钢铁冶炼渣在水泥及混凝土生产中的应用

付 骁，蔡金文，沈 飞，马爱元

（六盘水师范学院化学与材料工程学院，贵州 六盘水 553004）

钢渣是炼钢过程中的一种熔渣，我国钢渣的总产量约为粗钢总产量的12%，2020 年全国粗钢产量超过9 亿，钢渣累积总量近10 亿t，但其综合利用率仅为10%。随着时代的发展，钢渣的堆积量也越来越多，并且钢渣综合利用率较低，堆存或掩埋钢渣不仅仅浪费资源，而且占用了有限的土地，造成土壤以及地下管线、管道堵塞以及自来水、河水污染等诸多问题。目前国内资源紧缺，如何高效解决钢渣综合利用问题已成为一个热门的研究主题，为找到合理的综合利用方法，诸多的研究者进行了大量关于钢渣处理的研究工作。在混凝土行业中，钢渣可用于大体积混凝土，改善原有的混凝土的性能，使其在原有的基础上有所提高，并且可以广泛的应用于混凝土掺合料建材中，改变对混凝土渗透性的影响。在硅酸材料行业中，钢渣可作为混合材料生产水泥，替代部分原料来煅烧水泥熟料。钢渣碎石的细小颗粒形状、硬度和耐磨性都比较适合企业发展道路工程材料的要求，因此钢铁冶炼渣在建材行业中的应用价值不断凸显。

1 钢铁冶炼渣在水泥生产中的应用

在我国的水泥行业中，钢铁冶炼渣可以作为一种混合材料来制备水泥，钢渣作为原材料用于煅烧水泥熟料等将钢渣制做成水泥，能够解决钢渣堆积情况，实现“变废为宝”，资源循环再利用。有实验研究表明，在钢渣中加入10% 石膏所制备的钢渣没有熟料水泥，并且其强度并不是很理想，而且存在于一些不定性的问题。有研究显示加入矿渣产出的钢渣矿渣无熟料水泥能增强才材料的渗透性及耐腐蚀性[1]。范明川[2]通过水泥工业的应用研究发现水泥的成分对水泥的强度起到很大的影响，钢铁冶炼渣与水泥中的矿物组成部分比较相似，并可将钢渣作为铁质的校正原料和混合材料的综合利用。

蔡振雷[3]等通过实验设计与研究运用高温的方式将粉煤灰和钢铁冶炼渣熔融得到不同性质的钢渣，然后对在水泥中掺加改性后钢渣进行一系列的性能研究与分析，研究表明添加改性钢渣水泥能够有效的降低改性钢渣水泥中的CaO 的含量，虽其强度比添加普通钢渣水泥抗压强度要低一点，但其可作为水泥中的混合材料。根据实验结论得出，改性钢渣水泥的各项指标与普通钢渣水泥标准指标相差不大，可以满足于制备钢渣水泥的条件。虽然改性钢渣水泥的初期强度基本都低于普通的钢渣水泥的抗压强度，但是均能满足于水泥的抗压强度需求。随着时间的增长，改性钢渣中的粉煤灰的活性会逐渐的被激活，则其末期的抗压强度也不断的增强。在现如今资源溃泛与环境污染的问题上，改性钢渣作为水泥的混合材料，可以更好的综合利用废弃物、节约资源，从而很好的降低废弃物对环境污染的影响。

2 钢铁冶炼渣在水泥熟料煅烧中的应用

刘晶晶[4]等在实验研究表明，钢铁冶炼渣的掺入量会影响水泥熟料的性能，钢渣在水泥熟料煅烧中，不同的钢渣掺入量会影响煅烧后水泥熟料的外观形状，当钢渣的摄入量越高则水泥熟料的收缩量会变大、强度也越来越强，同时，水泥熟料的块体和硬度也会增大。经过诸多实验研究得出温度的高低和钢渣的掺入量是煅烧水泥熟料的重要因素，由此可以得出钢渣的掺入量有一定的限制范围，当钢渣的掺入量过多则会使煅烧后的块体间隔增大，水泥熟料的熔点也有所降低，水泥熟料的强度也会越来越明显。在烧结过程中，若水泥熟料的煅烧温度过高，会导致钢渣中的金属元素融化在一起出现烧结的现象，使得煅烧过后水泥熟料的强度变高。另一方面，由于受温度的影响，冷却过程中会出现少量新晶体物质，大部分来不及冷却析晶以玻璃态的形式存在，产生大量的玻璃相[5，6]。钢铁冶炼渣在水泥熟料煅烧后冷却条件的不同会对水泥熟料制作成混凝土有很大的影响，水泥熟料的冷却过程起到决定性的作用，采用空冷方式和炉冷方式进行一系列的研究，研究显示空冷方式优于炉冷的方式，在空冷方式中煅烧过后的水泥熟料硬化基本没有开裂现象；在温度为1300℃、钢渣掺入量为15% 中水泥熟料进行煅烧，保温2h，在500℃的空冷方式中能够得到性能最好的水泥熟料，并且该水泥熟料水化后硬化没有发生分裂，提高水泥熟料的硬度以及优质的产量，实现物质高标准的运用。

