鋼渣用于混凝土磚或砌塊中應(yīng)注意的問(wèn)題

丁百湛，朱宇彤，沈 建

（1.淮安市建筑科學(xué)研究院有限公司，江蘇 淮安 223002；2.淮安市建筑工程質(zhì)量檢測(cè)中心有限公司，江蘇 淮安 223002）

0 引言

為了貫徹落實(shí)國(guó)家節(jié)能減排、資源節(jié)約利用、生態(tài)環(huán)境保護(hù)的政策，燃煤發(fā)電廠、鋼鐵廠、化肥廠等產(chǎn)生的大量固體廢棄物，如粉煤灰、粒化高爐礦渣、鋼鐵渣、鋼渣、磷渣等大量用于生產(chǎn)建筑材料，如用于水泥、混凝土和制磚等建筑材料中，其中有些鋼渣用在了生產(chǎn)混凝土小型空心砌塊、混凝土磚產(chǎn)品中。由于鋼渣事前處理不當(dāng)，用在混凝土砌塊或磚中，待砌筑或墻體過(guò)了幾年后，由于墻體經(jīng)歷雨水侵蝕，鋼渣中一定活性成分發(fā)生水化反應(yīng)，產(chǎn)生應(yīng)力或墻體開(kāi)裂、門(mén)窗擠壓變形，從而影響房屋正常使用。

1 混凝土磚和砌塊產(chǎn)品相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

混凝土磚以水泥和砂、碎石或卵石等普通集料為主要原料，或以水泥和陶砂、陶粒或膨脹珍珠巖等輕集料為主要原料，經(jīng)原料制備、加壓或振動(dòng)加壓、養(yǎng)護(hù)而制成。涉及的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)主要有 NY/T 671－2003《混凝土普通磚和裝飾磚》、GB/T 21144－2007《混凝土實(shí)心磚》、GB/T 24492－2009《非承重混凝土空心磚》、GB 25779－2010《承重混凝土多孔磚》和 JG/T 505－2016《建筑垃圾再生骨料實(shí)心磚》等。其膠凝材料主要為水泥，一般采用加壓或振動(dòng)加壓成型，其摻合料有各種工業(yè)廢渣，包括鋼渣。

混凝土小型砌塊主要以水泥、礦物摻合料、砂、石、水等為原料，經(jīng)攪拌、振動(dòng)成型、養(yǎng)護(hù)等工藝制成的小型砌塊，包括空心砌塊和實(shí)心砌塊。若用輕集料制成則為輕集料砌塊。具有保溫功能的為自保溫砌塊或復(fù)合保溫砌塊。涉及的主要標(biāo)準(zhǔn)有 GB/T 8239－2014《普通混凝土小型砌塊》、GB/T 15229－2011《輕集料混凝土小型空心砌塊》、GB/T 29060－2012《復(fù)合保溫磚和復(fù)合保溫砌塊》和 JG/T 407－2013《自保溫混凝土復(fù)合砌塊》。

在混凝土磚或砌塊生產(chǎn)過(guò)程中，可能使用到各種工業(yè)廢料，如鋼渣或鋼渣粉，其材料來(lái)源廣泛，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，成本低，具有眾多優(yōu)點(diǎn)，特別是能大量消化工業(yè)廢料，有利于環(huán)保，減少固廢存放。

2 混凝土砌塊或混凝土磚開(kāi)裂現(xiàn)象

某住宅小區(qū)有 3 棟小高層外墻使用了摻加鋼渣的混凝土砌塊，在施工完 5～6 年（施工周期在 2013～2014年），住房發(fā)現(xiàn)外墻開(kāi)裂，有的門(mén)窗不能正常使用，如圖 1 所示。某綜合樓使用了這樣的砌塊，造成窗戶(hù)變形，如圖 2 所示。經(jīng)取樣分析，發(fā)現(xiàn)外墻使用的混凝土砌塊中氧化鎂含量達(dá)到 16 % 左右，專(zhuān)家推斷其可能使用了鋼渣。

