特别策划：钢渣在混凝土中的应用问题探讨

编者按：混凝土掺合料已成为了混凝土必不可少的组分之一。像粉煤灰、硅粉、磨细矿粉这些常规掺合料已成为紧俏商品，因此业内开始寻求新的活性掺合料。磨细钢渣粉被认为最有可能成为高性能掺合料的工业废渣，钢渣也可作为骨料配制混凝土。但现在有大量的实际案例表明钢渣对混凝土结构的危害，许多专家呼吁：在混凝土中使用钢渣要谨慎。那么钢渣为何会对混凝土的后期性能有影响？在混凝土中使用钢渣常常会出现什么问题？钢渣在什么条件下可以使用？本期特别策划就请大家探讨一下钢渣在混凝土中的应用问题。

张亮亮（中冶建筑研究总院有限公司，高工）

1 钢渣的产生和基本性质

钢渣是炼钢产生的副产物，其中炼钢又分为粗钢冶炼和精炼，粗钢冶炼产生的钢渣称为转炉钢渣和电弧炉钢渣，精炼产生的钢渣称之为精炼渣或铸余渣，这 3 种钢渣的产生量、基本性质有很大差异。转炉钢渣是产生量最大的钢渣，原因是转炉炼钢占我国粗钢冶炼的 90% 以上，电弧炉炼钢仅不到 10%，二者的产率约为粗钢产量的 12%。目前大部分钢厂都配备了精炼工序，因此也会产生精炼渣，其产率约为粗钢的 2%～4%。从外观看，转炉钢渣和电弧炉钢渣呈现黑灰色块状，而精炼渣呈现灰白色粉末状，俗称“白渣”。从化学成分看，前二者以 CaO、SiO2、Fe2O3、MgO 等为主，精炼渣以CaO、SiO2、Al2O3、MgO为主。从矿物组成看，转炉钢渣和电弧炉钢渣主要有硅酸三钙（C3S）、硅酸二钙（C2S）、铁酸二钙（C2F）、RO相等，f-CaO 含量因各厂而异；精炼渣中 C3S、C2S、 f-CaO、RO 相在精炼渣中均存在，只不过多了含铝矿物 C12A7和 C3A，少了含铁矿物 C2F。

因此钢渣中既有水硬胶凝性矿物，具有水硬胶凝性，可以用作胶凝材料，又有 C2F 等惰性矿物，质地坚硬，可以用作骨料。但钢渣中还含有数量不一的游离氧化钙和约 8% 的氧化镁（化学成分），这使得钢渣具有缓慢的膨胀性，因此在资源化利用中需要特别引起注意。

2 钢渣磨细作辅助性胶凝材料

钢渣作水硬胶凝性材料自我国上世纪七十年代即已开始，是作为混合材生产钢渣矿渣水泥。预拌混凝土的兴起促进了钢渣磨细作混凝土掺合料，目前国内很多地方均建设有钢渣粉生产厂，粉磨形式有辊压机+球磨机、高压辊磨、卧式辊磨等。在产品质量控制方面，有相应的国家标准 GB/T 20491—2006《用于水泥和混凝土中的钢渣粉》，2016 年已完成修订，对钢渣粉的安定性检验涵盖 f-CaO 含量限定、沸煮法和压蒸法。另外 GB/T 51003—2014《矿物掺合料应用技术规范》中也对钢渣粉的掺量作了严格限定，要求在硅酸盐水泥中的掺量不超过 30%，在普通硅酸盐水泥中的掺量不超过20%。通过十多年的生产和应用，国内很多地方已取得了钢渣粉应用的经验，其优点如水化热低、具有减水效果等也进一步得到认识。

3 钢渣作混凝土骨料

钢渣的骨料特性使其特别适合于作大宗道路材料，国外发达国家和我国均制定有相应标准，应用也十分普遍。在作混凝土制品骨料方面，应用较为成熟的是作混凝土多孔砖和路面砖骨料，相应的行业标准中也要求钢渣通过压蒸安定性检验。在作混凝土骨料方面，需要特别慎重，因为钢渣骨料的遇水缓慢膨胀性可能会造成混凝土出现掉渣、崩裂等，严重的会危害混凝土结构。国内已有使用钢渣作混凝土骨料导致混凝土结构破坏的例子。

王赶（为海集团有限公司，工程师）

按混凝土的组成材料分，钢渣在混凝土中应用主要为骨料和掺合料这两种。将钢渣磨细作为掺合料的研究较为广泛，技术也趋于成熟和安全。将钢渣破碎作骨料由于不同来源钢渣的矿物组分和冷却工艺的差异性较大，钢渣的体积稳定性差异较大，导致钢渣作为骨料应用于混凝土时，经常发生质量问题。

掺合料在混凝土中的质量比只有 0%～15%，骨料在混凝土中的质量比达 70%～90%，意味着若钢渣能安全的作为骨料使用，消化率可达掺合料的 5～10 倍，且加工能耗也远低于掺合料的加工能耗。

根据大量的研究及应用表明，引起钢渣体积性不良的根源在于钢渣中游离氧化钙、游离氧化镁和氧化铁的含量较高。如何能将钢渣安全的作为骨料应用于混凝土中，关键点在于如何控制钢渣中的膨胀组分含量，笔者认为应从三个方面着手。

1 源头控制

大型炼钢企业原材料、炼钢工艺相对稳定，炼钢产生的废渣（钢渣）矿物组分也较稳定。要想控制好钢渣中的膨胀组分含量，就需要在钢渣冷却工艺中进行研究，使钢渣在冷却过程中通过温度控制或者水淬急冷却工艺使冷却后固体钢渣中游离态钙镁含量控制在安全值范围内；对于氧化铁含量高（超过一定含量）的钢渣必须在钢厂内部进行再回收提取。

2 加工过程控制

钢渣应由专业企业进行加工，钢渣粉和粒化高炉矿渣粉的相关标准早已建立并实施，钢渣骨料需要制定控制标准以及检验方法标准。加工企业根据钢渣的体积稳定性判定钢渣的产品加工方向，对于稳定性不好的新鲜钢渣，应在露天条件静置一定时间，或者经无污染的处理工艺处理后，钢渣的体积稳定性能满足要求后方能加工成混凝土用骨料。

3 应用控制

钢渣骨料在使用前必须复检体积稳定性，对于某些重要结构部位应慎用钢渣骨料或者控制钢渣骨料掺配比例。对钢渣骨料混凝土建筑物要长期跟踪质量情况，并建立专门档案库。