付 驍，蔡金文，沈 飛，馬愛元

（六盤水師范學(xué)院化學(xué)與材料工程學(xué)院，貴州 六盤水 553004）

鋼渣是煉鋼過程中的一種熔渣，我國鋼渣的總產(chǎn)量約為粗鋼總產(chǎn)量的12%，2020 年全國粗鋼產(chǎn)量超過9 億，鋼渣累積總量近10 億t，但其綜合利用率僅為10%。隨著時(shí)代的發(fā)展，鋼渣的堆積量也越來越多，并且鋼渣綜合利用率較低，堆存或掩埋鋼渣不僅僅浪費(fèi)資源，而且占用了有限的土地，造成土壤以及地下管線、管道堵塞以及自來水、河水污染等諸多問題。目前國內(nèi)資源緊缺，如何高效解決鋼渣綜合利用問題已成為一個(gè)熱門的研究主題，為找到合理的綜合利用方法，諸多的研究者進(jìn)行了大量關(guān)于鋼渣處理的研究工作。在混凝土行業(yè)中，鋼渣可用于大體積混凝土，改善原有的混凝土的性能，使其在原有的基礎(chǔ)上有所提高，并且可以廣泛的應(yīng)用于混凝土摻合料建材中，改變對混凝土滲透性的影響。在硅酸材料行業(yè)中，鋼渣可作為混合材料生產(chǎn)水泥，替代部分原料來煅燒水泥熟料。鋼渣碎石的細(xì)小顆粒形狀、硬度和耐磨性都比較適合企業(yè)發(fā)展道路工程材料的要求，因此鋼鐵冶煉渣在建材行業(yè)中的應(yīng)用價(jià)值不斷凸顯。

1 鋼鐵冶煉渣在水泥生產(chǎn)中的應(yīng)用

在我國的水泥行業(yè)中，鋼鐵冶煉渣可以作為一種混合材料來制備水泥，鋼渣作為原材料用于煅燒水泥熟料等將鋼渣制做成水泥，能夠解決鋼渣堆積情況，實(shí)現(xiàn)“變廢為寶”，資源循環(huán)再利用。有實(shí)驗(yàn)研究表明，在鋼渣中加入10% 石膏所制備的鋼渣沒有熟料水泥，并且其強(qiáng)度并不是很理想，而且存在于一些不定性的問題。有研究顯示加入礦渣產(chǎn)出的鋼渣礦渣無熟料水泥能增強(qiáng)才材料的滲透性及耐腐蝕性[1]。范明川[2]通過水泥工業(yè)的應(yīng)用研究發(fā)現(xiàn)水泥的成分對水泥的強(qiáng)度起到很大的影響，鋼鐵冶煉渣與水泥中的礦物組成部分比較相似，并可將鋼渣作為鐵質(zhì)的校正原料和混合材料的綜合利用。

蔡振雷[3]等通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與研究運(yùn)用高溫的方式將粉煤灰和鋼鐵冶煉渣熔融得到不同性質(zhì)的鋼渣，然后對在水泥中摻加改性后鋼渣進(jìn)行一系列的性能研究與分析，研究表明添加改性鋼渣水泥能夠有效的降低改性鋼渣水泥中的CaO 的含量，雖其強(qiáng)度比添加普通鋼渣水泥抗壓強(qiáng)度要低一點(diǎn)，但其可作為水泥中的混合材料。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)論得出，改性鋼渣水泥的各項(xiàng)指標(biāo)與普通鋼渣水泥標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)相差不大，可以滿足于制備鋼渣水泥的條件。雖然改性鋼渣水泥的初期強(qiáng)度基本都低于普通的鋼渣水泥的抗壓強(qiáng)度，但是均能滿足于水泥的抗壓強(qiáng)度需求。隨著時(shí)間的增長，改性鋼渣中的粉煤灰的活性會逐漸的被激活，則其末期的抗壓強(qiáng)度也不斷的增強(qiáng)。在現(xiàn)如今資源潰泛與環(huán)境污染的問題上，改性鋼渣作為水泥的混合材料，可以更好的綜合利用廢棄物、節(jié)約資源，從而很好的降低廢棄物對環(huán)境污染的影響。

