混凝土开裂脱落的原因很多，如结构设计不合理、混凝土配比、施工和维护不合标准、混凝土原料使用不当、钢材生锈或环境侵蚀、冻融等。 其中，近年来骨料引起的混凝土开裂脱落现象有所增加。 本文介绍了钢渣、欠烧过烧石灰、水泥熟料、绿泥石碱活性骨料等5种常见问题集料，并通过描述破坏情况、介绍破坏机理、试验方法和处理措施等方式对问题骨料进行了分析，以期更全面地了解破坏混凝土的问题骨料。
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1 钢渣
钢渣是炼钢过程中的副产品，由生铁在冶炼过程中氧化中硅、磷、硫等杂质而形成的各种氧化物和这些氧化物与溶剂反应形成的盐组成。 钢渣强度高，破碎后用作混凝土骨料时容易满足强度要求，但由于游离CAO和MGO含量较大，其稳定性是否合格需要注意。
1.1.损伤及机理分析。
骨料与钢渣不完全稳定的混凝土混合，浇筑4 8个月甚至1年后完工后，面混凝土会出现点径向自坍塌现象，自坍塌点中心有松散的褐色或红褐色颗粒，长12 53 mm， 宽 12 50 毫米，深 1 个 20 毫米。
由于钢渣中的CAO和MGO在高温煅烧后变得致密，水化反应减慢，混凝土搅拌时间短，使钢渣中的大部分CAO和MGO在混凝土硬化前没有水化，而没有水化的CAO和MGO在适宜的条件下缓慢水化， 水化产物Ca（OH）2和MG（OH）2分别增加98%和220%的体积，当膨胀应力大于周围混凝土的包裹力时，外层混凝土会产生裂缝、鼓包，甚至自塌。
1.2.检测方法和处理措施。
测试方法：由于上述钢渣对混凝土的破坏作用，最终的检验结果必须经过鉴定才能用于混凝土骨料。 具体方法如下：钢渣研磨后参照GB T 28293-2012《钢渣粉》测试其稳定性，如不合格，则不可用; 如果试验合格，将随机抽取至少100个钢渣骨料在MPA条件下进行至少6小时的高压灭菌试验），有明显开裂和损坏的颗粒数应小于5%;检验合格后，成型试件，标准养护28天后，进行蒸汽试验（蒸汽温度不低于80，时间不少于7d），蒸养养护后的混凝土肉眼无明显损伤，然后在MPA条件下进行高压釜试验至少6小时）， 试样在高压灭菌后没有明显的损伤，抗压强度降低不超过10%，即最终结果被认为是合格的。
处理措施：一是闷渣时效处理不仅能降低钢渣中溶胀组分的游离CAO和MGO，而且使钢渣中Cas遇水时产生的不稳定硫离子氧化; 二是改进炼钢工艺，避免使用白云石或绿泥石制渣，可降低钢渣中游离MGO的含量。
2 Underfire Overlime
在实际生产中，石灰石的煅烧温度高达1000 1100，由于石灰石原料尺寸大，窑内温度分布不均匀，石灰石中的caCO3未完全分解，生成过火石灰; 如果温度过高，会使石灰石表面材料熔化，在表面形成一层深褐色致密的玻璃状外壳，形成超燧石石灰。
2.1.损伤及机理分析。
骨料与过火和过火石灰的混凝土混合，一般在硬化初期，浇筑后有的会以某一点为中心出现凸裂、自塌陷或弧形脱落，中心位置深10-45mm，自塌陷中心有直径10-30mm的白色、淡黄色或红褐色颗粒， 同时有2mm厚的粉状物质接触掉落，清洗后，粉状物质会再次出现在骨料表面。
燧石下石灰中所含的部分生石灰与石灰石交错，遇水后缓慢水合生成Ca（OH）2，体积增加约1倍。 火石灰的表层具有深褐色致密的玻璃状外壳，延迟了水的渗透并降低了水化速度，但后期体积会慢慢扩大。 如果混凝土浅层发生水化膨胀，则会出现鼓胀、开裂或自塌; 如果发生在混凝土深层，由于受到钢筋或外部结构的约束，周围会产生较大的应力，形成安全隐患。
