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用鋼渣作骨料引起的混凝土工程開裂問題案例分析 摘要 混凝(ning)(ning)(ning)土(tu)是指膠(jiao)凝(ning)(ning)(ning)材料(liao)將集料(liao)膠(jiao)結成(cheng)(cheng)整體的(de)(de)工(gong)程復(fu)合材料(liao)的(de)(de)統稱(即:以水泥為主要膠(jiao)凝(ning)(ning)(ning)材料(liao),與集料(liao)和(he)水,必要時摻入(ru)化(hua)學外加劑和(he)礦物摻合料(liao),按(an)適當比例配合,經(jing)過均勻攪拌、密(mi)實成(cheng)(cheng)型及(ji)養護硬化(hua)而成(cheng)(cheng)的(de)(de)人(ren)造石(shi)材)。集料(liao)在混凝(ning)(ning)(ning)土(tu)中(zhong)具有重要的(de)(de)作用,膠(jiao)凝(ning)(ning)(ning)材料(liao)與細集料(liao)合成(cheng)(cheng)砂(sha)漿(jiang)體填充粗集料(liao)孔隙形成(cheng)(cheng)的(de)(de)密(mi)實結構,集料(liao)構成(cheng)(cheng)了混凝(ning)(ning)(ning)土(tu)中(zhong)的(de)(de)強度骨架,集料(liao)的(de)(de)材質、強度、顆粒(li)級配、最大(da)粒(li)徑、含泥量、砂(sha)率、針片狀、量化(hua)關系等都會對(dui)混凝(ning)(ning)(ning)土(tu)工(gong)作性能產生不同程度的(de)(de)影響。本文從集料(liao)的(de)(de)顆粒(li)級配方面分析對(dui)混凝(ning)(ning)(ning)土(tu)工(gong)作性能產生的(de)(de)影響。
建筑工程每年數十億噸骨料的使用導致優質天然骨料的銳減及市場價格的提高,致使眾多商混企業將目光轉移到了再生骨料、低品質骨料、冶金渣骨料等。由于再生骨料的后續處理成本高、易給混凝土帶來性能影響等,商混企業更易選擇不需要處理或稍作處理的冶金渣骨料。目前使用較多的有鋼渣骨料[1]、礦渣骨料[2]、尾礦骨料[3]等(deng)。由于冶金(jin)渣骨料的(de)成(cheng)分復雜,具(ju)有堿活性(xing)及安定(ding)性(xing)不良等(deng)問題,造成(cheng)工程(cheng)上使用冶金(jin)渣后混凝(ning)土開(kai)裂(lie)的(de)事故(gu)(gu)時有發(fa)生。本文針對兩例混凝(ning)土工程(cheng)開(kai)裂(lie)事故(gu)(gu),介紹骨料引(yin)起混凝(ning)土開(kai)裂(lie)的(de)狀況(kuang)、特(te)點(dian)及判定(ding)過(guo)程(cheng),并給出(chu)了(le)相關建議。
工程概況分析
工程案例一(yi):某保障房工程建成后一(yi)年(nian)內(nei)發現其(qi)多層樓板發生鼓包、散點式爆(bao)裂(lie)(lie)破(po)(po)壞,剝離(li)開(kai)裂(lie)(lie)表層見有黑色松散型(xing)、多孔骨(gu)料,且隨著時間(jian)的(de)推(tui)移,破(po)(po)壞情況越來越嚴(yan)重(zhong)。典型(xing)的(de)破(po)(po)壞見圖1。
