钢渣资源应用研究综述

　　摘要：阐述了钢渣资源循环利用的重大意义及国内外研究的现状，综述了目前钢渣在建筑方面的应用
　　关键词：钢筋混凝土；碳化原理；影响因素
　　1 引言
　　随着随着钢铁工业的迅速发展，钢渣的排放量在不断增加。钢渣是钢铁工业主要废渣之一，每年排放钢渣1900万t，有效利用率很低，钢渣的排放量约占钢产量的10%-15%。钢渣作为废弃物遗弃，不仅占用良田，还污染了环境。由于钢渣种类多，再利用技术难度大，牵涉面广，处理和利用一直未得到实际的开拓和发展。有效循环利用钢渣并将其作为二次资源已在国内外备受关注，如何充分利用现有的钢渣资源，开发附加值高的产品，已成为我国国民经济建设能否可持续发展的大事，为了减少钢渣对环境的污染及响应我国可持续发展战略，我国针对钢渣作为二次资源利用进行了广泛研究。到目前为止，钢渣综合利用所涉及的主要领域有：制作水泥、铺筑路面与回填工程材料、返回冶金再用、作农肥和酸性土壤的改良剂及用于废水处理等，并且在这些方面已经取得了显著成果。
　　随着建筑业的迅速发展，混凝土用量越来越多，对水泥的需求量也越来越大。解决钢渣堆积量及污染环境等问题，有效吸纳大量钢渣的很好途径就是将其用于生产水泥，而且用钢渣作混合材生产的水泥具有耐磨、抗蚀、低水化热、微膨胀及长期强度等优点，常用于特殊工程中，如道路工程、地下工程、防水工程和大体积工程等[1]。这不仅有效地缓解钢渣堆存带来的大量问题并改善了环境、变废为宝，改善水泥的某些性能，提高经济效益，节约能源和资源，而且为建材开辟了新的资源，同时有效缓解了资源紧缺问题，对于实现资源的可持续发展具有十分重要的意义。目前，钢渣利用已成为钢铁工业和建筑材料工业共同关注的焦点。
　　2国内外研究现状
　　国外在钢铁工业蓬勃发展初期开始对钢渣进行研究，一些冶金工业发达的国家，对钢渣的开发和使用起步较早。1970年美国认识到钢渣并不象高炉渣那样有很大的应用潜力，但由于钢渣外观像结块的水泥熟料，其中夹带一些铁粒，钢渣具有很高的抗磨性，在1979年日本开始研究钢渣在道路中的应用。经过两年的跟踪调查及室内试验和厂内实路试验，证实了道路中掺入钢渣，表面不仅提高了抗磨性，并且完全没有因钢渣的膨胀而造成表面破坏。近些年钢渣的利用越来越受到重视，利用率不断提高。联合国对欧美、日本等20个工业发达国家的钢渣利用状况调查表明，这些国家的钢渣利用率己接近100%，其中50%-60%用于道路工程，15%-20%用于化肥，10%-15%用于回烧后再利用，10%-15%用于水泥工艺[2]。钢渣主要是金属炉料中各元素被氧化后生成的氧化物、被侵蚀的炉衬料和补炉材料、金属炉料带入的杂质等物质组成。由于钢渣具有与硅酸盐水泥熟料相近的化学成分和矿物组成[3]，具有相当的化学活性，在一定的环境条件下经电解水化作用后，呈现性能比较稳定、强度较高、颗粒均匀的粒状物。因此可广泛应用于工业与民用建筑、水利、道路和机场等建设工程。近年来各国将钢渣应用于道路工程的数量愈来愈多，特别是美国和日本已制定了钢渣道路材料的技术标准和施工规范。
　　我国钢渣生成量占钢铁产量的10%-25%，随着钢铁总产量的不断提高，大量的钢渣堆积不能及时处理，不但占用大量土地面积，降低了钢铁企业的经济效益，更严重污染周围环境。目前，国内的钢渣还未得到很好的综合利用。为了充分利用现有的钢渣资源，开发附加值高的产品，钢渣的二次资源循环利用已成为我国国民经济建设能否可持续发展的大事，并针对钢渣二次资源循环利用进行了广泛研究。近几年来上海各钢厂均己建立了钢渣处理生产线，对钢渣的推广使用具有重要意义。2001年由北京首钢开发了“首钢钢渣综合利用生产线开发与应用”项目，使首钢的钢渣综合利用率达到95%以上，这不仅改善环境、变废为宝，而且提高了企业的经济效益，节约了能源和资源，达到了经济、环保、社会三种效益。
　　3钢渣在建筑方面的应用
　　3.1钢渣在水泥领域的应用
　　1.生产钢渣水泥