圖1 某住宅小區(qū)外墻發(fā)生開(kāi)裂

圖2 某綜合樓窗戶(hù)發(fā)生變形

3 有關(guān)鋼渣的定義及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

3.1 鋼渣、鋼渣粉、鋼鐵渣粉的定義

根據(jù) GB/T 51387－2019《鋼鐵渣處理與綜合利用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“GB/T 51387－2019”）中的術(shù)語(yǔ)，鋼渣是轉(zhuǎn)爐、電爐、精煉爐熔鑄過(guò)程中排出的由金屬原料中的雜質(zhì)與助溶劑、爐襯形成的以硅酸鹽、鐵酸鹽為主要成分的渣［1］，其是煉鋼產(chǎn)生的渣。與此相關(guān)的還有鋼渣粉的定義，鋼渣粉是“符合 YB/T 022－2008《用于水泥中的鋼渣》規(guī)定的轉(zhuǎn)爐鋼渣或電爐鋼渣，經(jīng)磷選除鐵處理后粉磨達(dá)到一定細(xì)度的產(chǎn)品”。根據(jù) GB/T 51387－2019，還有鋼鐵渣粉，鋼鐵渣粉是以鋼渣和粒化高爐礦渣為主要原料，可摻入少量石膏分別粉磨成一定細(xì)度并按一定比例混合均勻而成的粉體，需要時(shí)可加入助磨劑。因此，鋼鐵渣粉不僅有煉鋼產(chǎn)生的鋼渣，還有煉鐵產(chǎn)生的粒化高爐礦渣。

3.2 與鋼渣相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)

與鋼渣相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)主要有：YB/T 022－2008《用于水泥中的鋼渣》、GB/T 2417－2019《鋼渣穩(wěn)定性試驗(yàn)方法》、GB/T 20491－2017《用于水泥和混凝土中的鋼渣粉》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“GB/T 20491－2017”）、GB/T 51003－2014《礦物摻合料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》、GB/T 51387－2019《鋼鐵渣處理與綜合利用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》、YB/T 4228《混凝土多孔磚和路面磚用鋼渣》。在這些標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)于鋼渣或鋼渣粉的描述，有的講定義，有的涉及鋼渣的性能要求和檢測(cè)方法。

4 煉鋼廠的鋼渣處理工藝

鋼渣在出廠前，需經(jīng)過(guò)一定的處理才能出廠，處理過(guò)程中產(chǎn)生的可再生能源和二次能源（鋼渣從冶煉設(shè)備中排出時(shí)，溫度可達(dá) 1 500～1 600 ℃，具有大量熱能），也可以回收利用。通常鋼渣處理有 5 種方法，即池式熱悶法、有壓熱悶法、風(fēng)碎法、滾筒法和帶罐打水法。鋼渣熱悶技術(shù)可直接處理各種形態(tài)的鋼渣，目前利用該技術(shù)處理的鋼渣量已占排放量的 50 %，熱悶后鋼渣中小于 20 mm 粒級(jí)的含量應(yīng)大于 60 %；滾筒技術(shù)處理鋼渣時(shí)能集中處理含塵蒸汽，同時(shí)處理后的鋼渣顆粒很細(xì)，方便利用；風(fēng)碎技術(shù)主要用于處理液態(tài)鋼渣，處理后的鋼渣粒徑很小，但處理過(guò)程中噪聲污染很大；帶罐打水和熱潑技術(shù)主要用于處理脫硫渣和精煉渣等。處理后的鋼渣根據(jù)金屬鐵含量的不同，可返回?zé)Y(jié)，可用于水泥、建材制品或代替天然砂石。根據(jù) GB/T 51387－2019 中 9.1.2 條規(guī)定，鋼渣用作膠凝材料和骨料時(shí)應(yīng)經(jīng)穩(wěn)定化和除鐵處理，其金屬鐵含量不應(yīng)大于 2.0 %，且體積穩(wěn)定性應(yīng)合格。

5 鋼渣中氧化鎂和體積穩(wěn)定性測(cè)量方法

鋼渣粉、鋼鐵渣粉用于水泥和混凝土?xí)r應(yīng)符合GB/T 20491－2017、GB/T 28293－2012《鋼鐵渣粉》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“GB/T 28293－2012”）的規(guī)定。

在 GB/T 20491－2017 和 GB/T 28293－2012 中，沒(méi)有氧化鎂含量指標(biāo)，有沸煮安定性、壓蒸安定性要求，沸煮安定性按 GB/T 1346－2011《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安全性檢測(cè)方法》規(guī)定進(jìn)行，壓蒸安定性按 GB/T 750－1992《水泥壓蒸安定性試驗(yàn)方法》規(guī)定進(jìn)行，沸煮安定性應(yīng)合格，壓蒸法要求 6 h 壓蒸膨脹率≤0.50 %（但成型時(shí)鋼渣粉和水泥的比例不同）。在 YB/T 140－2009《水泥用鋼渣化學(xué)分析方法》中第 9 章描述了氧化鎂測(cè)量方法，其原理為在 pH10 的溶液中，用酸性鉻藍(lán) K 萘酚綠 B 混合指示劑，以 EDTA 標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液測(cè)定鈣、鎂含量，消耗的 EDTA 體積，減去滴定時(shí)消耗的 EDTA 標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積后，計(jì)算得出氧化鎂的含量。

