引言鋼渣是煉鋼過程中排放出的主要廢渣，是一種工業(yè)固體廢棄物。目前，我國鋼渣尾渣利用率僅為25%~30%。從上世紀90年代初至今，累計堆存鋼渣尾渣近20億噸[1]，大量鋼渣廢棄堆積，造成了環(huán)境污染、土地占用和資源浪費。合理利用鋼渣既能變廢為寶，解決目前一些河砂短缺的問題，又利于環(huán)境保護，因此鋼渣的資源化利用意義重大。但鋼渣的化學成分波動大，易磨性差，且含有游離氧化鈣和游離氧化鎂，遇水發(fā)生水化反應產(chǎn)生體積膨脹，體積穩(wěn)定性差，給我國鋼渣的資源化利用造成了一定的困難，導致我國鋼渣總體利用率偏低。另一方面，在某些工程中為了降低成本不恰當?shù)厥褂娩撛鞴橇蠈е铝撕芏鄧乐氐氖鹿?。本文對國?nèi)外已有的鋼渣骨料體積穩(wěn)定性試驗方法相關標準進行了梳理，并探討了一種測鋼渣膨脹力的體積穩(wěn)定性檢測新方法。

1、國內(nèi)外鋼渣作骨料利用現(xiàn)狀

歐美、日本等發(fā)達國家，為提高鋼渣的利用率很早就建立起評價鋼渣安定性的標準和檢驗方法，實現(xiàn)了較高的鋼渣利用率。目前，將鋼渣運用到地基基礎和道路工程中在大多數(shù)發(fā)達國家已經(jīng)成功實現(xiàn)[2]。瑞典將鋼渣年產(chǎn)量的50%作為混凝土骨料用于道路工程中[3]。20世紀以來我國研究鋼渣骨料用作建材制品，在道路修筑和工程回填中均出現(xiàn)開裂，而在建筑結(jié)構(gòu)工程中發(fā)生的問題更為嚴重，例如，某在建小區(qū)建設過程中采用了鋼渣作為混凝土細骨料，結(jié)果局部混凝土梁、板、柱出現(xiàn)混凝土鼓包、掉塊現(xiàn)象（如圖1所示）。任強[4]、張亞梅等[5]分析了鋼渣代替部分骨料引起工程中混凝土嚴重開裂的案例，不建議鋼渣作骨料未經(jīng)任何安定化處理就在混凝土中使用。工業(yè)廢渣綜合利用的前提是至少要確保土木工程質(zhì)量與安全，鋼渣粉安定性合格不代表鋼渣骨料安定性合格，鋼渣骨料的安定性離散性非常大，因此將鋼渣用作混凝土骨料要非常慎重，使用前需在各個方面進行更加嚴格的安定性檢測。