工程(cheng)案(an)例(li)二:某5層(ceng)框架(jia)結(jie)(jie)構建(jian)筑(zhu)物,主體(ti)(ti)建(jian)成后半(ban)年內,梁、板、柱(zhu)(zhu)均(jun)不同程(cheng)度出(chu)現(xian)脹(zhang)裂(lie)(lie)(lie)、表(biao)層(ceng)剝(bo)落(luo),尤其柱(zhu)(zhu)子發生大(da)面(mian)積(ji)(ji)剝(bo)落(luo),剝(bo)落(luo)處見有鐵銹色骨(gu)料(liao)(liao),質地(di)較軟、結(jie)(jie)構酥(su)松、多孔,開(kai)(kai)(kai)裂(lie)(lie)(lie)以骨(gu)料(liao)(liao)為中(zhong)心向四周輻(fu)射。受雨水的(de)(de)(de)(de)影響,頂(ding)層(ceng)的(de)(de)(de)(de)樓面(mian)和梁開(kai)(kai)(kai)裂(lie)(lie)(lie)最為嚴重(zhong),見圖2。由(you)于主體(ti)(ti)施工結(jie)(jie)束后,在雨水的(de)(de)(de)(de)作用(yong)下(xia),表(biao)層(ceng)混凝(ning)土(tu)剝(bo)落(luo)、開(kai)(kai)(kai)裂(lie)(lie)(lie)問(wen)題(ti)逐漸(jian)顯現(xian),該建(jian)筑(zhu)的(de)(de)(de)(de)施工被迫停止。隨(sui)著(zhu)時(shi)間的(de)(de)(de)(de)推(tui)移,問(wen)題(ti)越(yue)來越(yue)嚴重(zhong)。總(zong)體(ti)(ti)上,頂(ding)層(ceng)最嚴重(zhong),越(yue)往下(xia)暴露出(chu)來的(de)(de)(de)(de)問(wen)題(ti)相(xiang)對(dui)減輕。剝(bo)落(luo)開(kai)(kai)(kai)裂(lie)(lie)(lie)的(de)(de)(de)(de)具體(ti)(ti)情況與骨(gu)料(liao)(liao)顆粒(li)的(de)(de)(de)(de)大(da)小、骨(gu)料(liao)(liao)在樓板、梁、柱(zhu)(zhu)中(zhong)所處的(de)(de)(de)(de)位(wei)(wei)置、環(huan)境濕度等(deng)有關。通常,骨(gu)料(liao)(liao)越(yue)靠近構件表(biao)面(mian)處,開(kai)(kai)(kai)裂(lie)(lie)(lie)較小;骨(gu)料(liao)(liao)尺寸較大(da)、所處柱(zhu)(zhu)內部距(ju)離越(yue)深,開(kai)(kai)(kai)裂(lie)(lie)(lie)越(yue)嚴重(zhong)。圖2b中(zhong),沿著(zhu)水跡的(de)(de)(de)(de)地(di)方(fang),都(dou)出(chu)現(xian)了開(kai)(kai)(kai)裂(lie)(lie)(lie);圖2c 中(zhong),由(you)于骨(gu)料(liao)(liao)較大(da),且處于柱(zhu)(zhu)位(wei)(wei)置較深處,導致(zhi)約占(zhan)柱(zhu)(zhu)斷面(mian)尺寸的(de)(de)(de)(de)1/3面(mian)積(ji)(ji)完(wan)全酥(su)掉。
問題分析
從上述破(po)壞(huai)特征可以(yi)(yi)看出(chu),破(po)壞(huai)是由(you)于使用了(le)不合(he)格的骨料所致(zhi)。骨料在(zai)遇水或(huo)有濕氣的環(huan)境中發(fa)生了(le)膨脹性的化(hua)學(xue)反應(ying),產生了(le)較大的膨脹應(ying)力,將周邊混(hun)凝(ning)土撐開(kai),導致(zhi)表(biao)層砂漿的剝落,而(er)骨料自(zi)身則因發(fa)生化(hua)學(xue)反應(ying)后(hou)變得酥松(song)、多孔。這種破(po)壞(huai)往往有一個過(guo)程,多在(zai)混(hun)凝(ning)土澆筑半年(nian)至一年(nian)后(hou)發(fa)生。從骨料的鐵(tie)銹色可以(yi)(yi)初步推斷該骨料或(huo)為鋼(gang)渣骨料。 