實際工程中混凝土中鋼渣的水化反應(yīng)分析及活性激發(fā)

　　[摘 要]根據(jù)一棟新建高層住宅發(fā)生混凝土爆裂的實際工程，介紹了爆裂處混凝土的外觀變化和物理特性，并對脫落的混凝土做了化學(xué)成分分析，結(jié)論是混凝土中摻入了未經(jīng)處理的鋼渣骨料，主要是鋼渣中f-CaO和f-MgO的緩慢水化反應(yīng)，并分別產(chǎn)生1.98倍和2.48倍的體積膨脹。本文分析了鋼渣中f-CaO和f-MgO水化反應(yīng)緩慢的原因及其體積膨脹機理。為了更好的利用鋼渣這一二次資源，并響應(yīng)國家戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型和“美麗中國”建設(shè)的號召，提高鋼渣的水化速率，做到讓其在混凝土凝固之前完成水化及體積膨脹，則不會造成混凝土成品的爆裂，同時可以采用化學(xué)激發(fā)鋼渣活性的方法，激發(fā)鋼渣的膠凝特性，把鋼渣用作水泥摻合料。
　　[關(guān)鍵詞]鋼渣；游離氧化鈣；游離氧化鎂；水化反應(yīng)；體積膨脹；活性激發(fā)
　　中圖分類號：S543 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2018）24-0306-04
　　0.引言
　　鋼渣是鋼鐵企業(yè)煉鋼過程中產(chǎn)生的廢料。我國是一個產(chǎn)鋼大國，同時也是鋼料。我國是一個產(chǎn)鋼大國，同時也是鋼渣的生產(chǎn)大國，據(jù)2014年統(tǒng)計：2013年我國鋼渣產(chǎn)生量1億噸左右，我國鋼渣累積堆存近10億噸，綜合利用率僅為10%。而且大量的鋼渣堆放不僅占用大量土地資源而且造成環(huán)境污染，同時鋼渣是很好的二次資源，日本、美國幾乎可以做到鋼渣的100%有效利用[1-2]，歐洲也可以讓65%的鋼渣得到高效率的利用[3]，為響應(yīng)國家發(fā)展戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型和“美麗中國”建設(shè)，國家對鋼渣的再利用已經(jīng)提升到國家發(fā)展戰(zhàn)略的高度，現(xiàn)階段很多混凝土攪拌站會把鋼渣用作混凝土的粗骨料，但鋼渣的安定性問題會給混凝土的后期強度帶來隱患，摻鋼渣的混凝土結(jié)構(gòu)在后期使用中出現(xiàn)爆裂的例子也不勝枚舉。
　　1.工程概況
　　某建筑物地下3層，地上30層，-2、-3層為人防工程或儲藏室，-1層為商業(yè)，1～4層為配套商業(yè)，5～30層為住宅，總高度為92.3米，總建筑面積為43560.61平方米。2015年01月開始施工基礎(chǔ)，2016年05月主體結(jié)構(gòu)施工完成，2016年8月底建設(shè)單位發(fā)現(xiàn)該工程混凝土構(gòu)件出現(xiàn)大范圍混凝土爆裂現(xiàn)象。爆裂位置呈散點狀分布。爆裂點處混凝土鼓包或脫落，爆裂點中心為已粉化的粗骨料，粒徑大小約5～35mm，顏色主要有黑褐色、淺綠色，少量為白色，一經(jīng)觸碰，粉末狀物質(zhì)即脫落，爆裂以骨料為中心向四周輻射�；炷�土爆裂深度、尺寸與爆裂點處粉化的骨料粒徑大小及深度有關(guān)，粒徑越大、距表面深度越大，爆裂情況就越嚴重些，爆裂部位平面尺寸約10～150mm，中心位置深度約2～20 mm。