圖1某在建小區(qū)梁、板、柱鼓包、掉塊2、國內(nèi)外鋼渣骨料穩(wěn)定性檢測方法

目前，國外主要研究鋼渣作為大宗骨料資源，用于道路工程、混凝土磚等。歐美、日本都采用檢測鋼渣膨脹率（浸水膨脹率、壓蒸膨脹率）的試驗方法，檢驗道路工程、混凝土磚用鋼渣的安定性。2.1國外鋼渣骨料穩(wěn)定性試驗方法歐洲規(guī)范BSEN13242:2013《用于土木工程和道路建設的未粘結(jié)和水硬粘結(jié)材料的骨料》包括了對天然骨料、鋼鐵渣和再生骨料在土木工程和道路建設中的具體要求，例如如何處理某些玄武巖的穩(wěn)定性及某些渣的膨脹等。該規(guī)范中6.5.2.3條對鋼渣在道路建設中作骨料時的體積穩(wěn)定性進行了規(guī)定。其中，鋼渣體積穩(wěn)定性按照BSEN1744—1《骨料化學性能試驗第1部分：化學分析》中測定鋼渣體積膨脹率的方法進行。當鋼渣的膨脹率不超過3.5%時，可在道路工程中用作骨料，在路基、瀝青路面等中使用。美國試驗與材料學會AmericanSocietyforTestingandMaterials（ASTM）編制的D5106—2003《瀝青筑路混合料用鋼渣集料標準規(guī)范》中規(guī)定了瀝青鋪裝混合料的粗、細鋼渣碎骨料的穩(wěn)定性檢測方法，另外，該規(guī)范規(guī)定了檢測鋼渣穩(wěn)定性的試驗方法也是測浸水膨脹率的方法，由D4792—2006《水化反應引起的骨料潛在膨脹的標準試驗方法》提出。日本工業(yè)規(guī)格JapaneseIndustrialStandards（JIS）編制的JISA5015—1992《道路用鋼鐵爐渣》和JISA5011-4—2003《混凝土用礦渣集料第4部分：電弧爐氧化礦渣集料》，這兩部標準適用于檢驗用于道路用基層材料和瀝青路面集料用鋼渣骨料的體積穩(wěn)定性，并規(guī)定了鋼渣的浸水膨脹率不超過2.0%時，可在道路工程中用作骨料，在路基、瀝青路面等中使用。2.2國內(nèi)鋼渣骨料穩(wěn)定性試驗方法目前，我國鋼渣作骨料主要用于道路用基層材料、瀝青路面集料、工程回填混凝土砌塊磚和預拌砂漿等，涉及到的相關標準有GB/T24175—2009《鋼渣穩(wěn)定性試驗方法》、GB/T25824—2010《道路用鋼渣》、YB/T4187—2009《道路用鋼渣砂》、YB/T4201—2009《普通預拌砂漿用鋼渣砂》、GB/T24763—2009《泡沫混凝土砌塊用鋼渣》、YB/T4228—2010《混凝土多孔磚和路面磚用鋼渣》、GB/T32546—2016《鋼渣應用技術(shù)要求》。以上標準中提到的鋼渣骨料穩(wěn)定性檢驗的試驗方法主要有浸水膨脹率法、壓蒸粉化率法和壓蒸膨脹率法。浸水膨脹率法主要適用于鋼渣作粗、細骨料用于道路基層材料、瀝青路面集料；壓蒸粉化率、壓蒸膨脹率法主要適用于鋼渣作建筑砂漿細骨料、混凝土磚和砌塊細骨料。壓蒸粉化率法適用于混凝土砌塊磚等建材制品及普通預拌鋼渣砂漿中鋼渣穩(wěn)定性的檢測，此方法通過壓蒸使鋼渣中的f-CaO和f-MgO消解粉化，通過測定粉化率來評定鋼渣的穩(wěn)定性。但涉及到該方法的一些標準，例如YB/T4201—2009受到了一些專家的質(zhì)疑：工程中使用了滿足該標準的鋼渣砂，卻導致了事故，壓蒸粉化率指標是否科學？究其原因，滿足該標準的鋼渣砂可以在普通預拌砂漿中安全應用，但某些施工方錯誤解讀該標準，將鋼渣砂作細骨料生產(chǎn)普通混凝土，導致安全問題。目前國內(nèi)標準還沒有鋼渣作骨料用于混凝土構(gòu)件的體積穩(wěn)定性檢測方法，工程中濫用錯用鋼渣標準的現(xiàn)象屢見不鮮。2.3國內(nèi)外鋼渣穩(wěn)定性檢測方法比較歐美、日本和中國鋼渣的穩(wěn)定性檢測方法標準對比見表1。表1各國鋼渣穩(wěn)定性檢測標準比較由表1可以看出：國外主要研究鋼渣用于道路工程基層材料、瀝青路面集料等，采用的方法多為測鋼渣的浸水膨脹率，我國也參考日本鋼渣體積穩(wěn)定性檢測方法制定了浸水膨脹率的檢測標準，另外有些方法，如壓蒸粉化率方法、壓蒸膨脹率方法，適用于砂漿骨料、混凝土砌塊磚等建材制品中鋼渣穩(wěn)定性的檢測。缺乏用于檢測鋼渣用作普通混凝土骨料的試驗方法。