廖双双等[7]进行了诸多的研究得出，钢渣中含有一定量的水泥熟料矿物，矿物中含有一些水硬胶凝性，有利于提高胶结充填体强度。混凝土中掺杂部分的钢铁渣粉可形成微膨胀现象，具有显著的抗冻性。钢渣粉末可用于混凝土外加剂，从而减少在混凝土系统放热的水合速率，提高混凝土的流动性，利用温度和强度受混凝土掺和量的影响，使得钢渣在混凝土中快速的高温收缩，缩短了钢铁渣粉在混凝土掺合料中的收缩时间，并且增强了混凝土的抗压强度以及防止混凝土内部收缩的开裂。

3 钢铁冶炼渣在混凝土生产中的应用

林东[8]等采用钢铁冶炼渣作为骨料来制备不同水胶比的混凝土，并指出其可用于混凝土的可行性，表明钢渣骨料混凝土与普通混凝土的性能差异。具体实验研究表明，钢渣骨料可以改变混凝土的工作性能，并且有效的提高混凝土的抗压强度。在探究钢渣混凝土与普通混凝土的强度性能时，得出前者混凝土与后者混凝土的水胶比越低则其前者的抗压强度更强，而在相同的水胶比下，钢渣骨料混凝土抗压强度更强。目前，我国的道路建设技术在世界上是领先的，并且在大量的使用工业上的钢渣进行道路的建设，而我国在使用钢渣作为道路建设上有丰富的经验，大大的减少了钢材的资源且使得废渣得以重用，实现资源的综合利用，防止环境的污染。钢渣碎石的细小颗粒形状、硬度和耐磨性都比较研究适合企业发展道路工程材料的要求，因此我们可以用于道路的建设一个社会基层、面层及垫层，用于钢渣沥青混凝土路面，使得有更好的路面环境。

郝迎军[9]通过Mehta 整体论模型研究显示，钢铁渣复合粉在混凝土中具有诸多的作用，比如：在混凝土添加钢铁渣可以改善混凝土粒度分布，通过优化混凝土的孔结构，可以减少大孔数量，增加小孔数量，降低混凝土结构的平均孔径，进一步缩小水泥化合物之间的空隙，从而达到降低混凝土拌合用水量的作用；基于钢铁渣复合粉是细微球状体的结构特性，从而改善混凝土搅拌混合过程的摩擦阻力，具有一定的润滑作用；由于钢渣中含有大量的活性二氧化硅，从而很好的与水泥中的Ca（OH）2进行水化反应生成硅酸凝胶，从而能够增加混凝土抗压强度的作用。

李洪伟[10]等通过钢铁渣粉作掺和料配制混凝土性能得出实验结果分析，掺钢铁渣粉会使混凝土的凝结时间增长，塌落度损失度很小，并且容易在气候好的季节开展工作。掺入一定量的钢渣粉会使得混凝土的初期强度下落明显，但是会使其末期的强度上升显著，并且抗压折断的强度也有着明显的改变。当进行分析实验研究钢铁渣粉混凝土的最佳方式掺入量时，可以通过净浆安定性实验结果得出，钢铁渣粉混凝土的最佳的掺入量为35%，其工作性能、力学系统性能是最好的。另外掺入一定量的钢铁渣粉可以很好的提高混凝土的持久耐磨性，也可以得出其与普通的混凝土的抗渗性有一定的相似之处。最后通过该实验配制的钢铁渣粉混凝土测试，钢铁渣粉混凝土不但在各项指标上都比较符合普通混凝土的标准要求，而且在很多指标上都优于普通混凝土。

4 结语

我国的资源环境面临的主要问题是地区的过度开发以及工业上的废水废渣没得以更好的利用，使得工业上的废水废渣等有害物质的随意堆放，所以低碳排放和节约资源是我国每个企业、公民该有的任务，目前各大钢铁厂的首要任务就是要提倡安全生产、节能环保。钢渣的化学结构成分能够在水泥行业中起到很好的决定性作用，在水泥中添加改性的钢渣能够有效的降低水泥中的CaO 的含量，并且可以作为混合材料生产水泥。钢铁渣粉作掺合料来配制混凝土的性能，从而可以增强原有混凝土的强度以及硬度，并且改善普通混凝土的工作性能、力学性能，使得资源充分利用且环保高效的途径。我国各大钢铁厂发展钢渣的资源进行充分利用和保护主义生态系统环境为目标，在钢渣现有企业利用途径的技术上，将钢铁厂固体废物钢渣合理有效的利用起来，来改善钢渣的资源管理利用和社会市场经济效益，走向环保之路，发展中国绿色建筑材料，保护生态文化环境，造福人民服务社会，营造幸福生活，创造美好家园。