混凝土里含钢渣怎么检测

混凝土中掺入钢渣虽可实现固体废弃物资源化，但钢渣的体积稳定性（如游离氧化钙、氧化镁的水化膨胀）可能导致混凝土开裂，因此准确检测混凝土中是否含钢渣对工程质量至关重要。检测需结合样品制备、外观鉴别、化学分析、矿物组成分析及物理性能验证等多维度方法，本文将详细拆解各环节的操作要点与技术逻辑。

混凝土中钢渣检测的样品制备

样品制备是检测准确性的基础，需保证试样具有代表性。首先按GB/T 50107-2010《混凝土强度检验评定标准》从混凝土构件不同部位（如表层、内部、节点）钻取芯样，每个部位取至少3个样品，总质量不少于5kg。

接下来进行破碎与研磨：先用颚式破碎机将芯样破碎至10mm以下颗粒，再用盘式研磨机磨至200目（75μm）的粉末——此粒度可保证后续化学分析与矿物测试的均匀性。研磨过程中需避免样品过热（可间隔研磨），防止矿物结构破坏。

最后是试样保存：将研磨后的粉末装入干燥密封的玻璃容器，置于干燥器中（硅胶作干燥剂），防止吸水受潮导致成分变化，保存时间不超过7天（若需长期保存，可冷冻至-20℃）。

钢渣的外观与显微结构鉴别

外观鉴别是初步筛查的简便方法。钢渣颗粒通常呈深灰色或黑色，新鲜钢渣表面有金属光泽，部分颗粒带有熔渣流动的痕迹或气孔；风化后的钢渣虽光泽减弱，但颜色仍比普通碎石（浅灰、米黄）深，且颗粒边缘更锋利。

显微结构分析需借助光学显微镜或扫描电子显微镜（SEM）。在SEM下，钢渣的特征结构包括：圆形或不规则的RO相（FeO-MgO-MnO固溶体）、针状或柱状的钙铁橄榄石（Ca₂FeSiO₇），以及粒状的硅酸二钙（C₂S）；而混凝土中的水泥水化产物以絮状C-S-H凝胶、片状氢氧化钙（CH）为主，二者形态差异明显。

需注意：若钢渣已完全水化，其显微结构会与水泥产物部分重叠，此时需结合化学或矿物分析进一步确认。

化学成分分析：关键元素的定量检测

钢渣的化学特征是高Fe、Mg、Mn含量，而普通混凝土骨料（如石灰岩、花岗岩）以CaCO₃或SiO₂为主。常用检测方法包括X射线荧光光谱（XRF）与原子吸收光谱（AAS）。

XRF是快速定量的首选：将样品压制成直径30mm的圆片（无需消解），放入XRF仪中，仪器通过检测元素的特征荧光强度，直接输出Fe₂O₃、CaO、MgO、MnO等成分的质量分数。钢渣中Fe₂O₃含量通常在15%-30%，而普通骨料的Fe₂O₃含量一般低于5%，此差异可作为判断依据。

AAS用于精确测定特定元素：若需验证Fe的精确含量，可将样品用盐酸-硝酸混合酸（3:1）消解至澄清，定容至100mL后，用原子吸收光谱仪测Fe的吸光度（波长248.3nm），通过标准曲线计算浓度。此方法精度可达0.001%，适合低含量钢渣的检测。

矿物组成分析：X射线衍射（XRD）的应用

XRD是识别钢渣矿物组成的核心技术，通过检测晶体的特征衍射峰，可区分钢渣与混凝土中的其他成分。操作时，将样品粉末铺展在玻璃样品架上，放入XRD仪（Cu靶，电压40kV，电流40mA），扫描范围2θ=5°-80°，步长0.02°。

钢渣的特征矿物峰包括：RO相（2θ≈36°）、钙铁橄榄石（2θ≈24°、31°）、硅酸二钙（2θ≈28°、32°）；而水泥水化产物中，C-S-H凝胶无明显衍射峰，氢氧化钙（CH）的特征峰在2θ≈18°、34°。通过对比标准PDF卡片（如ICDD数据库），可直接判断样品中是否含钢渣矿物。

若需半定量分析钢渣含量，可采用Rietveld精修法：通过软件拟合XRD图谱，计算各矿物的质量分数——钢渣含量越高，特征矿物峰的强度越强。

物理性能验证：密度与硬度的辅助判断

物理性能测试可辅助确认钢渣的存在，常用指标为密度与硬度。

密度测试采用李氏比重瓶法：将5g样品粉末装入比重瓶，加入无水乙醇（避免吸水）至刻度线，测其体积，计算密度（密度=质量/体积）。钢渣密度通常为3.0-3.5g/cm³，远高于普通骨料（2.6-2.8g/cm³）与水泥（3.15g/cm³）——若混凝土样品密度明显偏高，需警惕钢渣掺入。

硬度测试用维氏硬度计：取1-2mm的钢渣颗粒（从混凝土中挑出），用树脂镶嵌后抛光，在硬度计上施加100g荷载（保持15s），测量压痕对角线长度，计算维氏硬度（HV=0.1891×荷载/压痕面积）。钢渣的HV值通常在500-800之间，而普通碎石仅300-500，此差异可快速区分。

现场快速检测：便携设备的应用

对于已浇筑的混凝土结构，现场快速检测可避免破坏性取样。常用设备为便携XRF仪与超声波探伤仪。

便携XRF仪：体积如笔记本电脑，电池供电，可直接对混凝土表面或芯样破碎后的颗粒检测。操作时，将仪器探头对准样品，按下触发键，1-2分钟内即可得到Fe、Ca、Mg等元素的含量——若Fe含量超过10%，可初步判断含钢渣。需注意：检测前需清理样品表面的浮灰与水泥浆，避免干扰。

超声波检测：用超声波探伤仪（频率50kHz）测混凝土的声速。钢渣的声速（5000-6000m/s）高于普通骨料（4000-5000m/s），因此若混凝土声速明显偏高（如超过5500m/s），结合元素分析可确认钢渣存在。但需排除混凝土龄期（龄期越长，声速越高）与配合比（如高强度混凝土声速也高）的影响。