（材料加工工程专业论文）碳化养护钢渣制备渗水路面砖.pdf

r譬髟酚kip弋 u n d e rt h es u p e r v i s i o no f p r o f c h a n gj u n at h e s i ss u b m i t t e dt ot h eu n i v e r s i t yo fj i n a n i np a r t i a lf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t s f o rt h ed e g r e eo fm a s t e ro f e n g i n e e r i n g u n i v e r s i t yo fj i n a n j i n a n ，s h a n d o n g ，p r c h i n a m a y2 6 ，2 0 1 0 p。譬譬f 毒 0 f j 8 蔫 穗 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完 全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：二王塾 日 期： 兰! 生二! ! 二1 2 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解济南大学有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许 论文被查阅和借鉴；本人授权济南大学可以将学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 三塾导师签名：日期：乏! ! ! ：! 兰j 哆 济南大学硕士学位论文 。 目录 摘要v a b s t r a c t v i i 第一章绪论1 1 1 课题研究的背景1 1 2 选题的目的和意义2 1 2 1 钢渣综合利用的目的和意义2 1 2 2 回收利用c 0 2 的意义2 1 2 3 钢渣碳化的意义3 1 2 4 制造钢渣渗水路面砖的意义4 1 3 国内外研究现状5 1 3 1 关于钢渣的研究5 1 3 2 关于c 0 2 吸收、利用的研究7 1 3 3 关于碳化的研究8 1 3 4 关于渗水砖的研究1 1 1 4 主要研究内容。1 2 1 5 本章小结1 3 第二章实验原料与实验方法1 5 2 1 实验原料15 2 1 1 钢渣15 2 1 2 砂子16 2 1 3 石子16 2 1 4 矿渣16 2 1 5 生石灰。17 2 1 6 水17 2 2 主要实验设备1 7 2 3 碳化养护制备渗水路面砖的技术路线和实验方法18 2 3 1 技术路线l8 2 3 2 实验方法l8 碳化养护钢渣制备渗水路面砖 2 3 3 钢渣砖性能测试方法1 9 2 3 3 1 碳化增重率测试l9 2 3 3 2 透水系数测试2 0 2 3 3 3 抗压强度测试2 1 2 3 3 4 抗折强度测试2 1 2 3 3 5 吸水率测试2 2 2 3 3 6 安定性测试2 2 2 3 3 7 碳化深度测试2 2 2 3 3 8 冻融循环的测试2 2 2 4 碳化机理的探讨2 3 2 4 1 碳化中的平衡反应2 3 2 4 2 机理探讨2 4 2 5 本章小结2 6 第三章工艺条件对钢渣砖碳化影晌的研究2 7 3 1c a ( o h ) 2 乳浊液加入量对碳化的影响2 7 3 1 1 实验方法2 7 3 1 2 实验结果分析2 8 3 2 成型压力对碳化的影响3 0 3 2 1 实验方法。3 0 3 2 2 实验结果分析3 0 3 3c 0 2 分压对碳化的影响3 2 3 3 1 实验方法3 3 3 3 2 实验结果分析3 3 3 4 碳化时间对碳化的影响3 5 3 4 1 实验方法3 5 3 4 2 实验结果分析3 6 3 5 本章小结3 8 第四章颗粒配比对钢渣渗水路面砖碳化的影响3 9 4 1 钢渣微粉和砂子的颗粒配比对碳化的影响3 9 4 2 钢渣微粉、砂子和石子的颗粒配比对碳化的影响4 1 i i 济南大学硕士学位论文 4 2 1 钢渣微粉、砂子和石子的配比方案一- 4 2 4 2 2 钢渣微粉、砂子和石子的配比方案二4 4 4 2 3 钢渣微粉、砂子和石子的配比方案三4 6 4 2 4 钢渣微粉、砂子和石子最优配比的选择4 8 4 - 3 本章小结4 8 第五章碳化钢渣路面砖性能分析4 9 5 1 碳化钢渣砖的性能测试4 9 5 1 1 钢渣路面砖强度测试5 0 5 1 2 钢渣路面砖抗冻性测试5 0 5 1 3 钢渣砖吸水率、耐水性测试5 l 5 1 4 钢渣砖安定性测试5 2 5 1 5 碳化钢渣路面砖耐磨性和透水系数测试结果5 3 5 2 钢渣砂子砖的微观分析5 3 5 2 1s e m e d s 分析5 3 。5 2 2x i 己d 分析5 5 5 2 3d t a t g 分析5 6 5 3 钢渣、砂子和石子砖的微观分析5 8 5 - 3 1s e m e d s 分析5 8 5 3 2x r d 分析5 9 5 4 孔结构分析6 1 5 5 本章小结6 2 第六章结论和展望6 3 6 1 结论6 3 6 2 展望6 4 参考文献。6 5 致谢一6 9 附录。7 1 i l l 济南大学硕士学位论文 摘要 随着我国钢铁工业的飞速发展，钢渣的排放量急剧增加，给生态环境及经济的可 持续发展带来巨大压力。为此，钢渣的处理成为社会一直致力解决的问题。