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钢渣作为骨料使用会引发混凝土质量问题吗

编辑:澳门十大娱乐网址大全   发布时间:2020-1-11?
  为充分利用资源,降低成本,实现可持续发展,大量工业废渣被应用于混凝土中,如钢渣、高炉渣、粉煤灰等,这大大提高了了资源利用率。但对于工业废渣在混凝土中的使用,我国还没有足够的基础研究和相关标准,这导致了很多工程质量问题。例如,很多地区滥用钢渣作为混凝土骨料,发生了钢渣骨料膨胀导致硬化混凝土损伤的问题,造成了严重后果。钢渣存在安定性不良的问题,必须对其有充分的了解、采用正确的使用方法,才能保证工程质量和安全。


钢渣骨料对混凝土产生的质量危害


  1.钢渣骨料

  钢渣作为骨料应用于混凝土,可分为粗骨料和细骨料(钢渣砂)两类,需要注意的是,目前钢渣粗骨料和钢渣细骨料应用于结构混凝土均没有相关标准。
  在国家标准《钢渣应用技术要求》(GB/T 32546-2016)中,涉及了钢渣做粗骨料或细骨料应用于砂浆、砖和砌块、沥青混合料;在国家标准《道路用钢渣》(GB/T 25824-2010)中,涉及了钢渣做粗骨料应用于沥青混合料;在国家标准《外墙外保温抹面砂浆和粘结砂浆用钢渣砂》(GB/T 24764-2009)和黑色冶金行业标准《水泥混凝土路面用钢渣砂应用技术规程》(YB/T4329-2012)等规范中,也涉及到了钢渣做骨料。
  上述所有涉及到将钢渣做骨料的标准,均对钢渣骨料安定性进行了限制,通常采用浸水膨胀率或压蒸粉化率的指标进行控制。其中浸水膨胀率采用90℃水浴养护的方法,经过一定时间后,使钢渣中的游离氧化钙、游离氧化镁消解,产生体积膨胀,测定体积变化率;压蒸粉化率定义为钢渣在2.0MPa的饱和蒸汽条件下压蒸3h,粉化后小于1.18mm的颗粒所占的比率。
  2.钢渣骨料引发硬化混凝土劣化的原因
  钢渣粉安定性合格不代表钢渣骨料安定性合格。在钢渣粉的粉磨和混合过程中,钢渣中的安定性不良的组份在钢渣粉中较均匀地分散,而这些安定性不良的组份在钢渣骨料中的分布是不均匀的,有可能某些颗粒中安定性不良组分的含量极少,而部分颗粒中安定性不良组分的含量过高。所以,钢渣粉的安定性合格不能作为钢渣骨料合格的依据。
  游离CaO是导致钢渣骨料安定性不良的突出因素。
  从最近几年暴露出的工程问题来看,绝大多数是钢渣粗骨料混凝土使用半年到2年内,明显出现混凝土表面“爆裂”或开裂。钢渣中游离MgO矿物的活性很低,反应非常缓慢,因此可以判断引发这些工程事故的主要原因是钢渣粗骨料中的游离CaO发生反应造成膨胀。
  下图是从我国不同钢铁厂获取的钢渣粗骨料,在90℃的蒸养箱中放置14d后,均出现了部分颗粒开裂或破碎的情况,在蒸养条件下游离MgO矿物的反应程度很低,主要是游离CaO发生了反应导致的膨胀。下图也再次说明了钢渣颗粒中安定性不良组分的分布不均匀。
 

高温蒸养后的钢渣骨料


  浸水膨胀率和压蒸粉化率均不能作为钢渣骨料在混凝土中应用的参照指标。混凝土是一种密实度比较高的建筑材料,这就意味着钢渣骨料在混凝土中是紧密“镶嵌”的,自由膨胀的空间很小,因此钢渣骨料在混凝土中膨胀所引发的膨胀应力通常比较大,能够比较轻易地将混凝土胀裂。压蒸粉化率采用了比较严格的实验条件,在这种实验条件下,钢渣中的绝大部分游离CaO和MgO会发生反应,因此压蒸粉化率能够比较好地反应钢渣中安定性不良组分对钢渣颗粒的破坏作用。然而,压蒸粉化率的表征指标“粉化后小于1.18mm的颗粒所占的比率”并不能显示出有多少比例的钢渣颗粒会发生膨胀(或发生能够使混凝土产生裂缝的膨胀)。还有一个重要的问题不能忽视,即取样的代表性,钢渣颗粒中的安定性不良组分的分布是随机的,在钢渣堆场中,由于钢铁生产工艺(或原材料)或存放时间等因素的变化使钢渣颗粒的差异性很大。因此,为确保工程质量,应尽量避免钢渣骨料使用在水泥混凝土中。
  3.钢渣骨料引发混凝土工程质量问题的处理建议
  (1)钻芯取样。首先要针对所有使用钢渣骨料混凝土的结构部位进行大量钻芯取样,之所以要进行大量钻芯取样,是因为钢渣骨料的安定性不良的程度离散性很大,取样必须具有统计意义或代表性。有研究人员提出根据原配合比和原材料制备混凝土试块,然后检测试块的相关性能进行安全性评价,这种方法是不可取的,因为往往难以获得混凝土中钢渣骨料的实际掺量(由于生产企业隐瞒真实数据或在实际生产中的掺量波动较大),并且不同批次的钢渣骨料难免有所差异。
  (2)进行压蒸试验。将钻芯取样的混凝土试块置于压蒸釜中压蒸6h(参照GB/T 20491-2017的实验条件),然后观察混凝土试块的表面破损和裂缝出现的情况,对于表面破损很严重或大量裂缝的情况,可以认定该混凝土的质量问题严重。对于表面破损和开裂不明显的情况,进行抗压强度测试,测试压蒸后相比压蒸前的强度损失率。这里需要指出的是,即使对于普通混凝土,经过压蒸之后也会有强度的降低,这是因为在压蒸的过程中水泥的水化产物AFt和C-S-H凝胶会发生部分分解或晶型转变,使混凝土的孔隙率增大。所以,需要制备相同配合比的无钢渣骨料的混凝土(即全部采用石灰石骨料),平行进行压蒸试验,将无钢渣骨料的混凝土作为参照组,进行强度损失率的对比。

  (3)进行结构的安全性评估。如果钢渣骨料混凝土在压蒸后的强度损失率与对照组混凝土很接近,基本可以判断该混凝土的质量问题很小。如果钢渣骨料混凝土在压蒸后的强度损失率明显大于对照组,则需要根据压蒸后的数据进行结构的安全性评估。       


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