二次资源开放利用

钢渣用于生产铁酸盐水泥浅析
一、研究背景：
钢渣是炼钢过程中，伴随产出的一定数量的工业副产品，被称为冶金工业的头号废渣，世界各国每生产一吨粗钢要产生约160公公斤的钢渣。

长期以来，钢渣作为废物抛弃，占用良田，污染环境，因此，各产钢国都已将钢渣利用的问题提到了重要议事日程，并投入了大量的人、财、物力进行开发和应用。

国内外利用钢渣磨细来制作水泥等方面的技术成果成千上万，中国完全有条件用好这一大批技术资源。

虽然说，这些性能调节型辅助胶凝组分矿物，目前在基础理论方面：尚不能清楚地阐明利用颗粒微细化机理、机械能和化学能转化机制、表面活化机理、对活性的影响；
尚不能清楚地研究出复合体系的粒度分布、形状因子、形状指数、比表面积等颗粒群特征参数与流变学、水化动力学、显微结构特征、强度等性能的相关性；
尚不能清楚地揭示体系颗粒群特征参数的性能优化控制范围，获得不同介稳体系颗粒微细化过程颗粒表面物理化学变化特征以及力-化学方法的激活效果；尚不能科学地建立体系颗粒群特征参数优化设计理论。

但在五十年的生产和实验的实践中，钢渣、这些调节型材料的介稳结构与潜在活性的关系及其激发机理；指导利用或合成低成本、低
能耗的低钙性能调节型辅助胶凝材料，在原有已经应用的工业废弃物基础上，已经大大的提高了利用效率。

钢渣、等几种具有广泛代表性的工业废弃物转化成性能调节型辅助胶凝组分的活化方法创造了很多的技术成果。

二、钢渣用于水泥发展历程
国内高炉渣的利用是从二十世纪五十年代中冶集团建筑研究总院即设置冶金渣处理利用研究室，开始针对冶金工业废渣进行基础理论和应用技术的研究，至今已有50年的历史。

二十世纪三十年代曾与中国建材研究院、中国建设科学研究院等单位共同进行石膏矿渣水泥、石灰矿渣水泥、湿碾渣混凝土，湿磨矿渣混凝土的研究和生产应用。

并在包钢、武钢等建设工程中应用。

到二十世纪六十年代初期由于上述胶凝材料大气稳定性差，碳化起砂，更重要是混凝土出现钢筋锈蚀现象，有的梁柱结构破坏，被迫进行爆破拆除，为国家造成损失。

二十世纪六十年代冶金部建筑研究院又进行碱矿渣水泥的研究，其水泥强度可达100MPa。

但在空气中存放强度急剧下降，建筑物表面泛碱，后期强度倒缩，混凝土中pH值降低会造成钢筋锈蚀，大气稳定性差等缺点无法克服，因此该成果未能推广应用。

随着我国水泥工业的发展，水淬高炉矿渣基本上全部作水泥混合材，高炉矿渣的利用率达到85％。

根据国外经验，二十世纪九十年代，中冶集团建筑研究总院开始研究开发“粒化高炉矿渣粉”的工作。

由于钢渣中含有和水泥相类似的硅酸三钙、硅酸二钙及铁铝酸盐等活性矿物质，具有水硬胶凝性，因此可成为生产无熟料和少熟料水泥的原料，也可作为水泥掺和料。

生产钢渣水泥品种有：①无熟料钢渣矿渣水泥，②少熟料钢渣矿渣水泥，③钢渣沸石水泥，④钢渣矿渣硅酸盐水泥，⑤钢渣矿渣高温型石膏水泥，⑥钢渣硅酸盐水泥等。

以上水泥适于蒸汽养护，具有后期强度高、耐腐蚀、微膨胀、耐磨性能好、水化热低等特点，并且还具有生产简便、投资少、设备少、节省能源和成本低等优点。

并于1996年生产了2万吨粒化高炉矿渣粉用于首都机场的扩建工程和地铁复八线建设工程。

与此同时上海有关单位也试生产矿渣粉用于上海建设工程。

1999年在北京召开的冶金渣处理与利用国际研讨会上提出粒化高炉矿渣粉是我国高炉渣资源化利用的主要途径。

2000年国家发布了“用于水泥和混凝土中粒化高炉矿渣粉”的国家标准GB/T18046。

目前全国已建成40余个矿渣粉生产厂，年产量约为2000万吨。

三、性能测试研究
用钢渣替代粗集料配置钢渣混凝土。

钢渣混凝土的抗压强度、抗弯强度、劈拉强度和耐磨性都明显优于普通混凝土，其抗冻性与普通混凝土近似相同，并且由于钢渣混凝土的吸水率小于普通混凝土，则其抗氯离子渗透性略好于普通混凝土，耐久性能满足要求，即钢渣混凝土的强度和耐久性总体来说要优于普通混凝土。

