混凝土里含钢渣怎么检测

混凝土中混入钢渣会影响其耐久性、强度及体积稳定性，因此准确检测钢渣含量是保障混凝土质量的关键。钢渣作为炼钢废弃物，虽可资源化利用，但过量或未经处理的钢渣会因游离氧化钙（f-CaO）膨胀、金属铁锈蚀等问题破坏混凝土结构。本文围绕外观筛查、化学分析、矿物识别、磁性检测等核心方法，详细说明混凝土中钢渣的检测逻辑与操作要点，为工程质量控制提供实用参考。

外观与物理特性初步筛查

外观观察是最直观的初步检测方法。钢渣颗粒通常呈灰黑色或暗褐色，表面带有金属光泽，形状不规则且棱角尖锐，与普通碎石的浅灰色、圆形或亚圆形形貌差异明显。可将混凝土破碎后分离骨料，直接观察颗粒的颜色、形状及表面特征，若发现大量暗褐色、带金属光泽的颗粒，需警惕钢渣混入。

密度测试是判断钢渣的重要物理指标。钢渣的密度（3.0-3.5g/cm³）远高于普通碎石（2.6-2.7g/cm³），可通过排水法测量骨料密度：取500g干燥骨料，用细线悬挂浸没于水中，记录排开水的体积，计算密度（密度=质量/体积）。若骨料密度超过2.8g/cm³，或混凝土整体密度（普通混凝土约2.4g/cm³）超过2.5g/cm³，需进一步验证钢渣成分。

吸水率检测可辅助判断钢渣含量。钢渣的孔隙率较高，吸水率通常在2%-5%，远高于普通碎石的0.5%-1.5%。操作时将骨料浸泡在清水中24小时，取出擦干表面水分后称重，计算吸水率（吸水率=（饱水质量-干燥质量）/干燥质量×100%）。若吸水率超过2%，说明骨料可能含钢渣。

化学成分定量分析

X射线荧光光谱（XRF）是快速分析元素组成的常用方法。钢渣中Fe含量（通常15%-30%）远高于普通骨料（Fe含量<5%），XRF可通过荧光信号强度定量检测Fe、Ca、Si、Mg等元素的含量。检测时取混凝土粉末样本（粒径<0.075mm），压制成片后放入仪器，若Fe元素含量超过10%，可初步判定含钢渣。

游离氧化钙（f-CaO）滴定法是针对钢渣膨胀隐患的关键检测。钢渣中的f-CaO与水反应生成氢氧化钙，体积膨胀约98%，会导致混凝土开裂。检测时用乙二醇-乙醇溶液浸泡样本，提取f-CaO并与溶液反应生成乙二醇钙，再用苯甲酸标准溶液滴定（酚酞作指示剂，终点为红色消失）。若f-CaO含量超过1%（符合GB/T 20491-2017《用于水泥和混凝土中的钢渣粉》要求），说明钢渣未充分处理或过量混入。

离子色谱法可检测钢渣中的可溶性离子。钢渣会释放出Ca²⁺、Fe²⁺等离子，将混凝土样本浸泡在去离子水中24小时，取上清液用离子色谱仪分析。若Ca²⁺浓度超过1000mg/L或Fe²⁺浓度超过100mg/L，需结合其他方法确认钢渣存在。

矿物组成精准识别

X射线衍射（XRD）是识别矿物组成的金标准。钢渣的主要矿物为硅酸三钙（C3S）、硅酸二钙（C2S）、铁铝酸四钙（C4AF）及游离氧化钙，而普通骨料以石英（SiO₂）、长石为主。检测时将混凝土样本磨至10μm以下，进行XRD扫描，对比标准衍射谱库：若出现C4AF（2θ≈32°）、金属铁（Fe0，2θ≈44°）的特征峰，或f-CaO（2θ≈37°）的强峰，可确定含钢渣。

差热分析（DTA）可辅助分析矿物的热行为。钢渣中的f-CaO在700-800℃会分解吸热（若含碳酸盐则释放CO₂），C4AF在1200℃左右会发生相变。将样本加热至1000℃，记录温度-热流曲线，若在700-800℃出现明显吸热峰，且峰面积与f-CaO含量正相关，可验证钢渣的存在。

拉曼光谱法适用于微区矿物识别。对于混凝土中少量钢渣颗粒，可通过拉曼光谱仪聚焦于单个颗粒，检测其特征拉曼位移：钢渣中的Fe0拉曼位移约为195cm⁻¹，C4AF约为540cm⁻¹，与普通骨料的石英（464cm⁻¹）、长石（518cm⁻¹）差异显著，能实现精准定位。

显微结构与形貌观察

扫描电子显微镜（SEM）结合能谱仪（EDS）是观察微观结构的核心工具。SEM可清晰呈现钢渣颗粒的表面形貌：钢渣通常具有蜂窝状孔隙或结晶状金属光泽，而普通碎石表面光滑或呈自然风化纹理。将混凝土样本喷金导电后，用SEM放大500-1000倍，若发现颗粒表面有密集孔隙或金属结晶，需进一步用EDS分析元素组成。

EDS能定量分析微区元素含量。针对SEM中发现的可疑颗粒，EDS可快速检测Fe、Ca、Si等元素的质量分数：钢渣颗粒的Fe含量通常超过20%，而普通骨料的Fe含量<5%。例如，某颗粒的EDS结果显示Fe占25%、Ca占30%、Si占20%，则可判定为钢渣（普通碎石的Fe含量一般<3%）。

光学显微镜薄片法适用于矿物晶体识别。将混凝土样本制成0.03mm厚的薄片，在偏光显微镜下观察：钢渣中的C3S呈六边形晶体，C4AF呈暗灰色针状，而普通骨料的石英为透明、具有双折射的晶体。通过晶体形态与光学特性的差异，可直接识别钢渣矿物。

磁性特征快速检测

磁选法是利用钢渣磁性的便捷方法。钢渣中含有金属铁（Fe0），具有强磁性，而普通骨料无磁性。将混凝土破碎至5-20mm的骨料，用磁铁（磁场强度≥1000高斯）吸附，若能吸起大量颗粒，说明骨料中含钢渣。此方法适用于现场快速筛查，尤其对钢渣含量较高的样本效果显著。

磁导率测试可定量评估磁性强度。普通混凝土的磁导率约为1（与空气相近），含钢渣的混凝土因金属铁存在，磁导率会显著提高。使用手持式磁导率测试仪（如HM-100型），将探头接触混凝土表面，读取磁导率值：若磁导率超过1.5，需结合其他方法确认钢渣含量。

涡流检测法适用于混凝土结构的无损检测。通过涡流探头发射交变磁场，若混凝土中含钢渣（金属铁），会产生涡流并改变磁场信号。检测时将探头沿混凝土表面移动，记录信号变化：若信号强度突然升高（超过阈值），则对应位置可能存在钢渣聚集。