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鋼渣作為骨料使用會引發混凝土質量問題嗎

編輯:看黄软件无限次破解版   發布時間:2020-1-11?
  為充分利用資源,降低成本,實現可持續發展,大量工業廢渣被應用于混凝土中,如鋼渣、高爐渣、粉煤灰等,這大大提高了了資源利用率。但對于工業廢渣在混凝土中的使用,我國還沒有足夠的基礎研究和相關標準,這導致了很多工程質量問題。例如,很多地區濫用鋼渣作為混凝土骨料,發生了鋼渣骨料膨脹導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,才能保證工程質量和安全。


鋼渣骨料對混凝土產生的質量危害


  1.鋼渣骨料

  鋼渣作為骨料應用于混凝土,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用于結構混凝土均沒有相關標準。
  在國家標準《鋼渣應用技術要求》(GB/T 32546-2016)中,涉及了鋼渣做粗骨料或細骨料應用于砂漿、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用于瀝青混合料;在國家標準《外墻外保溫抹面砂漿和粘結砂漿用鋼渣砂》(GB/T 24764-2009)和黑色冶金行業標準《水泥混凝土路面用鋼渣砂應用技術規程》(YB/T4329-2012)等規范中,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℃水浴養護的方法,經過一定時間后,使鋼渣中的游離氧化鈣、游離氧化鎂消解,產生體積膨脹,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。
  游離CaO是導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,絕大多數是鋼渣粗骨料混凝土使用半年到2年內,明顯出現混凝土表面“爆裂”或開裂。鋼渣中游離MgO礦物的活性很低,反應非常緩慢,因此可以判斷引發這些工程事故的主要原因是鋼渣粗骨料中的游離CaO發生反應造成膨脹。
  下圖是從我國不同鋼鐵廠獲取的鋼渣粗骨料,在90℃的蒸養箱中放置14d后,均出現了部分顆粒開裂或破碎的情況,在蒸養條件下游離MgO礦物的反應程度很低,主要是游離CaO發生了反應導致的膨脹。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。
 

高溫蒸養后的鋼渣骨料


  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的膨脹應力通常比較大,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會發生反應,因此壓蒸粉化率能夠比較好地反應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生膨脹(或發生能夠使混凝土產生裂縫的膨脹)。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,為確保工程質量,應盡量避免鋼渣骨料使用在水泥混凝土中。
  3.鋼渣骨料引發混凝土工程質量問題的處理建議
  (1)鉆芯取樣。首先要針對所有使用鋼渣骨料混凝土的結構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,取樣必須具有統計意義或代表性。有研究人員提出根據原配合比和原材料制備混凝土試塊,然后檢測試塊的相關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(由于生產企業隱瞞真實數據或在實際生產中的摻量波動較大),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物AFt和C-S-H凝膠會發生部分分解或晶型轉變,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。

  (3)進行結構的安全性評估。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,則需要根據壓蒸后的數據進行結構的安全性評估。       


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