為充分利用資源，降低成本，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，大量工業(yè)廢渣被應(yīng)用于混凝土中，如鋼渣、高爐渣、粉煤灰等，這大大提高了了資源利用率。但對于工業(yè)廢渣在混凝土中的使用，我國還沒有足夠的基礎(chǔ)研究和相關(guān)標準，這導(dǎo)致了很多工程質(zhì)量問題。例如，很多地區(qū)濫用鋼渣作為混凝土骨料，發(fā)生了鋼渣骨料膨脹導(dǎo)致硬化混凝土損傷的問題，造成了嚴重后果。鋼渣存在安定性不良的問題，必須對其有充分的了解、采用正確的使用方法，才能保證工程質(zhì)量和安全。
1.鋼渣骨料
鋼渣作為骨料應(yīng)用于混凝土，可分為粗骨料和細骨料（鋼渣砂）兩類，需要注意的是，目前鋼渣粗骨料和鋼渣細骨料應(yīng)用于結(jié)構(gòu)混凝土均沒有相關(guān)標準。
在國家標準《鋼渣應(yīng)用技術(shù)要求》（GB/T 32546-2016）中，涉及了鋼渣做粗骨料或細骨料應(yīng)用于砂漿、磚和砌塊、瀝青混合料；在國家標準《道路用鋼渣》（GB/T 25824-2010）中，涉及了鋼渣做粗骨料應(yīng)用于瀝青混合料；在國家標準《外墻外保溫抹面砂漿和粘結(jié)砂漿用鋼渣砂》（GB/T 24764-2009）和黑色冶金行業(yè)標準《水泥混凝土路面用鋼渣砂應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（YB/T4329-2012）等規(guī)范中，也涉及到了鋼渣做骨料。
上述所有涉及到將鋼渣做骨料的標準，均對鋼渣骨料安定性進行了限制，通常采用浸水膨脹率或壓蒸粉化率的指標進行控制。其中浸水膨脹率采用90℃水浴養(yǎng)護的方法，經(jīng)過一定時間后，使鋼渣中的游離氧化鈣、游離氧化鎂消解，產(chǎn)生體積膨脹，測定體積變化率；壓蒸粉化率定義為鋼渣在2.0MPa的飽和蒸汽條件下壓蒸3h，粉化后小于1.18mm的顆粒所占的比率。
2.鋼渣骨料引發(fā)硬化混凝土劣化的原因
鋼渣粉安定性合格不代表鋼渣骨料安定性合格。在鋼渣粉的粉磨和混合過程中，鋼渣中的安定性不良的組份在鋼渣粉中較均勻地分散，而這些安定性不良的組份在鋼渣骨料中的分布是不均勻的，有可能某些顆粒中安定性不良組分的含量極少，而部分顆粒中安定性不良組分的含量過高。所以，鋼渣粉的安定性合格不能作為鋼渣骨料合格的依據(jù)。
游離CaO是導(dǎo)致鋼渣骨料安定性不良的突出因素。
從最近幾年暴露出的工程問題來看，絕大多數(shù)是鋼渣粗骨料混凝土使用半年到2年內(nèi)，明顯出現(xiàn)混凝土表面“爆裂”或開裂。鋼渣中游離MgO礦物的活性很低，反應(yīng)非常緩慢，因此可以判斷引發(fā)這些工程事故的主要原因是鋼渣粗骨料中的游離CaO發(fā)生反應(yīng)造成膨脹。
下圖是從我國不同鋼鐵廠獲取的鋼渣粗骨料，在90℃的蒸養(yǎng)箱中放置14d后，均出現(xiàn)了部分顆粒開裂或破碎的情況，在蒸養(yǎng)條件下游離MgO礦物的反應(yīng)程度很低，主要是游離CaO發(fā)生了反應(yīng)導(dǎo)致的膨脹。下圖也再次說明了鋼渣顆粒中安定性不良組分的分布不均勻。
浸水膨脹率和壓蒸粉化率均不能作為鋼渣骨料在混凝土中應(yīng)用的參照指標。混凝土是一種密實度比較高的建筑材料，這就意味著鋼渣骨料在混凝土中是緊密“鑲嵌”的，自由膨脹的空間很小，因此鋼渣骨料在混凝土中膨脹所引發(fā)的膨脹應(yīng)力通常比較大，能夠比較輕易地將混凝土脹裂。壓蒸粉化率采用了比較嚴格的實驗條件，在這種實驗條件下，鋼渣中的絕大部分游離CaO和MgO會發(fā)生反應(yīng)，因此壓蒸粉化率能夠比較好地反應(yīng)鋼渣中安定性不良組分對鋼渣顆粒的破壞作用。然而，壓蒸粉化率的表征指標“粉化后小于1.18mm的顆粒所占的比率”并不能顯示出有多少比例的鋼渣顆粒會發(fā)生膨脹（或發(fā)生能夠使混凝土產(chǎn)生裂縫的膨脹）。還有一個重要的問題不能忽視，即取樣的代表性，鋼渣顆粒中的安定性不良組分的分布是隨機的，在鋼渣堆場中，由于鋼鐵生產(chǎn)工藝（或原材料）或存放時間等因素的變化使鋼渣顆粒的差異性很大。因此，為確保工程質(zhì)量，應(yīng)盡量避免鋼渣骨料使用在水泥混凝土中。
3.鋼渣骨料引發(fā)混凝土工程質(zhì)量問題的處理建議
（1）鉆芯取樣。首先要針對所有使用鋼渣骨料混凝土的結(jié)構(gòu)部位進行大量鉆芯取樣，之所以要進行大量鉆芯取樣，是因為鋼渣骨料的安定性不良的程度離散性很大，取樣必須具有統(tǒng)計意義或代表性。有研究人員提出根據(jù)原配合比和原材料制備混凝土試塊，然后檢測試塊的相關(guān)性能進行安全性評價，這種方法是不可取的，因為往往難以獲得混凝土中鋼渣骨料的實際摻量（由于生產(chǎn)企業(yè)隱瞞真實數(shù)據(jù)或在實際生產(chǎn)中的摻量波動較大），并且不同批次的鋼渣骨料難免有所差異。
（2）進行壓蒸試驗。將鉆芯取樣的混凝土試塊置于壓蒸釜中壓蒸6h（參照GB/T 20491-2017的實驗條件），然后觀察混凝土試塊的表面破損和裂縫出現(xiàn)的情況，對于表面破損很嚴重或大量裂縫的情況，可以認定該混凝土的質(zhì)量問題嚴重。對于表面破損和開裂不明顯的情況，進行抗壓強度測試，測試壓蒸后相比壓蒸前的強度損失率。這里需要指出的是，即使對于普通混凝土，經(jīng)過壓蒸之后也會有強度的降低，這是因為在壓蒸的過程中水泥的水化產(chǎn)物AFt和C-S-H凝膠會發(fā)生部分分解或晶型轉(zhuǎn)變，使混凝土的孔隙率增大。所以，需要制備相同配合比的無鋼渣骨料的混凝土（即全部采用石灰石骨料），平行進行壓蒸試驗，將無鋼渣骨料的混凝土作為參照組，進行強度損失率的對比。
?。?）進行結(jié)構(gòu)的安全性評估。如果鋼渣骨料混凝土在壓蒸后的強度損失率與對照組混凝土很接近，基本可以判斷該混凝土的質(zhì)量問題很小。如果鋼渣骨料混凝土在壓蒸后的強度損失率明顯大于對照組，則需要根據(jù)壓蒸后的數(shù)據(jù)進行結(jié)構(gòu)的安全性評估。
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