將工業(yè)廢渣在混凝土中應用（用作摻合料或骨料），既能夠減少工業(yè)廢渣對土地的占用和環(huán)境的污染，又可以降低混凝土的材料成本，這符合“低碳”和“可持續”的理念。然而，如果工業(yè)廢渣在混凝土中的應用導致混凝土的性能降低，尤其是耐久性能的降低，從全壽命周期來(lái)講，就事與愿違了。
目前，礦渣和粉煤灰已成為在混凝土中使用非常成熟的礦物摻合料，在很多情況下，通過(guò)摻入礦渣或粉煤灰能夠實(shí)現混凝土更高的性能要求。鋼渣是煉鋼過(guò)程中排放的工業(yè)廢渣，排放量大、利用率低。值得注意的是，礦渣、粉煤灰、鋼渣均是在我國快速工業(yè)化的同一階段排放的工業(yè)廢渣，且排放量均非常大，為什么到目前為止鋼渣的利用率遠低于礦渣和粉煤灰呢？這絕對不是因為過(guò)多的研究投向了礦渣和粉煤灰，而是鋼渣自身存在著(zhù)一些比較難以克服的問(wèn)題：（1）鋼渣的易磨性差；（2）鋼渣中活性組分的活性低、非活性組分的含量大；（3）影響安定性的游離CaO和游離MgO含量較高。
近年來(lái)，隨著(zhù)粉磨工藝的進(jìn)步、高性能助磨劑的出現，能夠在不大幅增加能耗和成本的前提下使鋼渣的比表面積達到500 m2/kg以上，從而改善了鋼渣的早期和中期的活性；經(jīng)過(guò)熱燜工藝處理的鋼渣，能夠使大部分游離CaO在熱燜過(guò)程中消解，這在很大程度上促進(jìn)了鋼渣作為礦物摻合料在混凝土中應用。但熱燜工藝對于消減鋼渣中的游離MgO作用甚微，因而將鋼渣用作水泥的混合材或混凝土的礦物摻合料時(shí)，安定性的檢測仍是強制性的。
將鋼渣作為混凝土的骨料使用時(shí)，由于鋼渣的強度高，破碎后的粒徑相對較小，因而替代部分天然骨料很容易達到混凝土的強度要求。然而，鋼渣作為骨料時(shí)，安定性不良的問(wèn)題更要引起警覺(jué)！
鋼渣粉的安定性合格，并不代表鋼渣骨料的安定性合格。鋼渣粉要經(jīng)過(guò)磨細、混合的過(guò)程，因而總體上鋼渣粉的成分是相對勻質(zhì)的。而鋼渣作為骨料時(shí)，鋼渣骨料的安定性的離散性則非常大，圖1顯示的是鋼渣骨料壓蒸3h（216℃、2 MPa）的情況，有的骨料完好無(wú)損，有的骨料中產(chǎn)生了裂紋，有的骨料被粉碎，這是因為不同鋼渣骨料中的游離CaO和游離MgO含量差異很大。因此，將鋼渣磨細后進(jìn)行安定性檢測，并不能反映出鋼渣骨料的個(gè)體安定性差異，而少量存在嚴重安定性問(wèn)題的骨料就可能使硬化混凝土發(fā)生表面損傷或結構性破壞。事實(shí)上我國的鋼渣適合做混凝土骨料的非常少，我們課題組曾從全國各大鋼廠(chǎng)取了6種鋼渣樣本，只有一種鋼渣骨料在壓蒸后發(fā)生了很小比例的開(kāi)裂或破壞，其它5種鋼渣樣本在壓蒸后均表現出了較大比例的破壞。
圖1 壓蒸后的鋼渣骨料
如果要將鋼渣作為混凝土的骨料使用，我建議至少要完成以下步驟，以確定鋼渣是否可用和最大摻量。
- 將鋼渣磨細成為鋼渣粉，鋼渣粉的安定性檢測合格（參照《鋼鐵渣粉》標準）；如果鋼渣粉的安定性不合格，那么鋼渣骨料不可用。
- 隨機選取至少100顆鋼渣骨料進(jìn)行壓蒸試驗（216℃、2 MPa，至少6h），壓蒸后出現明顯開(kāi)裂或破損的鋼渣顆粒比例小于5%。
- 蒸養和壓蒸試驗：如果有多個(gè)樣本，可以先進(jìn)行蒸養試驗，如果蒸養試驗的結果不合格，那么不必要再進(jìn)行壓蒸試驗；如果樣本很少，可直接進(jìn)行壓蒸試驗。用鋼渣骨料制備混凝土，養護至28d后進(jìn)行蒸養試驗（蒸養溫度不低于80℃，蒸養時(shí)間不少于7d），蒸養后的混凝土無(wú)肉眼可見(jiàn)損傷。將通過(guò)蒸養試驗的混凝土進(jìn)行壓蒸試驗（216℃、2 MPa，至少6h），壓蒸后的混凝土無(wú)肉眼可見(jiàn)損傷，且強度降低幅度不超過(guò)10%。
值得警示的是，目前在我國部分地區已經(jīng)出現了鋼渣骨料導致民用建筑和工業(yè)建筑的混凝土出現損傷的工程案例，由于鋼渣骨料安定性的離散性以及危害產(chǎn)生的長(cháng)期性，難以對工程結構中鋼渣骨料發(fā)生的危害進(jìn)行科學(xué)的檢測和評估，相應的修補和加固方法也就難以實(shí)現科學(xué)合理。
在很多情況下，工程應用是走在科學(xué)研究前面的，這兩者之間的關(guān)系很復雜，這里我不做探討。但是，在鋼渣作混凝土的骨料的這個(gè)問(wèn)題上，我呼吁，工程應用千萬(wàn)不能走在科學(xué)研究之前，因為關(guān)系著(zhù)工程質(zhì)量和安全的諸多關(guān)鍵問(wèn)題尚未解決。
作者：王強（清華大學(xué)土木系副教授，中國硅酸鹽學(xué)會(huì )固廢分會(huì )常務(wù)理事）（該文發(fā)表在《混凝土世界》2016年第二期）
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