實(shí)際工程中混凝土中鋼渣的水化反應(yīng)分析及活性激發(fā)
發(fā)布時間:2018-07-02 來源: 日記大全 點(diǎn)擊:
[摘 要]根據(jù)一棟新建高層住宅發(fā)生混凝土爆裂的實(shí)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(jī)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(xiàn)標(biāo)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(jì):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(qiáng)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(diǎn)狀分布。爆裂點(diǎn)處混凝土鼓包或脫落,爆裂點(diǎn)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;炷帘焉疃、尺寸與爆裂點(diǎn)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(yán)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(jìn)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(yán)重些,在板底或梁底已進(jìn)行膩?zhàn)幽娴幕炷帘砻鏅z查到的爆裂點(diǎn)相對較少,另外,檢測過程中發(fā)現(xiàn)混凝土構(gòu)件爆裂點(diǎn)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(yàn)來測定爆裂后的混凝土強(qiáng)度,試驗(yàn)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(qiáng)度的顯著降低,水化反應(yīng)越充分,強(qiáng)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(lán)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(biāo)準(zhǔn)曲線法,先配制一系列濃度由大到小的標(biāo)準(zhǔn)溶液,在確定條件下依次測量各標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度(A),以標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度為橫坐標(biāo),相應(yīng)的吸光度為縱坐標(biāo),繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。將未知試樣按照與繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線相同的操作條件進(jìn)行操作,測定出其吸光度,再從標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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{(lán)色即為終點(diǎn)。從EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的用量可計(jì)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(jī)理
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