2 鋼鐵冶煉渣在水泥熟料煅燒中的應(yīng)用

劉晶晶[4]等在實(shí)驗(yàn)研究表明，鋼鐵冶煉渣的摻入量會影響水泥熟料的性能，鋼渣在水泥熟料煅燒中，不同的鋼渣摻入量會影響煅燒后水泥熟料的外觀形狀，當(dāng)鋼渣的攝入量越高則水泥熟料的收縮量會變大、強(qiáng)度也越來越強(qiáng)，同時(shí)，水泥熟料的塊體和硬度也會增大。經(jīng)過諸多實(shí)驗(yàn)研究得出溫度的高低和鋼渣的摻入量是煅燒水泥熟料的重要因素，由此可以得出鋼渣的摻入量有一定的限制范圍，當(dāng)鋼渣的摻入量過多則會使煅燒后的塊體間隔增大，水泥熟料的熔點(diǎn)也有所降低，水泥熟料的強(qiáng)度也會越來越明顯。在燒結(jié)過程中，若水泥熟料的煅燒溫度過高，會導(dǎo)致鋼渣中的金屬元素融化在一起出現(xiàn)燒結(jié)的現(xiàn)象，使得煅燒過后水泥熟料的強(qiáng)度變高。另一方面，由于受溫度的影響，冷卻過程中會出現(xiàn)少量新晶體物質(zhì)，大部分來不及冷卻析晶以玻璃態(tài)的形式存在，產(chǎn)生大量的玻璃相[5，6]。鋼鐵冶煉渣在水泥熟料煅燒后冷卻條件的不同會對水泥熟料制作成混凝土有很大的影響，水泥熟料的冷卻過程起到?jīng)Q定性的作用，采用空冷方式和爐冷方式進(jìn)行一系列的研究，研究顯示空冷方式優(yōu)于爐冷的方式，在空冷方式中煅燒過后的水泥熟料硬化基本沒有開裂現(xiàn)象；在溫度為1300℃、鋼渣摻入量為15% 中水泥熟料進(jìn)行煅燒，保溫2h，在500℃的空冷方式中能夠得到性能最好的水泥熟料，并且該水泥熟料水化后硬化沒有發(fā)生分裂，提高水泥熟料的硬度以及優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)高標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)用。

廖雙雙等[7]進(jìn)行了諸多的研究得出，鋼渣中含有一定量的水泥熟料礦物，礦物中含有一些水硬膠凝性，有利于提高膠結(jié)充填體強(qiáng)度。混凝土中摻雜部分的鋼鐵渣粉可形成微膨脹現(xiàn)象，具有顯著的抗凍性。鋼渣粉末可用于混凝土外加劑，從而減少在混凝土系統(tǒng)放熱的水合速率，提高混凝土的流動性，利用溫度和強(qiáng)度受混凝土摻和量的影響，使得鋼渣在混凝土中快速的高溫收縮，縮短了鋼鐵渣粉在混凝土摻合料中的收縮時(shí)間，并且增強(qiáng)了混凝土的抗壓強(qiáng)度以及防止混凝土內(nèi)部收縮的開裂。

3 鋼鐵冶煉渣在混凝土生產(chǎn)中的應(yīng)用

林東[8]等采用鋼鐵冶煉渣作為骨料來制備不同水膠比的混凝土，并指出其可用于混凝土的可行性，表明鋼渣骨料混凝土與普通混凝土的性能差異。具體實(shí)驗(yàn)研究表明，鋼渣骨料可以改變混凝土的工作性能，并且有效的提高混凝土的抗壓強(qiáng)度。在探究鋼渣混凝土與普通混凝土的強(qiáng)度性能時(shí)，得出前者混凝土與后者混凝土的水膠比越低則其前者的抗壓強(qiáng)度更強(qiáng)，而在相同的水膠比下，鋼渣骨料混凝土抗壓強(qiáng)度更強(qiáng)。目前，我國的道路建設(shè)技術(shù)在世界上是領(lǐng)先的，并且在大量的使用工業(yè)上的鋼渣進(jìn)行道路的建設(shè)，而我國在使用鋼渣作為道路建設(shè)上有豐富的經(jīng)驗(yàn)，大大的減少了鋼材的資源且使得廢渣得以重用，實(shí)現(xiàn)資源的綜合利用，防止環(huán)境的污染。鋼渣碎石的細(xì)小顆粒形狀、硬度和耐磨性都比較研究適合企業(yè)發(fā)展道路工程材料的要求，因此我們可以用于道路的建設(shè)一個(gè)社會基層、面層及墊層，用于鋼渣瀝青混凝土路面，使得有更好的路面環(huán)境。