2.2.检测方法和处理措施。
检测方法：首先，从颜色区分上看，下燧石灰和普通生石灰是白色的，燧石灰表面有一层深褐色的玻璃状外壳，玄武岩为黑色或墨绿色，普通碳酸盐骨料为灰色或灰白色。 然后取少量块状样品，放入100ml蒸馏水中，1min后，如果有大量的热量释放，则说明是正常的生石灰，如果有少量的热量释放，则说明是燧石灰不足，如果没有感觉到热量释放， 这意味着它是过度翻转的石灰或普通骨料;也可以取少量试样压碎加入HCl溶液（1体积浓HCl和1体积蒸馏水的混合物），普通骨料产生气泡最多，燧石石灰少产生少量气泡，如果没有气泡产生，则说明是过烧石灰或普通生石灰。
处理措施：将少量过火的过火石灰掺入钢筋混凝土中，对混凝土强度和钢筋应力影响不大，建议对爆裂部位进行清理修复，做好防水处理，根据构件的分类和性质采用不同的处理方法。 较薄的构件应加强保养，多浇水，使未熟化的石灰部分尽快水化膨胀再清理干净，修补时应甩掉同强度的砂浆，最好挂网; 对于较大的部件，需要灌浆表面爆裂处的裂缝。 操作完成后，应将构件表面防水，重要构件或局部严重部位应拆卸。
3 水泥熟料
水泥熟料的主要化学成分是CAO、SIO2和少量的Al2O3和Fe2O3。
3.1.损伤及机理分析。
如果混凝土骨料与水泥熟料混合，混凝土浇筑半年后一般会出现局部隆起、开裂甚至脱落，并且随着时间的延长，这种现象越来越严重，爆裂点中心为5 30mm灰黑色松散固体。
在水的情况下，熟料发生水化反应，生成膨胀的水化产物，在没有石膏或石膏很少的环境中，C3A水化迅速，水化产物继续积聚在熟料颗粒表面，同时对内部和周围混凝土产生一定的膨胀应力， 从而加速熟料颗粒的粉化和外部混凝土的膨胀和开裂。
3.2.检测方法和处理措施。
检测方法：将要检测的骨料粉碎，使其全部通过0075mm方孔筛，取50g，加蒸馏水25ml，搅拌均匀成糊状，置标准固化箱中24h。
处理措施：用水润湿同批混凝土的外层，使其中的熟料充分补水，清理鼓包脱落部位并修复，对外层进行防水处理。 对于关键零件或鼓裂严重缺口的零件，需要加固甚至拆卸、改造，但上述操作需要与设计部门合作进行。
4 亚氯酸盐
亚氯酸盐是镁的氧化物矿物，通常为无色至浅灰色玻璃状颗粒，但也有绿色、黄色或黑色。
4.1.损伤及机理分析。
它往往在搅拌混凝土半年后开始反应，而且是深埋的，七八年后才显现出来，甚至二三十年后才显现出来。 可疑物体一般在中心呈拱形或爆裂，形成径向放射状裂纹或凹坑，中心为直径为10-50mm的淡黄色或白色松散石块，部分松散石块在内层仍为硬块。
在水性环境中，产生MG O的缓慢水化反应，体积增大，最大膨胀应力高达14MPa，远大于混凝土的抗拉强度，容易形成径向辐射裂纹，甚至拱起脱落。 而且它的水化是从表层一层到内部进行的，内部受到外层的保护，所以有些块内部几乎没有反应，而且还是很硬的。 由于实际工程中MGO反应所需的水是从混凝土孔隙中渗入的，因此水化反应缓慢，并且经常在工程完工后数年内发生膨胀和开裂。
4.2.检测方法和处理措施。
检测方法：温度对镁的水化率影响很大，温度越高，水化膨胀率越大，将块状样品在（20 3）蒸馏水中浸泡24小时，参照GB T 750-1992《水泥蒸压稳定性试验方法》进行试验，其中高压釜内压力控制为（2 005） MPA，相当于 （215.）7±1.3）高压灭菌6h，试验结束后破裂为绿泥石或其他问题骨料，未变的为普通骨料。