將(jiang)現場黑色酥松骨料取樣(yang)進行了掃描電(dian)子(zi)顯微鏡(jing)(SEM)測試(shi)與(yu)X射線(xian)能譜(pu)(EDS)分析,結果分別見圖(tu)3和圖(tu)4。將(jiang)該(gai)骨料分別放大(da)(da)100倍、500倍、5000倍和12000倍發現,該(gai)樣(yang)品表面(mian)有(you)大(da)(da)量的(de)孔(kong)洞,結構較為疏松,5000倍、12000倍放大(da)(da)的(de)圖(tu)片中可(ke)以發現有(you)凝膠狀水化(hua)(hua)產物的(de)物質出現,表明(ming)(ming)其可(ke)能與(yu)水泥漿體發生(sheng)了一定(ding)程度的(de)化(hua)(hua)學反(fan)應,也說明(ming)(ming)該(gai)骨料礦(kuang)物成分中含(han)有(you)可(ke)水化(hua)(hua)的(de)礦(kuang)物或者可(ke)以參與(yu)火山灰反(fan)應的(de)成分。
圖3 酥松骨料SEM照片 對圖3中點1進行了能譜分析,進一步確定其化學組成。從能譜結果圖4可以看出,該處主要元素為鈣、硅、鋁和氧等,其中含有少量的Mg及其他的一些微量元素。
鋼渣作為混凝土骨料的安定性問題
鋼渣作為骨料,其安定性問題突出,受多種因素的影響。鋼渣中通常含有游離氧化鈣和游離氧化鎂。游離氧化鈣f-CaO與水反應生成Ca(OH)2,體積增大1.98倍,該部分CaO經過1600℃高溫煅燒,結晶良好水化速率緩慢,這是產生鋼渣體積穩定性不良的主要物質;游離氧化鎂f-MgO遇水反應生成Mg(OH)2,過程較慢、體積增大2.48倍。此外,鋼渣中的硫化亞鐵、硫化亞錳也可以導致體積膨脹,硫含量大于3%時,其水化分別生成Fe(OH)2和Mn(OH)2,體積分別增大1.4倍和1.3倍[5]。 另外,鋼渣的安定性還與鋼渣的冷卻方式(急冷、慢冷)有關。一般鋼渣都是緩慢冷卻下來的,它們結晶后會生成游離的CaO,如果通過急冷的手段對鋼渣進行處理,就不會產生游離的CaO與其它的結晶氧化物,而這就從根本上解決了鋼渣細骨料體積穩定性不良的問題[6]。鋼渣預處理工藝不同,其安定性也可能不同。鋼渣經濕水或經一段時間的自然存放后,f-CaO含量降低,安定性問題將有所緩解[7]。但在(zai)(zai)實際堆(dui)放(fang)過程中(zhong),往(wang)往(wang)新(xin)鮮鋼渣堆(dui)放(fang)在(zai)(zai)最外層,因而(er)在(zai)(zai)使用前(qian)自(zi)然存(cun)放(fang)的時間往(wang)往(wang)最短,因此(ci),安定性問題(ti)最嚴重。
工程中使用鋼渣作骨料帶來的危害
如前所述,工(gong)程(cheng)中使(shi)用鋼(gang)渣(zha)(zha)作為骨料(liao)會導(dao)(dao)致在鋼(gang)渣(zha)(zha)骨料(liao)周圍(wei)混(hun)凝(ning)(ning)土(tu)的(de)(de)(de)(de)剝落(luo)、開(kai)裂的(de)(de)(de)(de)問題。鋼(gang)渣(zha)(zha)中的(de)(de)(de)(de)游離氧化(hua)鈣、氧化(hua)鎂(mei)等(deng)與水反(fan)應(ying)的(de)(de)(de)(de)速(su)度和程(cheng)度受到骨料(liao)周圍(wei)提供(gong)水份(fen)的(de)(de)(de)(de)多(duo)少、骨料(liao)的(de)(de)(de)(de)大小、周邊約(yue)束(shu)大小、骨料(liao)在構件中的(de)(de)(de)(de)深(shen)度、環(huan)境(jing)溫(wen)度等(deng)等(deng)多(duo)重復雜因(yin)素的(de)(de)(de)(de)影響,因(yin)此,由膨脹反(fan)應(ying)導(dao)(dao)致的(de)(de)(de)(de)開(kai)裂出(chu)現的(de)(de)(de)(de)時(shi)間、嚴重程(cheng)度、以(yi)及最(zui)終(zhong)反(fan)應(ying)完成的(de)(de)(de)(de)時(shi)間都(dou)具有很大的(de)(de)(de)(de)不確定性,且難以(yi)預測。