行氯離子含量分析,結(jié)果如下: 海砂氯離子含量分析成果 樣品號(hào) 取樣深度 氯離子含量(%) 備注 地砂堆① 2-3米 0.0014 根據(jù)建筑用砂(GB/T 14684-2001)的要求,Ⅰ類砂小于0.01,Ⅱ類砂小于0.02,Ⅲ類砂小于0.06。紅色字體為不合格要求的部分。地砂堆② 3-4米 0.0952 地砂堆③ 4-5米 0.2229 地砂堆④ 5-6米 0.2931 高砂堆① 2-3米 0.0010 高砂堆② 3-4米 0.0021 高砂堆③ 4-5米 0.0028 高砂堆④ 5-6米 0.0035 高砂堆⑤ 6-7米 0.0039 高砂堆⑥ 7-8米 0.0045 高砂堆⑦ 8-9米 0.0047 高砂堆⑧ 9-10米 0.0053 高砂堆⑨ 10-11米 0.0083 高砂堆⑩ 11-12米 0.3541 從上表可以看出,砂堆至上而下,氯離子含量逐漸增大,從高砂堆至低砂堆方向,氯離子含量也是逐漸增大。由此也驗(yàn)證了地下水氯離子含量偏高分析的原因。 1.2利用周圍河道的水 項(xiàng)目部領(lǐng)導(dǎo)安排了工程部專人,對(duì)營地方圓2公里范圍的河道,進(jìn)行水樣采集。由于周圍河道較少,工程部負(fù)責(zé)采集河道水樣人員,只采集3組樣品。CKE項(xiàng)目部試驗(yàn)室對(duì)所采集的水樣進(jìn)行了檢測(cè),檢測(cè)結(jié)果如下: 河道水樣檢測(cè)結(jié)果 樣品 氯離子含量(mg/L) 備注1# 4729.3 根據(jù)混凝土用水要求(JGJ 63-2006),此三組水樣均不能作為海砂淡化用水。2# 10419.9 3# 2042.7 1.3采用雨水采用雨水這一方案,可以作為淡化海砂用水的輔助方案。海砂淡化前,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求需放淡水里浸泡兩小時(shí),這樣浸泡過的海砂進(jìn)入淡化生產(chǎn)線環(huán)節(jié),可以提高淡化生產(chǎn)線的效率,增強(qiáng)海砂淡化效果。雨水收集需要挖坑, 挖坑一方面用于收集雨水,挖另外一個(gè)坑可以浸泡海砂之用。由于雨水的收集受到多方面的因素的影響,降雨強(qiáng)度、降雨歷時(shí)、降雨范圍、降雨的均勻性、植被截流、滲入地下水以及大氣的水分的蒸發(fā)等。為了不影響高速公路路基施工進(jìn)度,雨水只能作為海砂浸泡用水。 1.4選用當(dāng)?shù)刈詠硭?BR style="PADDING-BOTTOM: 0px; LIST-STYLE-TYPE: none; MARGIN: 0px; PADDING-LEFT: 0px; PADDING-RIGHT: 0px; PADDING-TOP: 0px"> 由于斯國自來水的水費(fèi)較高,而淡化海砂需要大量的淡水,一般淡化1方海砂就需要1.1方的淡水。這方案不能作為主選方案,只能作為備選方案之一。 1.5項(xiàng)目部領(lǐng)導(dǎo)從經(jīng)濟(jì)角度和方案可行的角度考慮,經(jīng)過多方論證,決定在距離料場(chǎng)150-200米半徑范圍,選取一點(diǎn),鉆井抽取地下水。鋪設(shè)一定管徑為R管道,把水輸送到淡化海砂生產(chǎn)線以及混凝土拌合樓用水。 1.5.1管道管徑的選擇CKE項(xiàng)目拌合樓拌和混凝土設(shè)計(jì)能力為60m3/h,所需要的拌合用水為60*180(單位用水量)/2450(混凝土的表觀密度)=4.4方 ; 淡化海砂所需要的淡水為60*650*1.1(每方混凝土所需細(xì)集料)/2450(混凝土的表觀密度)=17.5方。每小時(shí)需要用水Q=21.9m3/h。
通過對(duì)某一截面分析,管道對(duì)水流的阻力不計(jì),一定時(shí)間T內(nèi)通過此截面的水質(zhì)量為M,根據(jù)能量守恒定律: (1) ⑵
