钢渣用于混凝土砖或砌块中应注意的问题

丁百湛，朱宇彤，沈 建

（1.淮安市建筑科学研究院有限公司，江苏 淮安 223002；2.淮安市建筑工程质量检测中心有限公司，江苏 淮安 223002）

0 引言

为了贯彻落实国家节能减排、资源节约利用、生态环境保护的政策，燃煤发电厂、钢铁厂、化肥厂等产生的大量固体废弃物，如粉煤灰、粒化高炉矿渣、钢铁渣、钢渣、磷渣等大量用于生产建筑材料，如用于水泥、混凝土和制砖等建筑材料中，其中有些钢渣用在了生产混凝土小型空心砌块、混凝土砖产品中。由于钢渣事前处理不当，用在混凝土砌块或砖中，待砌筑或墙体过了几年后，由于墙体经历雨水侵蚀，钢渣中一定活性成分发生水化反应，产生应力或墙体开裂、门窗挤压变形，从而影响房屋正常使用。

1 混凝土砖和砌块产品相关标准

混凝土砖以水泥和砂、碎石或卵石等普通集料为主要原料，或以水泥和陶砂、陶粒或膨胀珍珠岩等轻集料为主要原料，经原料制备、加压或振动加压、养护而制成。涉及的产品标准主要有 NY/T 671－2003《混凝土普通砖和装饰砖》、GB/T 21144－2007《混凝土实心砖》、GB/T 24492－2009《非承重混凝土空心砖》、GB 25779－2010《承重混凝土多孔砖》和 JG/T 505－2016《建筑垃圾再生骨料实心砖》等。其胶凝材料主要为水泥，一般采用加压或振动加压成型，其掺合料有各种工业废渣，包括钢渣。

混凝土小型砌块主要以水泥、矿物掺合料、砂、石、水等为原料，经搅拌、振动成型、养护等工艺制成的小型砌块，包括空心砌块和实心砌块。若用轻集料制成则为轻集料砌块。具有保温功能的为自保温砌块或复合保温砌块。涉及的主要标准有 GB/T 8239－2014《普通混凝土小型砌块》、GB/T 15229－2011《轻集料混凝土小型空心砌块》、GB/T 29060－2012《复合保温砖和复合保温砌块》和 JG/T 407－2013《自保温混凝土复合砌块》。

在混凝土砖或砌块生产过程中，可能使用到各种工业废料，如钢渣或钢渣粉，其材料来源广泛，生产工艺简单，成本低，具有众多优点，特别是能大量消化工业废料，有利于环保，减少固废存放。

2 混凝土砌块或混凝土砖开裂现象

某住宅小区有 3 栋小高层外墙使用了掺加钢渣的混凝土砌块，在施工完 5～6 年（施工周期在 2013～2014年），住房发现外墙开裂，有的门窗不能正常使用，如图 1 所示。某综合楼使用了这样的砌块，造成窗户变形，如图 2 所示。经取样分析，发现外墙使用的混凝土砌块中氧化镁含量达到 16 % 左右，专家推断其可能使用了钢渣。

图1 某住宅小区外墙发生开裂

图2 某综合楼窗户发生变形

3 有关钢渣的定义及相关标准

3.1 钢渣、钢渣粉、钢铁渣粉的定义

根据 GB/T 51387－2019《钢铁渣处理与综合利用技术标准》（以下简称“GB/T 51387－2019”）中的术语，钢渣是转炉、电炉、精炼炉熔铸过程中排出的由金属原料中的杂质与助溶剂、炉衬形成的以硅酸盐、铁酸盐为主要成分的渣［1］，其是炼钢产生的渣。与此相关的还有钢渣粉的定义，钢渣粉是“符合 YB/T 022－2008《用于水泥中的钢渣》规定的转炉钢渣或电炉钢渣，经磷选除铁处理后粉磨达到一定细度的产品”。根据 GB/T 51387－2019，还有钢铁渣粉，钢铁渣粉是以钢渣和粒化高炉矿渣为主要原料，可掺入少量石膏分别粉磨成一定细度并按一定比例混合均匀而成的粉体，需要时可加入助磨剂。因此，钢铁渣粉不仅有炼钢产生的钢渣，还有炼铁产生的粒化高炉矿渣。

3.2 与钢渣相关的标准

与钢渣相关的标准主要有：YB/T 022－2008《用于水泥中的钢渣》、GB/T 2417－2019《钢渣稳定性试验方法》、GB/T 20491－2017《用于水泥和混凝土中的钢渣粉》（以下简称“GB/T 20491－2017”）、GB/T 51003－2014《矿物掺合料应用技术规范》、GB/T 51387－2019《钢铁渣处理与综合利用技术标准》、YB/T 4228《混凝土多孔砖和路面砖用钢渣》。在这些标准中有关于钢渣或钢渣粉的描述，有的讲定义，有的涉及钢渣的性能要求和检测方法。