处理措施：杨静等认为，根据亚氯酸盐的反应条件，可采用隔水方法，如钢板胶、碳纤维粘附、增截面法等; 梁采用外钢筋法，侧柱采用外钢筋，增加混凝土截面加固法，中心柱采用钢板加固法，再采用碳纤维加固法，板材采用碳纤维加固法。 如果混凝土中存在大面积的亚氯酸盐，采用防水加固方法处理不一定经济，处理后有继续爆裂的可能，拆除重建是应考虑的处理方案。 傅景华等[18]认为，如果局部构件中存在绿泥石，可以考虑采用结构置换方法，如采用钢结构置换，周围应留出适当的缝隙，使混凝土能够自由爆裂。
5 碱活性聚集体
碱活性骨料是指在一定条件下能与混凝土原料（胶凝材料和外加剂等）中的碱性物质发生化学反应，导致混凝土结构膨胀、开裂甚至破坏的骨料。
5.1.损伤及机理分析。
当没有钢筋约束时，碱骨料反应破坏为网状裂缝，一般是裂缝拱的一侧，当有钢筋约束时，裂缝沿钢筋方向进行，裂缝发展到一定程度，会导致混凝土松动脱落。
上世纪四十年代，斯坦顿· e.首次提出碱硅酸盐骨料吸水膨胀是混凝土开裂的重要原因之一，在上世纪六十年代，Swenson Eg.[20] 发现混凝土骨料的碱碳酸盐反应，1965 Gillott Je.并发现了另一种碱聚集反应——碱硅酸盐反应。 碱聚集反应（AAR）有三个条件：一定量的碱（溶于水能使钾和钠离子解离的物质）; 一定数量的碱性活性岩石或矿物能与碱反应，反应产物能吸水膨胀; 提供水分的环境。
碱-硅酸反应（ASR）机理：骨料中的活性二氧化硅与混凝土中的碱反应形成硅酸钠（钾）凝胶，在受限条件下吸水膨胀，使混凝土沿骨料与水泥石的界面体积膨胀或内部骨料开裂。 碱骨料的反应速度较慢，一般在混凝土浇筑几年后才开始出现，有的潜伏期长达20年。
碱-碳酸盐反应（ACR）机理：一是碱与白云石脱白云石反应前后的固相体积没有本质区别，但该反应破坏或去除白云石晶体，打开水通道进入骨料中的粘土矿物组分，使未润湿的粘土吸水膨胀， 反应产物MG（OH）2在细胶体状态下吸水膨胀，即湿膨胀理论;另一种是脱绿石化反应，见式（1）和式（2），反应产物在受限环境中重结晶生长，反应产物R2CO3（解离成R+和CO32-）形成水合离子，导致反应物的总体积大于反应物的固相体积，反应产物产生渗透压， 导致扩张。其中 are 是指 k、na 等，camg（CO3）2 是白云石的化学成分。
camg(co3)2+2roh=mg(oh)2+caco3+r2co3 （1）
r2co3+ca(oh)2=2roh+caco3 （2）
碱-硅酸盐反应机理：Gillott Je.王再勤等人认为，碱硅酸盐反应是碱溶液腐蚀溶解硅酸盐岩石（如花岗岩等）引起的，产生碱硅酸盐凝胶水化产物，产物在受限条件下因吸水膨胀而受损。 万建东等认为，碱-硅酸盐反应的本质是碱与硅酸盐共生的微晶石英或玉髓反应，增加了层状硅酸盐矿物之间的间距，即碱-硅酸盐反应。
5.2.检测方法和处理措施。
岩相法适用于根据岩石成分和结晶状态，初步检测各类骨料是否具有碱性活性，以及骨料是否具有碱性活性成分，如果是，则可采用岩柱法、砂浆棒法或混凝土棱柱法进一步检测。
岩柱法适用于测定碳酸盐骨料的碱活度，试验年龄至少为84天，如果将岩石制成砂样，由于岩石原有结构改变，其中的粘土矿物完全暴露，大部分在受限环境下失去吸水膨胀的可能， 所以碱-碳酸盐反应不能用砂浆试样测定;砂浆棒法适用于具有潜在碱硅反应（包括碱硅酸反应和碱硅酸盐反应）活性的骨料，试验年限至少为14天; 混凝土棱镜法适用于骨料的碱-硅反应和碱-碳酸盐反应活性的测试，测试年龄至少为1年。
