0 引言
国内基建工程正处于飞速发展的时期，在建筑材料方面尤其明显。在混凝土领域，商品混凝土供应商开始寻找相应的替代品，有些商品混凝土供应商利用工业废料（钢渣）代替部分石子作为骨料进行生产，以提高混凝土的强度和耐久性，但在后续实际使用过程中出现了混凝土点状爆裂、破损、脱落等现象，对实体工程造成极大的安全隐患。本文通过某工程实例进行检测分析并提出处理建议。
1 工程概况
某新建工程为单层工业建筑，长约16.2m，宽约14.0m，建筑面积为226.8m2，板顶结构标高为7.400m。结构形式为框架结构，基础为柱下钢筋混凝土独立基础。该建筑混凝土构件设计强度等级均为C30。建筑设计使用年限为50年，建筑结构安全等级为二级，抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为8度，地基基础设计等级为丙级，结构重要性系数为1.0，钢筋混凝土框架抗震等级为二级。
结构平面布置如图1所示。
该建筑于2018年9月10日开工，2020年9月8日竣工。从2020年底至今，开始陆续发现混凝土构件表面出现点状爆裂，继而点状爆裂处表面混凝土破损、脱落，每个脱落处内部存在粗骨料粉化现象。为了解该建筑的混凝土现状，对该建筑构件的混凝土现状破损情况进行检测，分析目前混凝土点状爆裂、破损、脱落等缺陷对结构的影响。
结合现场实际情况，依据相关规范对建筑的柱、梁、板类构件混凝土现状情况进行检测，检测方法为：现场采集构件混凝土脱落处的粉化物及异常物颗粒，测试CaO，fｅ2O3，Al2O3，MgO，SiO2等化学成分的含量，分析混凝土内部发生鼓包膨胀的可能主要物料；对混凝土中的碱含量进行检测；在该区域混凝土构件上钻芯取样，检测游离氧化钙（f·CaO）是否对混凝土存在潜在危害，并收集芯样内骨料检验硫化物及硫酸盐含量和碱骨料反应；抽检混凝土芯样中的水溶性氯离子含量。综合上述检测与试验结果分析目前缺陷情况对结构的影响。
2.1 现状缺陷情况检测
现场对该建筑柱、梁、板类构件混凝土表面点状爆裂、破损、脱落等外观现状缺陷进行检查及测量。检查发现该区域所有构件混凝土表面均存在不同程度的点状爆裂、破损、脱落等外观缺陷，并对构件的最大缺陷进行测量：柱表面混凝土存在缺陷的尺寸为70～180mm，深度在10～50mm，如图2，3所示。
2.2 化学成分含量测试
混凝土的组成成分为水泥、砂子、石子和水，并伴随一定的矿物掺合料及外加剂等。各种混合物质都含有对应的化学成分，在环境中会发生相应的化学反应。当某种有害成分含量过高，会导致混凝土性能发生变化，使混凝土处于不太稳定的状态，从而影响混凝土自身的材料性能，因此，对该建筑构件混凝土中粉化物及异常物颗粒进行取样，共取样3个，对取样做CaO，fｅ2O3，Al2O3，MgO，SiO2等化学成分含量试验，分析混凝土中的异常物成分，测试结果如表1所示。
根据表1可知，现场粉化物取样的化学成分中，CaO占40%以上，并且还含有少量的f·CaO。在炼钢过程中，为去除钢水中的有害元素S，P等杂质，优化钢水质量，需要加入石灰石做主要的造渣剂，故在排出的钢渣中不可避免地留存一定数量未完全反应的f·CaO。本项目现场异常物的外观形态以及芯样表面异常物的剖面表观都可清晰看出含有上述成分的残留物，因此可以判定本次检测区域内柱、梁、板类构件混凝土中的异常物为钢渣类物质。
2.3 游离氧化钙潜在危害的检测推断
参照相关国家规范要求，结合该建筑混凝土构件的强度等级、浇筑时间等，将该区域的混凝土构件作为一个检测批。
依据GB/T50344-2019《建筑结构检测技术标准》中表3.3.10检测中构件抽取数量及附录G的规定，结合JGJ/T384-2016《钻芯法检测混凝土强度技术规程》的相关规定抽取，此次检测抽取直径75mm的芯样15个，将同一个部位钻取的芯样加工为1个无外观缺陷的10mm厚薄片试件和2个高径比为1.0的芯样试件，共计15个薄片试件及15组芯样试件。对加工试件进行外观检查，检查发现部分芯样试件及薄片试件均含有一定数量的异常物，且部分异常物中含有金属物质，如图4，5所示。