但由于钢 渣的安定性不良导致其资源化利用困难，利用率很低。 碳化是指将温室气体c 0 2 以碳酸盐( 如c a c 0 3 、m g c 0 3 ) 的固体形式永久储存， 即c 0 2 矿物固定。碳化作为一项利用废弃物，节约资源和能源的先进技术，是处理 钢渣的有效方法。不仅解决了钢渣的污染和利用上的难题，也缓解了c 0 2 所引起的 温室效应。 研究发现，钢渣中含有钙镁等可以被碳酸化的成分，通过碳酸化养护方式永久储 存温室气体二氧化碳，即可以有效地利用工业废弃物，又可以吸收大量c 0 2 。采取合 理的配比和制备工艺，可将钢渣、砂子和石子等制成碳化钢渣砖。一方面可解决钢渣 污染问题，另一方面可制成新型的绿色建材，获得一定的经济与社会效益，变废为宝， 符合国家现时期提出的节能减排的方针政策，具有深远的意义。 本文研究利用钢渣、砂子和石子等为主要原料制造渗水路面砖。根据常钧等学者 研究的现有的碳化制度和工艺条件下，进一步探索钢渣路面砖制备的最佳工艺，包括： c a ( o h ) 2 乳浊液比例、成型压力、c 0 2 分压和碳化时间。这些参数是研究路面砖物理 性能和进行微观测试的基础。研究确定钢渣和砂子试样碳化前c a ( o h ) 2 乳浊液的加入 量为1 0 ，成型压力为4m p a 并保压1m i n 、碳化时间在c 0 2 分压下o 1 5m p a 碳化 0 。5h 、0 2 5m p a 碳化1h 、0 3 5m p a 碳化的分压下o 5h ，连续碳化2h 。 原料配比对钢渣路面砖结构和性能的表征起着至关重要的作用，是碳化钢渣路面 砖的重要指标，影响着路面砖的强度和渗水性等。本文主要以钢渣和砂子，钢渣、砂 子和石子两种配料研究其不同配比下的最佳颗粒配比，并初步阐述碳化反应机理。应 用s e m e d s 、x r d 、d t a t g 和m m 等测试方法分析和讨论碳化前后钢渣砖的微观 形貌、矿物组成和热力学性能。 研究结果表明：钢渣微粉、砂子砖和钢渣、砂子和石子混合砖的配比分别是钢渣 微粉8 0 ：砂子2 0 和钢渣微粉8 0 ：砂子1 5 ：石子5 ，此时碳化增重率分别为 8 2 和8 4 ，抗压强度分别为4 6 5m p a 和5 5 5m p a ，饱水强度分别为4 6 2m p a 和 4 5 5m p a ，抗折强度分别为3 2m p a 和3 5m p a ，冻融循环2 5 次后抗压强度分别为 3 8 7m p a 和4 7 3m p a ，吸水率分别为1 0 3 和7 2 ，透水系数分别为1 3 5n l m s 和 v 碳化养护钢渣制备渗水路面砖 ! i i 曼曼曼曼! 曼曼曼曼曼曼曼鼍曼皇笪皇皇蔓皇蔓皇曼曼曼曼鼍曼曼曼曼曼皇皇曼曼蔓皇曼皇曼曼曼鼍曼! 皇曼曼鼍皇曼舅曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼! ! 鼍曼曼量曼! 曼曼曼皇曼 1 4 8m m s ，压蒸安定性合格。 在此基础上，调整工艺参数，进行放大实验。根据标准相关规定进行测试分析。 结果显示碳化钢渣路面砖在掺入砂子和石子后，其物理力学性能得到了一定的优化， 有较好的渗水性，其孔结构及分布与碳化增重率和强度及渗水性的关系需要进一步深 入研究。 碳化钢渣路面砖具有混凝土路面砖不具备的优点，制备工艺简单，且低碳、利废 和环保，适合实际工程的应用。 关键词：钢渣；碳化养护；渗水砖；碳化时间；透水系数 v i 济南大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fs t e e li n d u s t r yi nc h i n a ，t h ea m o u n to fs t e e ls l a gi n c r e a s e s q u i c k l y , w h i c hh a sb r o u g h tg r e a tp r e s s u r et o t h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fe c o l o g i c a l e n v i r o n m e n ta n de c o n o m y s om o r ea t t e n t i o ns h o u l db ea l w a y sp a i do nt h er e s o u r c e u t i l i z a t i o no fs t e e ls l a gi nt h es o c i e t y b u ti ti sd i f f i c u l tb e c a u s et h et h eb a ds o u n d n e s so f s t e e ls l a gp r o d u c t s ，a n dt h ec o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o nr a t eo fs t e e ls l a gi sv e r yl o w c 0 2s e q u e s t r a t i o nb ya q u e o u sm i n e r a lc a r b o n a t i o n ，n a m e l yg r e e n h o u s eg a sc 0 2 r e a c t i n gw i t hn o n c a r b o n a t em i n e