它就是个万恶不赦的废弃物，绝对不能出现在混凝土里…….吗？

它就是个万恶不赦的废弃物，绝对不能出现在混凝土里…….吗？

关键词：混凝土、炉渣、XRF、砂石

    台北松烟文创大楼近日被媒体报导，其兴建时使用之混凝土疑似掺有「炉渣」，舆论一面倒批评炉渣是有毒物质，大楼外墙的一些坑洞，也是因为这些炉渣所致，听起来炉渣就是个万恶不赦的废弃物，绝对不能出现在混凝土的内容物里…….吗？

    炉渣又称为炉石，主要来自于一贯制程之炼钢厂或碳钢厂，前者产出者，有气冷高炉渣、水淬高炉渣、脱硫渣及转炉渣等4种；后者产出者，则有还原电弧炉渣暨氧化电弧炉渣等2种。在经过一定的处理程序以后，炉渣可以转用于沥青混凝土及水泥混凝土的填充物，也可以研磨成「高炉石粉」，添加于水泥内则成为「高炉水泥」。所以，炉渣不是垃圾，它本来就是可以使用于混凝土内的添加物。

    添加炉渣的混凝土其水化作用较慢，混凝土初期强度较低（7天内），且需要较长的养护时间，来避免混凝土因为自身体积收缩，导致构建表面出现裂痕。所以填充炉渣的混凝土，多用于如日本濑户大桥、明石海峡大桥、长谷水库大坝工程等需要一次灌注范围极大之巨积混凝土、高流动性、高水密性及耐候性之重大土木工程。

    然而「炉渣屋」在业界并非新名词；顾名思义为建筑的主要材料「混凝土」，无意或有意被掺进「炉渣」，其结果为造成墙壁表面剥离，钢筋锈蚀。在剥离孔洞内究竟有何化学变化呢？

一,碳酸钙（CaCO3）的影响  

    以【钢筋锈蚀】为例，空气中的CO2渗透进混凝土，酸化混凝土内的Ca(OH)2，产生之碳酸钙（CaCO3）使混凝土从碱性转变成中性，也就丧失保护钢筋生锈的作用。以【表面剥离】为例，外在环境的水份H2O渗透进混凝土，使混凝土内的Ca(OH)2析出表面，再与CO2结合形成CaCO3，造成混凝土致密性下降，进而产生剥离。

    因此，阻止外界因素（H2O、CO2）渗透混凝土外层保护层（碳酸钙）进入混凝土内，是质量管理的核心。防止的方法众多，例如：增加混凝土致密性（降低产生孔洞因素）。

二,体积不稳定性(膨胀)

    炉石中含有游离氧化钙及游离氧化镁，遇水反应成氢氧化钙及氢氧化镁，造成体积膨胀。膨胀反应机理如下。

(1) f-CaO+H2O→ Ca(OH)2-理论体积膨胀99%

(2) f-MgO+H2O→ Mg(OH)2-理论体积膨胀118%

高炉炼铁及电炉氧化期因制程中未添加生石灰、白云石等添加物做为除碴剂，因此气冷高炉石、电炉氧化碴体积安定性佳；转炉石与电炉还原渣因转炉炼钢、电炉还原期加入大量石灰石等副原料故炉碴含有未完全反应之f-CaO、f-MgO 因此体积稳定性较差，f-CaO、f-MgO遇水反应成Ca(OH)2， Mg(OH)2造成体积膨胀。

    除此之外, 另一大家关注之问题为重金属铬含量，转炉石总铬含量约865mg/kg，电炉石总铬含量平均约7,553mg/kg，当工程应用与土壤接触时，采样常受土壤法规困扰。

【砂石来源的质量管理-XRF】

    建筑使用掺入炉渣（还原渣、氧化渣、气冷炉石）的砂石，造成混凝土表面剥离（如青春痘般状），造成的原因有二：一则炉渣表面孔隙率高，使外在H2O、CO2更容易进入混凝土内，加速【碳酸钙（CaCO3）】形成；二则炉渣本身带有的CaO（钢铁制程内之石灰石）提高了混凝土整体的CaO含量，间接提高形成【碳酸钙（CaCO3）】之机率。

    「砂石」基质一般为SiO2，因此以Si为主要元素；倘若【砂石+ 炉渣】，其内部成份的Ca则会大幅上升。因此业界将会Ca与Si的比值作为判断指标，目前国内混凝土预拌大厂以「钙硅比 0.5」为指标，砂石钙硅比若高于0.5判断为可能带有炉渣，低于0.5则是天然砂石。

     透过XRF分析仪，进料时迅速判断Ca/Si（钙硅比），进而判断是否含有炉渣。如下图一、图二所示范例，在数秒内快速得知元素成分后，以Ca含量除以Si含量得知其钙硅比，进而判断是否含有炉渣，此为混凝土质量管理最重要之一环。

图一天然砂石, 钙硅比0.06,不含Cr     

图二炉渣砂石, 钙硅比3.47含Cr

【无法轻易判别的「低炉渣含量砂石」解决方案– XRF】当砂石只被掺入少量炉渣，一般的品管过程将顿然失效，例如：

酚肽指示剂（失效）：高炉渣含量砂石成碱性，pH值约介于9.6~12.1之间，酚肽指示剂将由透明变红色；低炉渣含量砂石，则无法变色。

磁性反映：高量含炉渣砂石，可透过磁铁将炉渣吸起；低炉渣含量砂石，则无法吸起。

孔隙观察：炉渣本身孔隙率较砂石高，透过显微镜观察其单位面积内含量；低炉渣含量砂石，则不易观察。

    透过XRF的穿透效果，以及其优秀的元素分析能力，以及长久以来的XRF使用经验，是针对「低炉渣含量砂石」的最佳解决方案。了解砂石的核心问题，透过正确的品管流程，对于建商的保障，是我们一起走过的历程，XRF是您最佳的选择。更多材料分析、产业和环境及仪器信息，欢迎扫描微信公众号QRCode接收最新信息或上官网点阅。