此外(wai),由于鋼(gang)渣(zha)(zha)骨料(liao)是分布于混(hun)凝(ning)(ning)土(tu)中,只要(yao)是使(shi)用了鋼(gang)渣(zha)(zha)的(de)(de)(de)(de)混(hun)凝(ning)(ning)土(tu),鋼(gang)渣(zha)(zha)處最(zui)終(zhong)都(dou)會發生膨脹破壞(huai),因(yin)此,這(zhe)種分散的(de)(de)(de)(de)骨料(liao)引起的(de)(de)(de)(de)破壞(huai)最(zui)終(zhong)會導(dao)(dao)致結(jie)構的(de)(de)(de)(de)整(zheng)體(ti)破壞(huai)。這(zhe)種形式的(de)(de)(de)(de)破壞(huai),甚至(zhi)加(jia)固都(dou)沒(mei)有任何意義,最(zui)后(hou)只能(neng)拆除。
鋼渣的預處理
由于(yu)鋼渣骨料(liao)的(de)安(an)定性不良問題,在工程中是嚴禁使(shi)用(yong)未經(jing)(jing)處(chu)理并(bing)檢驗合(he)格的(de)鋼渣的(de)。如(ru)果(guo)需(xu)要使(shi)用(yong)鋼渣,必須在使(shi)用(yong)前進行(xing)預(yu)處(chu)理,并(bing)經(jing)(jing)安(an)定性檢驗合(he)格后方(fang)可使(shi)用(yong)。常用(yong)的(de)預(yu)處(chu)理方(fang)法有: 1)陳化、消解:陳化處理是消除鋼渣中膨脹組分的最簡單有效也是最常用的方法,此舉不但能降低f-CaO含量,而且能使硫化鈣遇水生成的不穩定高價硫離子氧化。但陳化時間較長,需要大面積的堆放場地,容易對渣場環境造成污染[8]。
結論
本文所(suo)列舉的兩個工程案例中(zhong)(zhong)的混(hun)凝(ning)土質量事故均(jun)是由于使(shi)用(yong)了鋼(gang)渣(zha)(zha)替代(dai)部分骨料(liao)造成的。雖然理論上(shang)鋼(gang)渣(zha)(zha)骨料(liao)經(jing)過預(yu)處理后可以(yi)(yi)應用(yong)到(dao)混(hun)凝(ning)土中(zhong)(zhong),但是在實際(ji)操作中(zhong)(zhong)容易出現預(yu)處理過程較短、骨料(liao)中(zhong)(zhong)f-CaO陳化消解不完全(quan)等現象(xiang)。因此(ci),在鋼(gang)渣(zha)(zha)骨料(liao)預(yu)處理措施不甚完善的條件下,不建(jian)議使(shi)用(yong)鋼(gang)渣(zha)(zha)作為骨料(liao)。同時,為降低混(hun)凝(ning)土生(sheng)產成本,混(hun)凝(ning)土企業使(shi)用(yong)的骨料(liao)來(lai)源、種類(lei)琳瑯(lang)滿目(mu),這給(gei)建(jian)筑物帶來(lai)了安全(quan)質量隱患,因此(ci),對于建(jian)設主管(guan)部門,一(yi)方面要加強質量監督,另一(yi)方面對于確實可以(yi)(yi)使(shi)用(yong)的材料(liao),要及(ji)時出臺相關規范(fan)、標準以(yi)(yi)指(zhi)導生(sheng)產。 參考文獻 作者:張亞梅 李保亮 發布日期:2018/4/13 16:55:37 已經瀏覽 7778 次
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