1.5.2水泵功率的選擇 鋪設(shè)的管道里的水流V主要受到水泵功率大小的影響,以及鋪設(shè)管道的長短和管道材料對(duì)水流阻力的影響,建議項(xiàng)目部領(lǐng)導(dǎo)采用水泵功率為5KW。 2、淡化設(shè)備選型 2.1CKE項(xiàng)目建設(shè)國內(nèi)準(zhǔn)備階段,項(xiàng)目部領(lǐng)導(dǎo)組織相關(guān)技術(shù)人員,去沿海城市寧波考察過海砂淡化設(shè)備。從海砂淡化處理能力、淡化設(shè)備電機(jī)功率、清洗用水量、設(shè)備的外形尺寸、以及水泵功率幾個(gè)方面做了詳細(xì)的考察。下面為幾張考察圖片:(略) 圖一(清洗轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備)
圖二(淡化設(shè)備全景)
圖三(水泵) 2.2根據(jù)本工程的特點(diǎn),需要淡化海砂15萬噸。業(yè)主已經(jīng)移交給承包商的海砂暫時(shí)有1.5萬方,根據(jù)試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果分析,一半以上的海砂(約0.7萬方)滿足用砂要求。還外還有大部分的海砂沒有移交給承包商的海砂,大概兩倍于現(xiàn)移交給我們承包商的海砂。海砂的堆積的密度為1.5噸/方,不需要淡化的海砂質(zhì)量為1.5*0.7*3=3.15萬噸。還需要淡化的海砂為15-3.15=11.85萬噸,CKE項(xiàng)目計(jì)劃橋涵結(jié)構(gòu)物的施工工期為一年,需日淡化海砂的量為為118500/365=325噸。一方面由于本項(xiàng)目部計(jì)劃收取部分河砂作為混凝土的細(xì)集料。另一方面項(xiàng)目部為了彌補(bǔ)一座拌和樓不能滿足施工進(jìn)度的要求,已經(jīng)考察斯國當(dāng)?shù)厣唐坊炷潦袌?chǎng),商品混凝土的強(qiáng)度和供應(yīng)量都能滿足我項(xiàng)目部的具體要求。綜合以上兩個(gè)因素,日淡化海砂的量不超過300噸。 2.3項(xiàng)目部通過綜合比較,最終選擇南京一家設(shè)備廠商。此公司的淡化沖洗設(shè)備是在“濕混凝土分離回收技術(shù)”的基礎(chǔ)上,針對(duì)客戶具體要求作針對(duì)性的改進(jìn),用于海砂沖洗設(shè)備。通過南京這家公司的業(yè)績(jī)證明,此設(shè)備能提供很好的淡化效果,操作簡(jiǎn)單,自動(dòng)化程度較高。 此公司根據(jù)我項(xiàng)目部的要求,日淡化產(chǎn)量為300噸。設(shè)備改進(jìn)的技術(shù)參數(shù)如下表:序號(hào) 項(xiàng) 目 參 數(shù)1 海砂淡化處理能力 25-30噸/小時(shí)2 淡化設(shè)備電機(jī)功率 16KW3 清洗用水量 17-20方/小時(shí)4 占地面積 300m2
2.4設(shè)備的工作原理 將浸泡過的海砂用裝載機(jī)送上淡化生產(chǎn)線,淡化設(shè)備如混凝土攪拌機(jī)一樣,內(nèi)置旋轉(zhuǎn)葉片和抓斗,自身旋轉(zhuǎn)。進(jìn)水管連接水泵,保證淡化設(shè)備的進(jìn)水系統(tǒng),隨著不斷注水,沖刷海砂,使海砂的氯離子含量符和標(biāo)準(zhǔn)要求,出水管排出洗刷過后的水。下圖為廠家提供設(shè)備示意圖: (略)
四、海砂淡化質(zhì)量控制 1、事前控制根據(jù)規(guī)范要求,保證海砂在凈化前放在淡水里浸泡2小時(shí)以上?刂扑嫜蜎]海砂的表面,使海砂表面距離水面20cm。裝載機(jī)鏟運(yùn)海砂前,翻一下浸泡的海砂。在浸泡的海砂進(jìn)入淡化線之前,項(xiàng)目部CKE中心試驗(yàn)室組織專人對(duì)浸泡翻倒過的海砂取樣,快速檢測(cè)氯離子含量,指導(dǎo)淡化設(shè)備的進(jìn)水量和進(jìn)水速度。 2、過程控制 2.1裝載機(jī)鏟運(yùn)海砂、傾倒海砂,使海砂進(jìn)入淡化設(shè)備的滑槽,滑槽兩邊有進(jìn)水口,對(duì)海砂進(jìn)行沖刷。人工配合機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)將海砂在淡水沖洗下進(jìn)入淡化設(shè)備,內(nèi)置的旋轉(zhuǎn)葉片對(duì)海砂充分清洗,清洗后的海砂進(jìn)入抓斗,然后進(jìn)入出料皮帶機(jī)到過篩。