处理措施：碱活破坏的混凝土若轻微损坏或非关键部位，可将反应部位拆除，然后进行修补和防水处理，如果损坏严重或危急，则需要联系设计部门进行加固或拆除重建。 防止混凝土中骨料碱活性危害的最有效方法是不要使用碱活性骨料，如果必须使用它们，可以采取措施抑制或减缓碱活性反应，例如加强施工组织管理，控制水泥和混凝土的碱含量， 混合粉煤灰或矿渣等活性外加剂，使用矿渣含量在35%以上的矿渣硅酸盐水泥，掺入引气剂、防水剂，隔离水蒸气和空气。但是，抑制碱-碳酸盐反应比碱-硅酸盐反应更难，因为在脱云石反应过程中碱被还原，因此可以循环反应，直到脱云石反应完成或碱浓度足够低。
6 分析与讨论
如果硬化混凝土表面有局部隆起或径向裂纹，可能是混凝土骨料中混入了钢渣（活化处理不完全）、欠火燧石灰、水泥熟料和方铅矿; 如果硬化混凝土表面有网状裂纹，有时是一侧的裂纹拱，表明混凝土骨料可能具有碱性活性。
当上述五类问题聚集体产生膨胀和破坏时，水就参与其中，说明水是五种问题聚集体是否产生膨胀和破坏的关键因素。 混凝土开裂脱落后，大气中的CO2在水存在下与水化产物Ca（OH）2形成CaCO3，导致碳化收缩。 如果混凝土足够致密，碳化仅限于表层，表面干燥速率最大，干燥和碳化收缩都受到混凝土内部的约束，容易引起混凝土开裂。 混凝土裂缝后，空气中的CO2和水更容易进入混凝土，增加混凝土内部的碳化收缩率，如果周围有问题骨料，很容易水化膨胀，造成鼓胀、开裂、自塌现象，进一步加剧裂缝的扩大，因此，水泥浆的碳化收缩与问题骨料的水化膨胀相互影响， 为了减缓问题骨料对硬化混凝土的破坏，防水和空气隔离尤为重要。
当发现硬化混凝土问题骨料引起膨胀开裂缺陷时，在首次使用时已无法确定其性能，其原材料难以获得，因此经常通过现场取样进行测试和分析。 在充分分析原因的基础上，将问题骨料清除，然后进行防水隔离空气处理，甚至需要采取加固措施，这时设计部门需要重新检查结构受力，以确保结构安全，但后期的监督是必不可少的。
因此，在使用骨料之前，对疑似钢渣和方铅矿的骨料进行稳定性测试，对疑似水泥熟料骨料进行水中是否硬化，对疑似过火和燧石灰的骨料进行暴露在水中是否放热，对疑似碱活性的骨料进行碱活性测试， 确定它是否是问题聚合非常重要。尽量不要使用有问题的骨料成型混凝土结构。 如果必须使用，在使用前还应该知道它是什么问题骨料，如果是过火欠石灰和方石膏，则不得用于混凝土骨料; 如果是钢渣和水泥熟料，在用于混凝土骨料之前，需要进行灭活，并确保其稳定性检查合格; 如果是碱活性聚集体，在混凝土中使用时，需要采取措施抑制碱活性。
结论
本文分析了钢渣、欠火石灰、水泥熟料、绿泥石和碱活性骨料混入混凝土骨料中时钢渣、过火石灰、水泥熟料、绿泥石和碱活性骨料对硬化混凝土造成破坏的现象、机理和处理措施，并分析了这5类问题骨料的相应检测方法和处理措施， 并得出以下结论：
1）根据混凝土破坏的形式和内部物质，可以初步判断骨料是否为问题骨料，以及造成损坏的问题骨料类型。
2）问题骨料的水化膨胀直接引起混凝土开裂，水泥浆的碳化收缩和问题骨料的水化膨胀共同导致进一步开裂。
3）解决骨料引起的混凝土硬化开裂问题的一般方法是先清除问题骨料，然后进行水蒸气隔离处理，如果涉及到结构中需要加固的关键部位，则需要由设计部门进行验证，处理后的长期监督是必不可少的。
4）在用作混凝土骨料之前，最好有选择性地测试疑似问题骨料的稳定性，使其在遇水时是否硬化或放热，以及是否具有碱活性。