郝迎軍[9]通過Mehta 整體論模型研究顯示，鋼鐵渣復(fù)合粉在混凝土中具有諸多的作用，比如：在混凝土添加鋼鐵渣可以改善混凝土粒度分布，通過優(yōu)化混凝土的孔結(jié)構(gòu)，可以減少大孔數(shù)量，增加小孔數(shù)量，降低混凝土結(jié)構(gòu)的平均孔徑，進(jìn)一步縮小水泥化合物之間的空隙，從而達(dá)到降低混凝土拌合用水量的作用；基于鋼鐵渣復(fù)合粉是細(xì)微球狀體的結(jié)構(gòu)特性，從而改善混凝土攪拌混合過程的摩擦阻力，具有一定的潤滑作用；由于鋼渣中含有大量的活性二氧化硅，從而很好的與水泥中的Ca（OH）2進(jìn)行水化反應(yīng)生成硅酸凝膠，從而能夠增加混凝土抗壓強(qiáng)度的作用。

李洪偉[10]等通過鋼鐵渣粉作摻和料配制混凝土性能得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，摻鋼鐵渣粉會使混凝土的凝結(jié)時(shí)間增長，塌落度損失度很小，并且容易在氣候好的季節(jié)開展工作。摻入一定量的鋼渣粉會使得混凝土的初期強(qiáng)度下落明顯，但是會使其末期的強(qiáng)度上升顯著，并且抗壓折斷的強(qiáng)度也有著明顯的改變。當(dāng)進(jìn)行分析實(shí)驗(yàn)研究鋼鐵渣粉混凝土的最佳方式摻入量時(shí)，可以通過凈漿安定性實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出，鋼鐵渣粉混凝土的最佳的摻入量為35%，其工作性能、力學(xué)系統(tǒng)性能是最好的。另外摻入一定量的鋼鐵渣粉可以很好的提高混凝土的持久耐磨性，也可以得出其與普通的混凝土的抗?jié)B性有一定的相似之處。最后通過該實(shí)驗(yàn)配制的鋼鐵渣粉混凝土測試，鋼鐵渣粉混凝土不但在各項(xiàng)指標(biāo)上都比較符合普通混凝土的標(biāo)準(zhǔn)要求，而且在很多指標(biāo)上都優(yōu)于普通混凝土。

4 結(jié)語

我國的資源環(huán)境面臨的主要問題是地區(qū)的過度開發(fā)以及工業(yè)上的廢水廢渣沒得以更好的利用，使得工業(yè)上的廢水廢渣等有害物質(zhì)的隨意堆放，所以低碳排放和節(jié)約資源是我國每個(gè)企業(yè)、公民該有的任務(wù)，目前各大鋼鐵廠的首要任務(wù)就是要提倡安全生產(chǎn)、節(jié)能環(huán)保。鋼渣的化學(xué)結(jié)構(gòu)成分能夠在水泥行業(yè)中起到很好的決定性作用，在水泥中添加改性的鋼渣能夠有效的降低水泥中的CaO 的含量，并且可以作為混合材料生產(chǎn)水泥。鋼鐵渣粉作摻合料來配制混凝土的性能，從而可以增強(qiáng)原有混凝土的強(qiáng)度以及硬度，并且改善普通混凝土的工作性能、力學(xué)性能，使得資源充分利用且環(huán)保高效的途徑。我國各大鋼鐵廠發(fā)展鋼渣的資源進(jìn)行充分利用和保護(hù)主義生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境為目標(biāo)，在鋼渣現(xiàn)有企業(yè)利用途徑的技術(shù)上，將鋼鐵廠固體廢物鋼渣合理有效的利用起來，來改善鋼渣的資源管理利用和社會市場經(jīng)濟(jì)效益，走向環(huán)保之路，發(fā)展中國綠色建筑材料，保護(hù)生態(tài)文化環(huán)境，造福人民服務(wù)社會，營造幸福生活，創(chuàng)造美好家園。