r a l st og e o l o g i c a l l ys t a b l em i n e r a lc a r b o n a t e s ，s u c ha s c a c 0 3 ，m g c 0 3 ，i sc a r b o n a t i o n h o w e v e r , a sa na d v a n c e dt e c h n o l o g y , c a r b o n a t i o nc a nb e u s e dt ou t i l i z et h ew a s t ea n ds a v er e s o u r c e sa n de n e r g y ；c a r b o n a t i o nc o u l db ea l s oa t e c h n i q u et o t a c k l ew i t hs t e e ls l a ge f f e c t i v e l y i tw o u l dn o to n l ys o l v et h ep o l l u t i o n p r o b l e mo fs t e e ls l a g , b u ta l s oe a s et h eg r e e n h o u s ee f f e c tc a u s e db yc a r b o nd i o x i d e i th a sb e e nf o u n dt h a ts t e e ls l a gc o n t a i n sc a l c i u ma n dm a g n e s i u ma n do t h e re l e m e n t s c a nb ec a r b o n a t e d ，b ym e a n so fp e r m a n e n ts t o r a g ew i t hc a r b o n a t i o nc u r i n go fg r e e n h o u s e g a sc a r b o nd i o x i d e u n d e rr e a s o n a b l em i xd e s i g na n do p t i m u mm a n u f a c t u r ep r o c e s s ， w a t e r - p e r m e a b l eb r i c kc o u l db em a d eb ys t e e ls l a g i tn o to n l ys o l v e st h ep r o b l e mo f p o l l u t i o no fs t e e ls l a g , b u ta l s oc o u l dp r o d u c eg r e e nb u i l d i n gm a t e r i a l sf o re c o n o m i ca n d s o c i a lp r o f i t s n a m e l y , t u mw a s t e si n t ot r e a s u r e s t h ew a t e r - p e r m e a b l eb r i c kw a sm a d eb ys t e e l s l a g , s a n da n dc a r p o l i t ea sr a w m a t e r i a l si nt h i sp a p e r t h eo p t i m u me x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n si nt h ep r o c e s so fc a r b o n a t i o n w e r er e s e a r c h e d ，i n c l u d i n gc a ( o h he m u l s i o n ，f o r m i n gp r e s s u r e ，c 0 2p a r t i a lp r e s s u r ea n d c a r b o n a t i o nc u r i n gt i m e t h er e s u l t ss h o wt h a tc a ( o h ) 2e m u l s i o ni s10 i nm a s s ，f o r m i n g p r e s s u r ei s4 m p a k e e p i n g1m i n c 0 2p a r t i a lp r e s s u r ea n dc a r b o n a t i o nc u r i n gt i m ea r eo 15 m p a0 5l l ，0 2 5m p a1h ，0 3 5m p a0 5k2hi nt o t a l t h em i xd e s i g no fr a wm a t e r i a l so nt h es t r u c t u r ea n dp r o p e r t i e so fs t e e ls l a gb r i c k p l a y sav i t a l r o l ei nt h ec h a r a c t e r i z a t i o n , a n di sa l s oo n eo fi m p o r t a n ti n d i c a t o r so