鋼渣在蒸壓加氣混凝土中的應(yīng)用研究概況

(1.安徽理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 安徽 淮南 232001；2.鹽城工學(xué)院材料工程學(xué)院 江蘇 鹽城 224051)

一、鋼渣概述

(一)鋼渣的來源與組成

鋼渣是轉(zhuǎn)爐、電爐或精煉爐冶煉過程中排出的熔渣，主要是廢棄鋼鐵及鐵水中的鐵、鈣、硅等元素氧化后的氧化物，金屬爐料中的雜質(zhì)、脫硫產(chǎn)物以及被侵蝕的爐襯材料等物質(zhì)構(gòu)成[1]。

鋼渣中的主要元素為鈣、鐵、硅、鎂、鋁、錳、磷，主要礦物組成為硅酸二鈣(Ca2SiO4)、尖晶石、硅酸三鈣(Ca3SiO5)、鐵酸二鈣(C2F)以及RO相。鋼渣中的硅酸三鈣、硅酸二鈣以及鐵酸二鈣使鋼渣具有一定的膠凝活性。鋼渣粉中的硅酸二鈣會(huì)在球磨過程中水化產(chǎn)生羥鈣石，與此同時(shí)鋼渣在生產(chǎn)和存放過程中部分羥鈣石又會(huì)碳化導(dǎo)致形成方解石[2]。RO相屬于惰性礦物，是指主要熔有氧化鐵、氧化鎂以及少量氧化錳等其他金屬氧化物的高熔點(diǎn)物質(zhì)，其含量隨鋼渣的不同差別很大。

(二)鋼渣的處理工藝

目前對于鋼渣的處理方式很多，比較成熟的工藝有水淬法、熱潑法、滾筒法、風(fēng)淬法等[2]。見下表1。

表1 鋼渣的處理工藝

(三)鋼渣的綜合利用

發(fā)達(dá)國家的鋼渣利用率水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)超于我國的利用率，其鋼渣利用率接近100%。鋼渣中含有大量的硅酸二鈣和硅酸三鈣等礦物成分，與硅酸鹽水泥熟料成分十分相似，因此以鋼渣為主要原料可以應(yīng)用于水泥混合材及混凝土摻合料中。鋼渣由于其具有強(qiáng)度高、磨損性小等優(yōu)良特性可用于修筑公路、鐵路；鋼渣還可以作為制備磚和砌塊的原料由于其具有較高的潛在水硬膠凝性；鋼渣中含有較高的氧化鈣，可以起到改良酸性土壤的作用[3]。

在我國，隨著資源的日漸緊缺以及國家相關(guān)政策的陸續(xù)出臺(tái)，鋼渣的綜合利用日益受到人們的重視，鋼渣在水泥混合材應(yīng)用方面，我國具有多年的歷史，以下是鋼渣水泥的歷史研究概況：(1)20世紀(jì)60年代：研究鋼渣-石膏水泥，主要特點(diǎn)為抗壓強(qiáng)度低，水化速度緩慢，且安定性不良；(2)70年代初期：研究鋼渣-礦渣-石膏水泥，主要特點(diǎn)為安定性良好，后期強(qiáng)度提高，早期強(qiáng)度還是太低，凝結(jié)時(shí)間緩慢；(3)70年代后期：研究加入一定量硅酸鹽熟料的鋼渣-礦渣-石膏水泥，主要特點(diǎn)為早期強(qiáng)度提高，且大幅度縮短了凝結(jié)時(shí)間；(4)80年代：引入了堿金屬等化合物，產(chǎn)品降低了硅酸鹽熟料用量；(5)90年代至今：研究添加化學(xué)激發(fā)劑，不使用熟料同時(shí)具有優(yōu)良的性能。

鋼渣除作為混凝土集料使用外，還可以磨細(xì)用作混凝土摻合料，目前國內(nèi)鋼渣的應(yīng)用研究還不成熟，利用率偏低，沒有得到大規(guī)模的應(yīng)用。

二、蒸壓加氣混凝土概述

(一)蒸壓加氣混凝土的特點(diǎn)

蒸壓加氣混凝土砌塊是由硅質(zhì)材料以及鈣質(zhì)材料為原料,用鋁粉作為發(fā)氣劑,按照一定的比例加入攪拌機(jī)，再通過加水?dāng)嚢?、澆注成型、靜停發(fā)氣、養(yǎng)護(hù)切割等工序，最后通過高溫高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)而成的輕質(zhì)多孔砌塊。

(二)蒸壓加氣混凝土的研究概況

孫抱真對粉煤灰制備加氣混凝土的各項(xiàng)性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究。結(jié)果表明，粉煤灰加氣混凝土水化硅酸鈣凝膠的結(jié)晶度對碳化速度影響較大，從而對制品強(qiáng)度有不利影響。同時(shí)指出了水化產(chǎn)物的相對含量對砌塊的強(qiáng)度和收縮有一定的影響，托勃莫來石與水化硅酸鈣凝膠要保持一定的比例才能保證混凝土砌塊有較高的強(qiáng)度；重慶大學(xué)的彭軍芝等人對蒸壓加氣混凝土中孔的形成、特征及對性能的影響進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，指出在相同條件下，孔隙率大的吸水量明顯高于孔隙率小的試樣。

三、鋼渣在加氣混凝土中的研究概況

鋼渣除了在水泥與普通混凝土上的應(yīng)用，國內(nèi)有些學(xué)者利用鋼渣的熱力學(xué)激發(fā)原理，還可以將鋼渣用于蒸壓加氣混凝土中，使得鋼渣的潛在膠凝活性得到了更好的發(fā)揮。蔡雪軍等人以鋼渣、礦渣、水泥、石膏為原料制得的加氣混凝土砌塊性能良好。王崇英，焦惠毅等人通過加入改性材料并且改進(jìn)蒸壓養(yǎng)護(hù)制度，在一定程度上改善了加氣混凝土的性能。唐祖全等人研究了鋼渣摻量、細(xì)度對混凝土導(dǎo)電性能的影響，研究發(fā)現(xiàn)鋼渣混凝土的導(dǎo)電性能隨著鋼渣摻量的提高而增強(qiáng)，隨著鋼渣細(xì)度的減小而降低。賈興文，錢覺時(shí)[4]等在研究中發(fā)現(xiàn)當(dāng)鋼渣摻量達(dá)到20%時(shí)，其混凝土具有良好的導(dǎo)電性能及力學(xué)性能。

四、結(jié)論

鋼渣中的C2S、C3S、C4AF、C2F等礦物組成使得鋼渣具有一定的膠凝活性，因此鋼渣可以作為用于制備高性能混凝土的原材料，近年來，蒸壓加氣混凝土成為大力推廣的新型建筑材料，主要是由于其輕質(zhì)多孔的特性，用作墻體材料的話，具有極佳的保溫隔熱以及降低建筑物能耗等性能。因此研究鋼渣作為摻合料在蒸壓加氣混凝土中的應(yīng)用對鋼渣的合理處理和節(jié)能減排有著重大的意義。