钢渣的吸水率。

在刚开始，钢渣的吸水性表现得很明显，尤其在前4 个小时中，钢渣的吸水量达到40g。

慢慢地，钢渣的吸水能力逐渐减弱，在水中浸泡12h 之后，钢渣的吸水性就不是很显著，在4
8h 之后，钢渣的吸水率就基本没有变化。

钢渣混凝土的吸水率小于普通混凝土。

分析其原因是因为钢渣混凝土中集料与水泥石界面粘结好，使混凝土密实，透水性小。

钢渣的配比。

C30 的钢渣混凝土，其试验配合比为: 用水量为20 0kg/m3 ，水泥用量为400kg/ m3 ，钢渣用量为11000kg/ m3 ，尾矿、尾砂用量为900kg/ m3 。

参照普通混凝土配合比进行的。

采用钢渣等体积全部替代普通混凝土中的粗集料进行对比性试验。

试验的水灰比主要是依据所需混凝土的配制强度和水泥的实际强度确定。

钢渣为块状钢渣，与碎石相比，其表面非常粗糙，远大于碎石，故钢渣作粗集料时混凝土拌合物的需水量比普通混凝土要大。

强度等级为C30 的普通混凝土和钢渣混凝土相对比，7d 抗压强度的差值不大，钢渣混凝土略高于普通混凝土，甚至近似相等：28d 以后，钢渣混凝土的抗压强度就明显高于普通混凝土，大约高2MP a～3MPa 。

可见，钢渣的掺入不仅没有降低混凝土的抗压强度，而且还略有提高。

强度等级为C30 钢渣混凝土的抗弯强度和劈拉强度均明显高于普通混凝土。

这说明，钢渣的掺入，大大改变了混凝土的内部结构，强化了混凝土中集料与水泥浆的界面过渡区，显著改善了混凝土的力学性能。

就影响混凝土强度的因素而言，其中材料组成是影响混凝土强度的主要因素之一，而最主要的因素是集料与水泥石的界面。

混凝土受
力破坏一般都出现在集料与水泥石的分界面上，这就是常见的粘结面破坏的形式。

在混凝土中，集料最先破坏的可能性很小，因为集料的强度一般均高于水泥石的强度。

因而混凝土的强度主要取决于水泥石和界面的粘结强度，而界面粘结强度又取决于水泥石的强度和集料的表面状况（粗糙程度、棱角的多少等）、凝结硬化条件及混凝土拌合物的泌水性等。

与石子相比，钢渣颗粒的表面很粗糙，粘结力较大，与水泥等拌和凝结硬化后，钢渣集料与水泥石粘结很好，界面粘结强度很高，大于石子与水泥石的界面粘结强度。

在测定钢渣混凝土的抗压、抗弯强度时，观察试件的断裂面，发现钢渣混凝土断裂基本都是发生在集料本身，而并非集料与水泥石的粘结界面。

这就说明与石子相比，作为粗集料的钢渣由于其表面很粗糙，使集料与水泥石粘结较好，充分发挥了钢渣集料的骨架作用。

四、具体应用
钢渣混凝土，其各项指标均符合普通混凝土的标准要求，甚至在
很多方面还优于普通混凝土。

同时，大量利用钢渣还可以改善环境、变废为宝，提高经济效益。

可见，将钢渣混凝土用于各种建筑工程，将大量消耗现存的工业废料———钢渣，是一项很有前景的绿色工程。

国外钢渣——多采用热泼处理工艺，利用途径主要为道路材料、
回填材料、作烧结矿原料。

近几年由于采用富矿冶炼，钢渣中P、S
有害元素对冶炼工艺造成不良影响，因此返回烧结使用数量越来越少。

以德国为例，用于道路工程占钢渣总量的41％，返回冶金利用占32％，水力工程占6％，土木工程占3％，其它占18％。

国内钢渣利用——中冶集团建筑研究总院从二十世纪六十年代即
开始研究钢渣的成份与胶凝性的关系及钢渣作水泥的研究工作。

1974年建成国内第一个钢渣水泥厂，其产品用于工业与民用建筑，水力工程，机场跑道等建筑工程中。

1992年发布了GB13590钢渣矿渣水泥国家标准。

累计生产约5000万吨钢渣矿渣水泥并在工程中应用。

二十世纪九十年代在进行高炉矿渣粉试验和生产的同时，进行了
钢渣粉性能和生产应用的研究，证明钢渣粉与矿渣粉双掺等量取代水泥的10%~30%配制混凝土可取得良好的技术经济效果。

北京、杭州、武汉、湖南涟源等均建有钢渣粉生产厂，其产品用
于道路、桥梁和民用建筑中。

中冶集团建筑研究总院与其他单位一起正制订“用于水泥和混凝土中钢渣粉”的国家标准。

此外，钢渣在道路中应用，钢渣作工程回填材料，钢渣作冶金炉
料均有相应标准和工程实践。

二十世纪七十年代在用钢渣作胶凝材料的研究工作中，进行了多
种化学激发剂的激发活性试验，研究成功早凝早强钢渣水泥技术，但其效果与硅酸盐水泥相比仍有一定技术差距，而不能取代硅酸盐水泥。