4 炼钢厂的钢渣处理工艺

钢渣在出厂前，需经过一定的处理才能出厂，处理过程中产生的可再生能源和二次能源（钢渣从冶炼设备中排出时，温度可达 1 500～1 600 ℃，具有大量热能），也可以回收利用。通常钢渣处理有 5 种方法，即池式热闷法、有压热闷法、风碎法、滚筒法和带罐打水法。钢渣热闷技术可直接处理各种形态的钢渣，目前利用该技术处理的钢渣量已占排放量的 50 %，热闷后钢渣中小于 20 mm 粒级的含量应大于 60 %；滚筒技术处理钢渣时能集中处理含尘蒸汽，同时处理后的钢渣颗粒很细，方便利用；风碎技术主要用于处理液态钢渣，处理后的钢渣粒径很小，但处理过程中噪声污染很大；带罐打水和热泼技术主要用于处理脱硫渣和精炼渣等。处理后的钢渣根据金属铁含量的不同，可返回烧结，可用于水泥、建材制品或代替天然砂石。根据 GB/T 51387－2019 中 9.1.2 条规定，钢渣用作胶凝材料和骨料时应经稳定化和除铁处理，其金属铁含量不应大于 2.0 %，且体积稳定性应合格。

5 钢渣中氧化镁和体积稳定性测量方法

钢渣粉、钢铁渣粉用于水泥和混凝土时应符合GB/T 20491－2017、GB/T 28293－2012《钢铁渣粉》（以下简称“GB/T 28293－2012”）的规定。

在 GB/T 20491－2017 和 GB/T 28293－2012 中，没有氧化镁含量指标，有沸煮安定性、压蒸安定性要求，沸煮安定性按 GB/T 1346－2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安全性检测方法》规定进行，压蒸安定性按 GB/T 750－1992《水泥压蒸安定性试验方法》规定进行，沸煮安定性应合格，压蒸法要求 6 h 压蒸膨胀率≤0.50 %（但成型时钢渣粉和水泥的比例不同）。在 YB/T 140－2009《水泥用钢渣化学分析方法》中第 9 章描述了氧化镁测量方法，其原理为在 pH10 的溶液中，用酸性铬蓝 K 萘酚绿 B 混合指示剂，以 EDTA 标准滴定溶液测定钙、镁含量，消耗的 EDTA 体积，减去滴定时消耗的 EDTA 标准溶液的体积后，计算得出氧化镁的含量。

钢渣的体积稳定性试验方法为 GB/T 24175－2009《钢渣稳定性试验方法》。在此标准中有两种方法检测钢渣的稳定性。一是压蒸粉化率，即将钢渣在 2.0 MPa 的饱和蒸汽条件下压蒸，使其中所含游离氧化钙、游离氧化镁消解粉化，通过粉化率来判断钢渣的稳定性；二是浸水膨胀率，即采用 90 ℃ 水浴养护的方法，经过一定时间后使钢渣中游离氧化钙、氧化镁消解，产生体积膨胀，通过体积变化率来评定钢渣的稳定性［2］。

用于生产混凝土砖的钢渣应符合 YB/T 4228－2010《混凝土多孔砖和路面砖用钢渣》（以下简称“YB/T 4228－2010”）的要求，用于混凝土的应符合 GB/T 50912－2013《钢铁渣粉混凝土应用技术规范》（以下简称“GB/T 50912－2013”）。

在 YB/T 4228－2010 中，混凝土多孔砖使用的钢渣应经稳定化处理合格，即在蒸汽压（2.0±0.05）MPa，进行压蒸安定性试验合格［3］。具体方法见该标准附录 A，先做沸煮法，再做压蒸试验。用于混凝土路面砖的压蒸试验其蒸汽压力为（1.0±0.05）MPa。

GB/T 50912－2013 中 4.1.1 条规定，钢铁渣粉沸煮安定性应合格，压蒸安定性 6 h 压蒸膨胀率应≤0.50 %。钢铁渣粉混凝土耐久性应符合现行标准 JGJ/T 193－2009《混凝土耐久性检验评定标准》的有关规定。

6 建议混凝土砌块或砖增加检测制品体积安定性的要求

通过以上分析，钢渣或钢铁渣粉出厂前应符合相关标准要求，可是许多混凝土砌块或砖生产厂家在使用钢渣时并未检测其氧化镁或体积安定性指标。制品生产厂家若使用体积安定性不合格的钢渣，则易造成危害。因为实际工程中游离氧化镁的水化反应较慢，往往造成墙材上墙几年后才会开裂膨胀，这时将会产生墙体开裂、窗户变形等严重后果。现行的 GB/T 8239－2014《普通混凝土小型砌块》、GB/T 21144－2007《混凝土实心砖》、GB/T 25779－2010《承重混凝土多孔砖》、GB/T 24492－2009《非承重混凝土空心砖》等混凝土制品产品标准中均没有体积安定性的要求，建议标准修订时增加此内容。

7 结语

钢渣、钢渣粉用于混凝土砖或混凝土砌块时，应检验合格后再使用；当使用未经检验合格的钢渣或钢渣粉时，其最终产品可能会造成墙体开裂等危害，因而建议混凝土砌块或混凝土砖相关产品标准中增加检验其体积稳定性的指标，以防不合格产品用于建筑工程中。Q