陈怡凡

（内蒙古科技大学， 内蒙古 包头 014010）

0 引言

当前，企业在生产和使用混凝土时要求应减少对环境的破坏，同时要实现与环境和谐共生，进而为人们提供良好居住环境。混凝土在使用时是要求其具有合适的碱度和降低孔隙率，较高强度，此外，在一些特殊场合中，要求混凝土能够为植物提供生存环境，确保其实现连续孔隙，使其能够为植物生存提供所需环境要求，使混凝土的孔隙率能够达到20%左右，控制pH 范围，使其不会影响植物的生长，而在制备传统混凝土过程中无法满足上述要求。本研究开发新型混凝土，利用固废材料实现多孔低碱度混凝土的开发，我国钢材产量占全球50%以上，但综合利用率低于15%，因此，进一步拓展钢渣的利用途径，可提高其利用率，促进企业实现可持续性发展。对于现代城市发展中，建筑材料采用密实不透水的方式，能够从一定程度上阻断城市雨水和环境之间的连通，减少城市产生热岛效应或者看海现状。2015 年在多个城市中，我们开始构建海绵城市，试点在建设海绵城市，时常用多孔透水混凝土作为核心材料，在多孔混凝土制备时会耗费一定量的自然资源，并且向外界排放二氧化碳，大多数钢厂在排放一些废渣后，会挑选较细钢渣，同时还有一定含量粉粒，在制备混凝土和水泥材料时采用钢渣，但由于钢渣具有较差的水硬性和灰性能，因此，将其用于波特兰水泥受到一定程度的限制。通常钢渣中含有氧化钙，安定性较差，如果在制备密实混凝土时，直接使用这些外加剂会产生混凝土开裂或剥落等问题，因此当前需解决如何合理应用钢渣的问题。本研究提出可将钢渣中的氧化钙，利用二氧化碳高浓度尾气进行固废透水混凝土制备，能够为海绵城市建设提供重要的建筑材料，同时，提高钢渣利用率，缓解二氧化碳排放导致的温室效应[1]。

1 生态混凝土

生态混凝土是基于主动角度进行生态分析，开发一些特殊混凝土使其具有良好的表面结构性能，在使用和生产过程中不会对外界环境产生影响，可实现人与自然和谐共生。杨进等人将环保混凝土分为两种类型，包括生态型和减轻环境负荷型，前者包含减轻负荷以及生态混凝土。其中生态混凝土是指能够适应自然界生物生长，同时对于环境美化，生态平衡，人与自然协调具有一定积极作用的材料。生态混凝土涵盖较广的范围，包含排水性，透水性生物，适应性，绿化景观混凝土等。李湘洲等人认为生态混凝土能够适应自然界中的生物生长，在人与自然协调发展和美化环境中发挥重要作用，其与杨进等人的概念类似，然而事实上两种定义内涵不同，李湘洲等人提出生态混凝土是指生物相溶性以及环境友好型生态混凝土。当前研究界对于生态混凝土普遍提出的共同点是：生态混凝土，能够从一定程度上减少材料对环境的刺激，能够有效调节人类在参与自然环境物质交换，生产实践，是满足可持续性发展需求，对混凝土功能进行拓展，进而为人类创造良好的生态自然环境，而且本质是基于生态角度出发，能够协调在使用生产混凝土时与外界自然环境实现能量，物质交换，进而改善人与自然之间的关系，满足其可持续性发展目标[2]。

2 实验材料和方法

2.1 实验材料

钢渣粒径分别为5 毫米以下、5～10 毫米、10～15 毫米，如图1 所示为钢渣的化学成分和物理性质。

图1 XRD 分析结构示意图

将5mm 以下的钢渣经过烘干之后，将其粘成粉末，按照水泥比表面积测定，通过勃氏法进行表面积测量，最终钢渣粉比表面积为320m2/kg。

2.2 实验方法

第一，制备和养护试件。在净浆实验中可选取不同水灰比包括，0.24、0.27、0.3、0.33、0.38、0.4，分别向其中加入不同含量磷石膏开展实验，其具体加入量为0%、15%、30%、40%、50%、70%，同时，加入氯化钙、硫酸钠、碳酸钠，其加入量为0%～5%开展实验。将不同组净浆在搅拌机中形成试块，其尺寸为40×40×40mm，在常温条件下24 小时养护之后，置于碳化箱中，完成混凝土养护，使其温度控制在20℃左右，最终二氧化碳的体积比为20%，使用0.1MPa 的二氧化碳分压，养护时间为1 天到28 天。

第二，废渣混凝土实验。根据体积法制备20%孔隙率的废渣混凝土，同时加入15%磷石膏，在混凝土程序中集中加入原料，之后经过一分钟搅拌，加入适量水，经三分钟搅拌，同时，利用橡胶锤将其样品尺寸达到150×150×150 毫米，经过混凝土养护，保持原有的养护条件。第三，性能测试。按照水泥交叉强度检验法，针对净浆试块测定抗压强度。根据混凝土的强度评定标准，测定混凝土试块的抗压强度[3]。