f p a v e m e n tb r i c ka f f e c t i n gt h es t r e n g t ha n dw a t e rp e r m e a b i l i t ya n ds oo n s o ，t h eo p t i m u m p a r t i c l ed i s t r i b u t i o no fs t e e ls l a gw a sf o u n du p ，a n dt h ep r e l i m i n a r yt h e o r yo fc a r b o n a t i o n w a se x p o u n d e d t h em o r p h o l o g yo fc a r b o n a t e dp r o d u c t sa n dt h ec o m p o s i t i o n so fm i n e r a l a n dt h e r m o d y n a m i cp r o p e r t i e sw e r eu s e dt oa n a l y s ea n dd i s c u s st h r o u g hs e m ，x r d ， v i i 碳化养护钢渣制各渗水蹯血砖 鲁鼍曼曼舅舅曼ii i _ - - - - i | i 。i i 皇鼍鼍皇量曼曼曼曼曼皇曼! 曼曼曼曼曼曼曼鼍鼍曼曼曼皇曼皇 d t a w 6 , m i pa n do t h e r t e s tm e t h o d s t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tt h eb e s tp a r t i c l es i z eg r a d a t i o no fs t e e ls l a gm i x e d w i t hs a n dp r o d u c t si ss t e e ls l a g8 0 ，s a n d2 0 a n dt h a to fs t e e ls l a g ，m i x e dw i t hs a n da n d g r a v e lp r o d u c t si s s t e e l s l a g8 0 ，s a n d15 ，a n dg r a v e l 5 o t h e rp e r f o r m a n c e s r e s p e c t i v e l ye x p r e s s e da sf o l l o w s ，t h em a s sg a i nd e g r e eo f c a r b o n a t i o no ft e s ts a m p l ei s 8 2 a n d8 4 ，c o m p r e s s i v es t r e n g t hi s4 6 5m p aa n d5 5 5m p a ，s a t u r a t i o ns t r e n g t hi s 4 6 2m p aa n d4 5 5m p a , a n t i f l e xs t r 钟g t hi s3 2m p aa n d3 5m p a ，f r e e z e t h a ws t r e n g t hi s 3 8 7m p aa n d4 7 3m p a , h y g r o s c o p i cc o e f f i c i e n ti s 10 3 a n d7 2 ，p e r m e a b i l i t y c o e f f i c i e n ti s1 3 5i r m sa n d1 4 8m m s s o u n d n e s si sc o n f o r m i t y o nt h i sb a s i s ，a d j u s t e dt h ep r o c e s sp a r a m e t e r sa n ds c a l e du p a c c o r d i n gt ot h e r e l e v a n ts t a n d a r dp r o v i s i o n s ，t h eb r i c k sa l et e s t e d t h er e s u l t ss h o wt h a ts t e e ls l a g p a v e m e n tb r i c k sm i x e ds a n da n dg r a v e l ，i t sp h y s i c a lp e r f o r m a n c e s h a v eb e e ns o m e o p t i m i z a t i o n ，b u tt h ep e r m e a b i l i t ye f f e c t sa r en o to b v i o u s ，t h er e l a t i o n s h i p so ft h ep o r e s t r u c t u r ea n dd i s t r i b u t i o na n dt h em a s sg a i nd e g r e eo fc a r b o a n t i o na n ds t r e n g t hn e e d f u r t h e rr e s e a r c h c o m p a r e dw i t h o t h e