鋼渣是煉鋼過程中排出的廢渣，其排放量約占粗鋼產量的15%～20%。按目前我國年產鋼3億t計，年排放鋼渣量達4 500萬～6 000萬t。目前很多鋼廠渣滿為患，不僅占用寶貴的土地，同時還污染環境。鋼渣綜合利用，使其變廢為寶已成為一個非常急迫的問題。本研究的目的是探索利用鋼渣生產混凝土空心砌塊的可行性，為大規模利用鋼渣提供一個有效途徑。
1 原材料
鋼渣來自四川江油長鋼集團公司，主要化學成分見表1。X衍射分析表明，其主要礦物組成為橄欖石、鎂基薇輝石、RO相(FeO、MgO、MnO的固溶體)、槍晶石等。經綿陽市質檢站放射性檢測證明，該鋼渣的內、外放射指數分別為0.12和0.08，都遠小于國家標準的規定值(內放射指數不大于1.0，外照射指數不大于1.3)。鋼包灰來自長鋼集團公司；石膏、32.5級和42.5級水泥來自雙馬水泥集團公司；石灰、芒硝系市售產品。
表1 鋼渣的主要化學成分（%）
CaO SiO2 Fe2O3 Al2O3 MgO P2O5
41.65 25.06 18.24 5.88 6.80 0.68
2 鋼渣的活性分析
采用強度試驗的方法來確定鋼渣、礦渣和粉煤灰的相對活性。這3種材料的粉磨細度相近(比表面積分別為3573、3721、3652 cm2/g)，均按30%摻量分別摻入42.5級水泥中，按國標水泥膠砂試驗方法測定其28 d抗壓、抗折強度，結果見表2。
表2 摻入不同摻合料后水泥28d 強度（Mpa）
項 目 鋼渣 粉煤灰 礦渣
抗折強度 7.4 7.6 93
抗壓強度 42.2 42.5 6.9
由表2可見，鋼渣的活性與粉煤灰相近，但比礦渣低得多。總體來說，鋼渣的活性較低，若用其生產墻體材料，必須對以鋼渣為主的膠凝材料進行優化配制。
3 膠凝材料優化配制
膠凝材料是空心砌塊的活性組分，直接關系到空心砌塊的性能。在大量實驗的基礎上，選定了32.5級水泥、鋼包灰、石灰、芒硝、石膏、鋼渣6個組分來優化配制膠凝材料，其中石灰、芒硝、石膏是作為激發劑摻入。鋼包灰是煉鋼的副產品，主要成分為CaO。石膏和鋼渣分別磨細至比表面積3421、3573 cm2／g。膠凝材料配合比及28 d抗折、抗壓強度見表3。
表3 膠凝材料配合比及其28 d強度
配合比 % 28d強度 MPa
編號 水泥 鋼包灰 石灰芒硝石膏 鋼渣 水膠比 抗折 抗壓
1 40 0 2 48 0.4 5.8 18.6
2 40 10 2 48 0.4 4.1 15.4
3 40 2 58 0.4 5.3 15.8
4 40 7 53 0.4 3.7 10.2
5 40 10 2 48 0.35 6.5 21.4
6 40 10 2 48 0.35 5.7 19.2
7 40 2 58 0.35 5.9 22.5
8 40 7 53 0.35 3.4 10.7
9 50 10 2 38 0.35 5.8 22.6
10 50 10 2 38 0.35 5.2 17.8
11 50 2 48 0.35 7.1 25.0
12 50 7 43 0.35 4.3 14.9
實驗過程中發現，摻有鋼包灰的配合比1、5、9號試樣28d時，表面存在不同程度的龜裂，其原因是由于鋼包灰中存在死燒狀態的石灰引起的。摻有石灰的配合比2、6、10號試樣需水量大，需摻高效減水劑，勢必增加生產成本；摻有石膏的配合比4、8、12號試樣強度低，說明石膏對鋼渣的活性激發效果不理想。相對而言，芒硝的活性激發效果最好。從降低成本和最大幅度利用鋼渣的角度，選定配合比7號試樣作為配制混凝土空心砌塊用膠凝材料。
4 鋼渣混凝土空心砌塊的配制
利用配合比7號試樣作為膠凝材料，破碎的鋼渣作為粗集料(最大粒徑12 mm)，天然河砂為細集料，配制混凝土空心砌塊。混凝土的配合比為：m(膠凝材料)∶m(粗集料)∶m(細集料)∶m(水)=1∶3.64∶1.95∶0.35。空心砌塊的尺寸為390 mm×190 mm×190 mm，空心率為50%，共成型5組砌塊。
根據GB 8239—97《普通混凝土小型空心砌塊》進行測試，測得的抗壓強度見表4，耐久性測試結果見表5。
表4 鋼渣混凝土空心砌塊的強度 Mpa
試樣組號 1 2 3 4 5
抗壓強度 12.6 14.8 11.8 10.9 12.8
由表4可以看出，利用鋼渣配制的空心砌塊強度達到MU10。
表5 鋼渣混凝土空心砌塊的耐久性
項 目 標準值 檢驗結果
砌塊空心率% ≥25 50
砌塊相對含水率% ≤35 18.9
砌塊抗滲性mm 3塊中任一塊的水面下 6.4
砌塊抗凍性強度損失% ≤25 9.8
質量損失 % ≤5 1.9
由表5可見，該砌塊的耐久性較好，完全滿足國家標準要求，因此用鋼渣生產混凝土空心砌塊是可行的。
5 結論
(1)鋼渣的活性較低，和粉煤灰相近。
(2)相對石灰和石膏而言，芒硝對鋼渣的活性激發效果較好。
(3)用40%32.5級水泥，58%磨細鋼渣，2%的芒硝，控制水灰比0.35，配制的膠凝材料28 d抗壓強度達到22.5 MPa。
(4)利用上述膠凝材料作為膠結料，破碎的鋼渣為粗集料，天然河砂為細集料，控制水灰比為0.35，生產規格為390mm×190 mm×190 mm、空心率為50%的空心砌塊，其強度等級達MU10，且耐久性滿足GB 8239—97要求。
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