　　該工程被委托給專業(yè)檢測鑒定單位對混凝土的爆裂進行檢測鑒定。檢測結(jié)果是混凝土爆裂是由于使用了不合格的骨料所引起的。骨料在遇水或有濕氣的環(huán)境中發(fā)生了膨脹性的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生較大的膨脹應(yīng)力，將周邊混凝土撐開，導(dǎo)致表層混凝土開裂、剝落，而骨料自身則因發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后變得酥松。工程現(xiàn)場同時發(fā)現(xiàn)，在樓板上灑水的樓層，爆裂現(xiàn)象更嚴重些，在板底或梁底已進行膩子抹面的混凝土表面檢查到的爆裂點相對較少，另外，檢測過程中發(fā)現(xiàn)混凝土構(gòu)件爆裂點數(shù)量仍不斷增多。
　　從骨料表面顏色、多孔、樣品表面具有可參與水化反應(yīng)的礦物或參與火山灰反應(yīng)的成分，該骨料中含有鈣、硅、鋁、氧、鎂等元素，及該骨料可以產(chǎn)生體積膨脹等，檢測鑒定人員給出結(jié)論，該混凝土骨料為鋼渣骨料，堿度低的鋼渣呈灰色，堿度高的呈褐灰色、灰白色，與現(xiàn)場爆裂混凝土的顏色基本一致。同時本次測試采用了快速水化反應(yīng)試驗來測定爆裂后的混凝土強度，試驗發(fā)現(xiàn)C30混凝土蒸煮、蒸壓后分別降低了18.3%和33.3%；C35混凝土蒸煮、蒸壓后分別降低了14.6%和33.9%；C45混凝土蒸煮、蒸壓后分別降低了12.3%和29.3%。說明鋼渣骨料中的有害物質(zhì)發(fā)生水化反應(yīng)后會導(dǎo)致混凝土強度的顯著降低，水化反應(yīng)越充分，強度降低越多。
　　2 鋼渣中Fe3+、Ca2+、Mg2+含量的測定
　　2.1 Fe3+含量的檢測
　　鄰二氮菲是測定鐵的高靈敏、高選擇性試劑，鄰二氮菲分光光度法是測定微量鐵的常用方法，在PH為2～9的溶液中，F(xiàn)e2+與鄰二氮菲生成穩(wěn)定的橘紅色配合物[Fe（phen）3]2+，摩爾吸光系數(shù)ε508=1.1x104L·mol-1·cm-1。Fe3+與鄰二氮菲（phen）也生成配合物（呈藍色），因此，在顯色之前須用鹽酸羥氨將全部的Fe3+還原為Fe2+。
　　測定前先將鋼渣溶于硝酸，然后把溶液調(diào)成需要的PH值。測定試樣中鐵含量采用標準曲線法，先配制一系列濃度由大到小的標準溶液，在確定條件下依次測量各標準溶液的吸光度（A），以標準溶液的濃度為橫坐標，相應(yīng)的吸光度為縱坐標，繪制標準曲線。將未知試樣按照與繪制標準曲線相同的操作條件進行操作，測定出其吸光度，再從標準曲線上查出該吸光度對應(yīng)濃度值即可算出被測試樣中被測物的含量。
　　2.2 Ca2+、Mg2+含量的檢測
　　可以采用水硬度測定的方法測定Ca2+、Mg2+的含量，第一步先測定Ca2+、Mg2+總量，第二部分別測定Ca2+、Mg2+的含量。測定Ca2+、Mg2+總量時，在PH=10的緩沖溶液中，以鉻黑T為指示劑，用EDTA標準溶液滴定。因水樣中可能含有Fe3+、Al3+、Cu2+、Zn2+、Pb2+等微量雜質(zhì)離子，所以用三乙醇胺、Na2S掩蔽之。
　　測定前先將鋼渣溶于硝酸，然后把溶液調(diào)成需要的PH值。測定Ca2+時，先用NaOH調(diào)節(jié)溶液PH=12-13，使Mg2+生成難容的Mg（OH）2沉淀，加入鈣指示劑與Ca2+配位成紅色。滴定時，EDTA先與游離Ca2+配位，然后奪取已和指示劑配位的Ca2+，使溶液的紅色變?yōu)樗{色即為終點。從EDTA標準溶液的用量可計算Ca2+的含量。根據(jù)以上兩步即可算出Ca2+、Mg2+的含量。
　　3 檢測結(jié)果分析
　　3.1 鋼渣中f-CaO的水化反應(yīng)膨脹機理

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