3 研究结果

根据混凝土XRD 结果可以发现，钢渣中化学构成，其具有一定的胶凝性。整体来看，虽然钢渣水硬活性不佳，然而在处于碳激发条件下，钢渣中尤其是氧化钙能够与二氧化碳气体生成碳酸钙，这种胶凝性物质，其最终物质能够填充样品微孔，使该结构致密化。废渣中氧化镁能够影响混凝土的碳化强度，通过水灰比对样品强度的影响，结果表明，在相同养护条件和不同水灰比，显示的结果也不同[4]。

根据测试可以发现，在处于0.24～0.4 水灰比区间中，在0.24～0.3 的水灰比下，该试样28 天抗压强度高于20MPa，然而当水灰比高于0.3，这种情况下，会使样品抗压强度逐渐降低，当处于0.27 水灰比时，此时样品28天的抗压强度是最大为23.8MPa。根据该实验结果，钢渣净浆试块的最佳抗压比对应水灰比为0.27。根据了解可以发现，水灰比对于钢渣净浆试块前期抗压强度和后期抗压强度产生影响不同，在较高水灰比下，几乎无7天的抗压强度，主要由于水灰比较高，会导致在碳化时生成的碳酸钙物质，无法形成致密三维网络结构，不利于提高钢渣的强度。结合不同水灰比的是抗压强度，结果表明在相同养护条件和水灰比条件下，加入15%磷石膏，利于提高试块的抗压强度，并且在28 天磷石膏对应的抗压强度最高可达到23.7MPa。通过研究发现加入15%磷石膏时，其掺量最佳，加入磷石膏含量低于50%，这种情况下试块在7 天内其抗压强度会保持不变，表明加入磷石膏其对于试块早期抗压强度形成的影响是比较小的，然而加入70%磷石膏之后，对于钢渣净浆试块抗压强度来说，7 天和28 天的强度会出现显著降低，并且对试块7 天以及28 天相应抗压强度产生影响较小，基本无明显变化，主要由于加入较多含量的磷石膏，并且对试块7天以及28 天相应抗压强度产生影响较小，基本无明显变化。

分析不同掺合物对于实际上抗压强度产生的影响。在一定水灰比和养护下，分别加入0～5%的硫酸钠氯化钙和碳酸钠，分析样品对应的抗压强度，根据该结果可以发现，在实验中分别针对三种物质进行样品抗压强度分析，其结果表现为无明显影响，同时，加入碳酸钠和硫酸钠之后，由于样品中碳酸根离子和硫酸根离子能够与钙离子进行化学反应，会使碳激发化学反应，出现左移，降低反应强度。加入一定含量的氯化钙后，由于加入钙离子能够通过与钢渣进行激发，使二氧化碳固定在颗粒表面生成碳酸钙，进而能够阻止反应的进行。同时，导致经碳化后的碳酸钙生成碳酸氢钙，会降低碳化程度，使最终样品的抗压强度降低。制备固废混凝土，本研究针对密室大体积混凝土砂浆采用碳化作用激发，其激发作用较弱。结构中钢渣无法与二氧化碳充分接触，进而会降低其活性，利用钢渣粉代替水泥，将其作为重要的胶凝材料，钢渣细颗粒以及粗颗粒能够代替砂碎石来制备透水生态混凝土[5]。

两种不同粒径的钢渣透水混凝土，其28 天的强度高于10MPa，尤其对于5～10 毫米的钢渣透水混凝土来说，其不高于15.8MPa，可满足透水路面以及路面基层的施工要求。从其生态和经济效益上来看，对于传统多功能混凝土来说，在制备过程中，需向外界进行二氧化碳的排放，同时会消耗天然资源，而经过碳激发固废材料，制备生态透水混凝土，相比普通多孔混凝土来说，能够减少二氧化碳排放，约每立方米250 千克，能够为企业节约每立方米218 元的成本。由于所制材料完全是由废弃物提供的，因此，该工艺能够享受国家有关的免税政策，从碳交易市场中固定大量二氧化碳，能够获取一定的利润，因此，整体来看，利用固废制备生态透水混凝土，其具有较广的市场应用前景。

4 结束语

在本研究中，采用相同养护条件和不同水灰比，此时，通过实验研究结果发现，在处于0.27 水灰比下，采用碳激发试块会形成较大的抗压强度，当水灰比较大，此时混凝土试块7 天中抗压强度都不会产生明显变化，主要由于水灰比较高，会导致碳化后的碳酸钙无法紧密填充三维空间，且混凝土具有较高强度。其次，在相同的水灰比和养护条件下，加入15%石膏掺量，能够显著提高固废净浆样品的抗压强度，该样品的28d 抗压强度可达到23.7MPa，当加入50%以下磷石膏时，此时对于净浆试验7天抗压强度无明显影响。在制备生态透水混凝土时，采用5～10mm 或2.3～5mm 的钢渣集料粒径时，混凝土28 天的抗压强度对应分别为10.2MPa 以及15.8MPa，是满足相应混凝土抗压需求的，可将其代替原有的混凝土透水材料，运用于海绵城市建设中。在生态透水多孔混凝土制备过程中，无需采用碎石和水泥材料，很多材料是通过废弃物提供的，同时，在制备这种生态混凝土时，能够吸收二氧化碳150kg/m3，利用钢渣2060kg/m3，其具有良好的生态和经济效益。