将15个薄片试件、15个比对芯样试件放在沸煮箱的试架上，在30±5min内应将沸煮箱内的水加热至沸腾，恒沸时间应为6h，整个沸煮过程中，沸煮箱内的水位应使试件始终处于水中，关闭沸煮箱后应使水温自然降至室温；当沸煮试件的粗骨料没有明显的膨胀迹象时，可按下列规定判定游离氧化钙对混凝土的潜在危害：①2个或2个以上沸煮试件出现开裂或崩溃等现象；②芯样试件强度变化百分率平均值ξcom,m＞30%；③仅有1个薄片试件出现开裂或崩溃等现象且对应芯样的ξcom＞30%。沸煮试验完成后，对试件的外观进行检查发现：部分试件存在开裂、破损情况，且多数试件表面存在一定数量的白色点状粉末物质；15个薄片试件中4个开裂较严重，4个开裂较轻微（见图6）；15个对比芯样试件中3个棱角崩溃较严重的，4个棱角轻微破损（见图7）。
将沸煮后的比对芯样试件晾置3d，由于沸煮后有3个芯样试件棱角崩溃较严重，故仅对其余12组芯样试件进行抗压强度测试。
芯样试件抗压试验的操作应符合GB/T50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》中对立方体试块抗压试验的规定。试验前对试件的几何尺寸及外观情况进行记录；抗压试验完成后的部分芯样试件内部存在异常物，试验结果如表2所示。
由上述混凝土芯样试件沸煮试验以及抗压强度变化率结果可知，该建筑混凝土构件所取芯样试件抗压强度变化百分率的平均值（16.9%）小于规范规定的限值（30%），但沸煮试验中7个试件出现开裂或崩溃等现象，超过GB/T50344-2019《建筑结构检测技术标准》附录G.0.9条的相关规定，故判定该建筑混凝土中的f·CaO对该批混凝土存在潜在危害。
2.4 水溶性氯离子含量检测
在做完建筑的混凝土芯样抗压试验后，将芯样进行破碎，依据有关规定进行试样制备及氯离子含量测定。
混凝土芯样提取试样的水溶性氯离子质量百分数实测为0.019%。由于委托方提供的资料中没有预拌混凝土的配合比，参照C30基准混凝土配合比计算单位体积混凝土中氯离子质量比为0.14%，小于规范限值（0.30%）。
2.5 碱含量检测
依据有关规定进行试样制备，混凝土碱含量的检测操作应符合GB/T176-2017《水泥化学分析方法》的有关规定。
混凝土芯样提取试样中可致混凝土发生碱骨料反应的可溶性碱实测值为0.36%。由于委托方提供的资料中没有预拌混凝土的配合比，参照C30基准混凝土配合比计算单位体积混凝土中可溶性碱含量为2.1kg/m3，小于规范关于预防混凝土碱骨料反应的限定含量（3.0kg/m3）。
2.6 碱骨料反应性检验
由于上述混凝土碱含量试验结果表明该建筑混凝土芯样提取试样中可致混凝土发生碱骨料反应的可溶性碱含量小于规范的限定含量，故此次检测无需做碱骨料反应性检验。
3 检测结果分析
该建筑所有柱、梁、板类构件的混凝土表面均存在不同程度的点状爆裂、破损、脱落，原因为混凝土中存在的块状钢渣类物质所含f·CaO遇水消解、膨胀所致，特别是在雨季或潮湿环境下，该现象较严重。混凝土芯样沸煮试验表明f·CaO对该批混凝土具有潜在危害。目前该建筑构件表面均存在点状破损，部分芯样表面、内部存在块状钢渣类物质，证明该建筑构件内存在一定数量的含游离氧化钙块状钢渣类物质；在后续使用过程中含游离氧化钙块状钢渣类物质的存在对构件的耐久性与承载力均存在一定的影响，应对其进行处理。
4 处理建议
建议对该区域构件破损部位全部块状钢渣类物质凿除，参照GB50550-2010《建筑结构加固工程施工质量验收规范》相关规定进行界面处理，用高一个设计强度等级的细石混凝土或灌浆料修补，再在该区域构件外表面采取防水防潮措施，杜绝水分再次进入构件混凝土内部，且应对防水防潮措施进行日常检查维护，保持防水防潮措施完整有效。
5 结语
在工业生产中，钢渣的成分较为特殊，其中除了富含fｅ以外，还有大量的f·CaO和f·MgO，游离氧化钙在水化反应后，容量会迅速扩大，引起物质的不稳定性。在实际工程项目建设中，如果使用了稳定性不良的钢渣混凝土，极有可能引起混凝土爆裂等质量问题。消除f·CaO的方法主要有以下几种：温水养护处理法、钢渣陈放法、热闷渣处理法等。虽然这些处理方法都能有效消除钢渣中的f·CaO，但温水养护和钢渣存放必须有较大的场地，造成了土壤的过度开发利用，而且整个过程中还可能引起空气污染。热闷渣处理需要昂贵的机械设备，效益不高。因此，有必要加强这几个方面的科学研究能力，从而保证钢渣的稳定性，为其在工程中的广泛应用奠定基础。故在混凝土粗骨料中使用钢渣替代部分石子时，应按照相关规范及生产工艺严格进行，避免为了降低混凝土生产成本造成的各种问题。