CKE中心試驗(yàn)室對(duì)凈化的后的海砂,進(jìn)行取樣檢測(cè)氯離子含量。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果是否滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的要求,調(diào)整進(jìn)砂量、滑槽兩邊進(jìn)水量、以及設(shè)備的旋轉(zhuǎn)速度。通過多次的試驗(yàn)、調(diào)整,達(dá)到海砂凈化良好效果,達(dá)到最經(jīng)濟(jì)的經(jīng)濟(jì)效果。 2.2在海砂淡化過程中,氯離子含量檢測(cè)至關(guān)重要。檢測(cè)方法采用我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14684-2001,此標(biāo)準(zhǔn)中明確提出Ⅰ類砂氯離子質(zhì)量比小于0.01%,Ⅱ類砂氯離子質(zhì)量比小于0.02%,Ⅲ類砂氯離子質(zhì)量比小于0.06%。根據(jù)CKE 項(xiàng)目設(shè)計(jì)圖紙要求,無大于C60的混凝土,所以本項(xiàng)目只用到Ⅱ類砂和Ⅲ類砂。 2.3海砂氯離子含量的計(jì)算
式中:Xa-為氯離子含量; C-為硝酸銀標(biāo)準(zhǔn)溶液的實(shí)際濃度,mol/L; V1-樣品滴定時(shí)消耗的硝酸銀標(biāo)準(zhǔn)溶液,mL; V2-空白試驗(yàn)時(shí)消耗的硝酸銀標(biāo)準(zhǔn)溶液,mL; m-為試樣質(zhì)量,g。CKE中心實(shí)驗(yàn)室按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求,對(duì)每組試樣進(jìn)行了平行檢測(cè),試驗(yàn)結(jié)果取兩次試驗(yàn)結(jié)果的算術(shù)平均值,精確至0.01%。 2.4檢測(cè)頻率 當(dāng)最優(yōu)最經(jīng)濟(jì)的組合方案已經(jīng)確定的情況下,試驗(yàn)室為了驗(yàn)證淡化設(shè)備的淡化海砂的水平能力,不至于淡化設(shè)備的淡化效果發(fā)生大的偏差。對(duì)淡化清洗后的海砂取樣檢測(cè),早上一次,下午兩次。當(dāng)拌合樓拌合的混凝土強(qiáng)度類型發(fā)生變化,需要的海砂技術(shù)要求也隨之改變時(shí),對(duì)海砂的檢測(cè)頻率提高至早上和下午各兩次。 3、事后控制 海砂畢竟是海砂,即使經(jīng)過多次淡水清洗,氯離子是不可能完全清除的,只有盡可能的將氯離子的含量降到最低。利用海砂攪拌混凝土,砼中的氯離子與鋼筋發(fā)生化學(xué)反應(yīng),引起鋼筋銹蝕而膨脹,導(dǎo)致砼沿鋼筋的位置出現(xiàn)裂縫。根據(jù)本項(xiàng)目的特點(diǎn),使用Ⅱ類砂攪拌混凝土?xí)r,為了不至于減低橋涵結(jié)構(gòu)物的耐久性,建議混凝土中增加緩蝕劑。國內(nèi)外的研究機(jī)構(gòu)眾多試驗(yàn)證明了,高強(qiáng)度的混凝土添加緩蝕劑能夠保護(hù)鋼筋。 五、結(jié)束語 CKE項(xiàng)目為斯里蘭卡國第一條高速公路項(xiàng)目,總承包單位為中冶集團(tuán)(MCC),此條高速被稱為中斯友誼路。為了高質(zhì)量,高標(biāo)準(zhǔn)建成CKE項(xiàng)目,向熱情好客的斯里蘭卡人民獻(xiàn)禮。嚴(yán)把原材料關(guān),是保證工程質(zhì)量最重要,最基本的前提。參考文獻(xiàn):(1) 建筑用砂GB/T 14684-2001;(2) 混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)JGJ 63-2006;(3) 孫家駟.公路小橋涵勘測(cè)設(shè)計(jì) 人民交通出版社;(4) 鄭家. 緩蝕劑科技發(fā)展歷程回顧和展望;(5) 司南.高中物理教材 人民教育出版社。
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