　　由于钢渣中含有与硅酸盐水泥熟料相似的硅酸二钙(C2S)和硅酸三钙(C3S)，钢渣的生成温度高，结晶致密，晶粒较大，水化速度缓慢，因此可以以钢渣为主要成分，加入一定量的其他掺合料和适量石膏，经磨细而制成的水硬性胶凝材料称为钢渣水泥。钢渣水泥的掺合料还可以是矿渣、沸石、粉煤灰等。钢渣、矿渣中都含有少量水泥熟料矿物而具有潜在水硬性。如果是将钢渣与矿渣组合生产钢渣水泥，由于水化时钢渣水解放出Ca(OH)2的速度很慢，溶液的碱度较小，因此矿渣玻璃体解聚并不强烈，因而早期强度很低，28天以后强度才会有增长。为了提高水泥的强度，有时还可加入质量不超过20%的硅酸盐水泥熟料，一定量的激发剂石膏、碳酸盐或氢氧化物等。由于钢渣水泥的生产工艺简单，目前，中国就有50多家钢渣水泥厂，年产钢渣水泥超过300万t，钢渣水泥可广泛用于民用建筑的梁、板、楼梯、砌块等方面；也可用于工业建筑的设备基础、吊车梁、屋面板等方面。由于钢渣水泥具有微膨胀性能和抗渗透性能等特点，还广泛应用在防水混凝土工程方面。
　　2.作为水泥掺合料
　　由于钢渣中含有少量水泥熟料矿物而具有潜在水硬性，同时还含有较高的Fe2O3，很适合替代铁矿粉用于水泥生产的掺合料。掺入钢渣粉掺合料后水泥的水化热有所降低，因而可以大大降低混凝土的绝热升温。这对于大体积混凝土和夏季施工来说是十分有利的。而对于大体积混凝土，造成混凝土绝热温度升温的主要原因就是胶凝材料的水化热。因此，对于混凝土的耐久性而言，最大幅度地降低胶凝材料的水化热是十分重要的。钢渣作水泥基材料掺合料，一般加入石膏或其他碱性激发剂。通过研究发现，利用烧石膏作为激发剂，明显了提高钢渣水泥早期强度[4]。水化28d后，钢渣水泥中有害孔数量减少，孔结构性能得到改善，因此提高了混凝土的抗渗性及抗侵蚀性能。
　　3.2钢渣作为地基材料
　　随着建筑材料的不断发展，一些矿物拌合料如粉煤灰、硅灰等被广泛用于墙体材料、公路和铁路路堤、土工结构填方工程、地基处理等方面。而对于钢渣的变废为宝，二次资源循环再利用，由于受其自身特有的材料化学特性制约，钢渣开发利用还落后于其它矿物拌合料。通过不断研究，近年来开发出了一种新型的水泥粉煤灰钢渣桩，其力学性能介于刚性与半刚性之间，凝结后具有相当的粘结强度，将其作为复合地基可以很大幅度提高了地基的承载力。这不仅改善环境、变废为宝，还在一定程度上缓解了资源紧缺等问题，拓展了钢渣的应用领域。
　　3.2钢渣在沥青路面工程中的应用
　　随着我国经济不断的发展，高速公路建设事业也迅猛的发展起来。沥青路面结构形式也是近几年才发展起来的一个新的面层混凝土类型，但由于发展速度之快使得大量天然集料陷于紧缺状态，为了变废为宝，使钢渣资源得以综合利用，由于钢渣的耐磨性等特点，使得研究用钢渣作为沥青混凝土的替代集料得到了高度重视。近几年，上海的各钢铁公司均建立了钢渣处理工艺线，对钢渣沥青混凝土进行了大量的试验研究，并且在室内试验成功的基础上，于1997年12月在宝山杨行镇富杨路铺筑了一条长为2422m，路幅宽14m的钢渣沥青混凝土试验段[5]。通过一系列的观测结果表明，钢渣沥青混凝土路面性能稳定，使用状况良好，并取得了较为理想的效果。钢渣在沥青路面中替代普通天然集料的使用，取得了巨大的经济效益，环保效益和社会效益。
　　4结论
　　目前，钢渣资源化技术的开发及应用取得了一定的成果，应用钢渣的技术已经纯熟，可以大规模的推广应用，但是受一些因素的影响使得钢渣不能稳定可靠地应用。这就需要对钢渣作进一步的深入研究，随着技术的发展和社会的进步,钢渣将有广阔的发展和应用前景。
　　参考文献
　　[1]李军华.钢渣微粉在水泥及混凝土中的作用[J].山东建材,2002,(4):21-22.
　　[2]张波,陈晓平,程小俊.钢渣作为路用材料的应用研究[J].建筑技术开发,2004,31(3):38-40.
　　[3]陈益民,等.磨细钢渣粉作水泥高活性混合材料的研究[J].水泥,2001,(5):1-4.
　　[4]朱桂林,等.钢渣粉作混凝土掺合料的研究[J].废钢铁,2002,(4):29-32.
　　[5]陈盛建,高宏亮.钢渣综合利用技术及展望[J].南方金属,2004,(5):1-4.