鋼渣的體積穩(wěn)定性試驗(yàn)方法為 GB/T 24175－2009《鋼渣穩(wěn)定性試驗(yàn)方法》。在此標(biāo)準(zhǔn)中有兩種方法檢測(cè)鋼渣的穩(wěn)定性。一是壓蒸粉化率，即將鋼渣在 2.0 MPa 的飽和蒸汽條件下壓蒸，使其中所含游離氧化鈣、游離氧化鎂消解粉化，通過(guò)粉化率來(lái)判斷鋼渣的穩(wěn)定性；二是浸水膨脹率，即采用 90 ℃ 水浴養(yǎng)護(hù)的方法，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后使鋼渣中游離氧化鈣、氧化鎂消解，產(chǎn)生體積膨脹，通過(guò)體積變化率來(lái)評(píng)定鋼渣的穩(wěn)定性［2］。

用于生產(chǎn)混凝土磚的鋼渣應(yīng)符合 YB/T 4228－2010《混凝土多孔磚和路面磚用鋼渣》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“YB/T 4228－2010”）的要求，用于混凝土的應(yīng)符合 GB/T 50912－2013《鋼鐵渣粉混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“GB/T 50912－2013”）。

在 YB/T 4228－2010 中，混凝土多孔磚使用的鋼渣應(yīng)經(jīng)穩(wěn)定化處理合格，即在蒸汽壓（2.0±0.05）MPa，進(jìn)行壓蒸安定性試驗(yàn)合格［3］。具體方法見(jiàn)該標(biāo)準(zhǔn)附錄 A，先做沸煮法，再做壓蒸試驗(yàn)。用于混凝土路面磚的壓蒸試驗(yàn)其蒸汽壓力為（1.0±0.05）MPa。

GB/T 50912－2013 中 4.1.1 條規(guī)定，鋼鐵渣粉沸煮安定性應(yīng)合格，壓蒸安定性 6 h 壓蒸膨脹率應(yīng)≤0.50 %。鋼鐵渣粉混凝土耐久性應(yīng)符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn) JGJ/T 193－2009《混凝土耐久性檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》的有關(guān)規(guī)定。

6 建議混凝土砌塊或磚增加檢測(cè)制品體積安定性的要求

通過(guò)以上分析，鋼渣或鋼鐵渣粉出廠前應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，可是許多混凝土砌塊或磚生產(chǎn)廠家在使用鋼渣時(shí)并未檢測(cè)其氧化鎂或體積安定性指標(biāo)。制品生產(chǎn)廠家若使用體積安定性不合格的鋼渣，則易造成危害。因?yàn)閷?shí)際工程中游離氧化鎂的水化反應(yīng)較慢，往往造成墻材上墻幾年后才會(huì)開(kāi)裂膨脹，這時(shí)將會(huì)產(chǎn)生墻體開(kāi)裂、窗戶(hù)變形等嚴(yán)重后果。現(xiàn)行的 GB/T 8239－2014《普通混凝土小型砌塊》、GB/T 21144－2007《混凝土實(shí)心磚》、GB/T 25779－2010《承重混凝土多孔磚》、GB/T 24492－2009《非承重混凝土空心磚》等混凝土制品產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中均沒(méi)有體積安定性的要求，建議標(biāo)準(zhǔn)修訂時(shí)增加此內(nèi)容。

7 結(jié)語(yǔ)

鋼渣、鋼渣粉用于混凝土磚或混凝土砌塊時(shí)，應(yīng)檢驗(yàn)合格后再使用；當(dāng)使用未經(jīng)檢驗(yàn)合格的鋼渣或鋼渣粉時(shí)，其最終產(chǎn)品可能會(huì)造成墻體開(kāi)裂等危害，因而建議混凝土砌塊或混凝土磚相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中增加檢驗(yàn)其體積穩(wěn)定性的指標(biāo)，以防不合格產(chǎn)品用于建筑工程中。Q