3、鋼渣膨脹力檢測試驗方法

3.1技術(shù)背景綜上可知，在道路工程方面，目前國內(nèi)外的鋼渣骨料穩(wěn)定性試驗方法適用于道路工程基層材料、瀝青路面集料；在建筑工程方面，一些穩(wěn)定性檢測方法僅用于混凝土砌塊磚等方面，而對土木最重要的混凝土材料，缺乏一種定量描述在結(jié)構(gòu)混凝土這類剛性基體的限定邊界條件下，檢測鋼渣膨脹特性的試驗方法，下文就此種方法進行探討。鋼渣作為粗、細骨料用于剛性基體中，鋼渣中的膨脹顆粒被基體限定且體積不能發(fā)生較大改變，此時鋼渣體積膨脹會使混凝土內(nèi)部受到膨脹力而發(fā)生破壞?？紤]和測量鋼渣在水化反應過程中產(chǎn)生的的膨脹力，就要設計一個裝置測量鋼渣產(chǎn)生的膨脹力，將測得的膨脹力和基體材料的抗拉強度聯(lián)系起來，建立起鋼渣在受限條件下使用的可用性準則，以此來評估鋼渣能否安全用在混凝土中。3.2試驗原理將鋼渣置于剛性容器中，且體積膨脹受到完全約束，由于鋼渣的水化過程相對較低，將剛性容器置于（80±3）℃水浴加熱條件下加速水化反應的進行，這個溫度范圍提供了加速鋼渣水化反應的環(huán)境，同時也避免了由于蒸發(fā)造成的快速失水。將鋼渣樣品按相關擊實標準擊實，盡量減少顆粒間的空隙。將水浴加熱裝置和裝有鋼渣樣品的模具放置在反力架裝置的的底板上。在剛性容器和反力架裝置的頂部之間安裝了一個靈敏的測壓元件。試驗開始時，施加大約10N的初始預載荷，這是為了確保頂部和剛性容器之間有足夠的支撐力。另外，每天加水以補償蒸發(fā)的水分。隨著鋼渣水化反應的進行，其內(nèi)部會產(chǎn)生膨脹力，運用力學傳感器測試得到該容器體積下鋼渣產(chǎn)生的總膨脹力。試驗裝置示意圖如圖2所示。

圖2膨脹力檢測裝置示意圖3.3試驗結(jié)果及分析目前筆者根據(jù)測試原理試制了膨脹力測試裝置（如圖3所示），以風淬鋼渣砂為試驗對象，進行了A、B兩組膨脹力檢測試驗，以觀察風淬鋼渣砂的膨脹力發(fā)展趨勢，試驗結(jié)果見表2、圖4。

圖3膨脹力檢測裝置表2風淬鋼渣砂膨脹力測試結(jié)果

N圖4風淬鋼渣砂14d膨脹力變化趨勢由表2和圖4可知，（1）風淬鋼渣砂的膨脹力在前4d內(nèi)急劇上升，隨后在5～10d內(nèi)呈階梯狀上升然后增長減緩，在10～14d內(nèi)趨于穩(wěn)定；（2）風淬鋼渣砂在80℃高溫水浴加熱條件下，14d內(nèi)可以水化反應完全。以上只是根據(jù)測試原理嘗試制作了膨脹力檢測裝置，并進行了初步測試，由試驗過程和試驗結(jié)果來看目前試制裝置還存著很多問題，如力學傳感器測試精度需要進一步確定，水分蒸發(fā)也要進一步改善等問題，這些問題后續(xù)需要通過大量試驗和理論研究去解決。結(jié)語

迄今為止，國內(nèi)外還沒有將鋼渣作粗、細骨料大量用于混凝土結(jié)構(gòu)工程（梁、板、柱等）的成功案例，這是因為鋼渣作骨料用于混凝土時的體積穩(wěn)定性問題并沒有得到徹底解決。國內(nèi)外還沒有一套完整的、科學的針對鋼渣作粗、細骨料用于混凝土結(jié)構(gòu)工程的體積穩(wěn)定性檢測方法，這一問題仍然影響著鋼渣的大規(guī)模資源化利用。鋼渣在受限條件下的適用性取決于給定體積鋼渣