rb r i c k s ，c a r b o n a t e ds t e e l s l a gp a v e m e n tb r i c k s h a v et h e a d v a n t a g e so fs i m p l ep r e p a r a t i o np r o c e s s ，a n dl o w - c a r b o n , w a s t er e c y c l i n g a n d e n v i r o n m e n t a lb e n e f i t s ，a n ds oo n i t sp e r f o r m a n c e sa r ec o n s i s t e n tw i t ht h es t a t es t a n d a r d s o fu n f i r e db r i c ka n dp a v i n gb r i c ks u i t a b l ef o rp r a c t i c a le n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o n s ，w i t h e x t e n s i v ep r o s p e c t so fu s e k e y w o r d s ：s t e e ls l a g ；c a r b o n a t i o nc u r i n g ；w a t e r - p e r m e a b l eb r i c k ；c a r b o n a t e dt i m e ； p e r m e a b i l i t yt o e 佑c i e n t v i i ! 济南大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 课题研究的背景 随着钢铁工业的发展，钢渣的排放量与日俱增。据2 0 1 0 年世界钢铁协会统计报 告显示，2 0 0 9 年我国粗钢产量达到5 7 亿吨左右，产生钢渣约7 0 0 0 万吨。由于钢渣 安定性不良，遇水体积膨胀，致使钢渣的在建筑材料领域利用率不足1 0 ，其余9 0 【1 】 只能成为工业废弃物，露天堆放，占用大量土地资源。我国积存的钢渣已有1 亿吨以 上，侵占农田1 3 3 3 公顷以上【2 。】。钢渣中含有一些有害物质，经雨水淋洗，渗入土壤， 破坏土地植被结构；渣粉飞扬，危害人体健康，污染环境严重。因此，开展钢渣综合 利用能节省大量土地，保护自然环境，意义十分重大。 另外，随着全球工业化的发展，大气温室效应日益加剧。根据2 0 0 7 年国务院发 布的中国应对气候变化国家方案，近一百年来，中国年平均气温升高了0 5 - 0 8 ， 高于0 3 - 0 6 的同期全球增温平均值，近5 0 年变暖尤其明显。研究结果预测：到 2 0 2 0 年中国年平均气温将升高1 3 , - 2 1 1 2 ，2 0 5 0 年将升高2 3 - 3 。3 ；干旱区范围 扩大、荒漠化加重；中国沿海海平面仍将继续上升；青藏高原和天山冰川将加速退缩； 未来极端天气与气候事件发生频率可能性大增。另据中华人民共和国气候变化初始 国家信息通报，2 0 0 4 年中国温室气体排放总量约为6 1 亿吨二氧化碳当量，其中二 氧化碳排放量为5 0 7 亿吨。从1 9 9 4 年 - 2 0 0 4 年，我国温室气体排放总量的年均增长 率约为4 ，二氧化碳排放量所占的比重由1 9 9 4 年的7 6 上升到2 0 0 4 年的8 3 。根 据2 0 0 7 年荷兰环境评估机构资料，目前地球大气中的二氧化碳浓度已由工业革命 ( 1 7 5 0 年) 之前的2 8 0p p m 增加到了近3 6 0p p m 。在过去的一个世纪里，全球表面平 均温度上升了o 3 0 6 ，海平面上升了1 0 - 2 5c l n 。 随着城市化进程的不断加快，城市中原有的土壤表面逐步被房屋、大型基础设施 及各种不渗水的场地和道路所取代，原有的透气地表被变成不渗水不透气，在大气与 土壤间无法进行水、气和能量交换；不渗水地面在为人民提拱方便的同时，也对城市 生态和气候环境带来许多负面影响。不渗水地面缺乏对城市地表温度、湿度的调节能 力，雨水不能渗入，地表易干燥，扬尘污染严重；且雨后水分快速蒸发，空气湿度大， 使人感到闷热，而后又异常干燥，产生气象学上的“热岛效应”【 】。 如果将钢渣利用于再生产，即可减少占地面积、减轻环境污染，又可节省天然砂 l 碳化养护钢渣制备渗水路面砖 皇曼曼曼曼! 寰曼曼曼曼鼍曼詈皇曼皇! 皇曼曼曼皇曼曼! 曼曼量曼皇曼曼曼鼍! 曼曼曼皇曼曼曼曼曼曼曼曼鼍曼曼曼曼l llli i 曼曼曼曼曼曼曼曼! 曼曼曼曼鼍 石的开采，将产生显著的社会效益和经济效益 6 - 7 。利用钢渣作为主要原料研制渗水 砖，用于城市广场和城市道路的铺设，不仅能防止雨水汇集，保持交通畅通，有效解 决城市“热岛效应 ，吸尘、吸声、降低噪音，还可以美化环境，变废为宝，节约自 然资源【8 1 。 1 2 选题的目的和意义 1 2 1 钢渣综合利用的目的和意义 1 生产过程的意义 可持续发展及绿色制造是二十一世纪钢铁工业发展的必然趋势。可持续发展及绿 色制造即将生产中的副产品和废弃物循环运用或消灭在生产过程中，争取重工业渣 “零排放和清洁生产。如果钢渣得以充分利用，可使钢铁工业生产联系更加紧密， 同时也可促进与其它产业的联系与渗透。 2 环境保护的意义 钢渣不仅有占用土地、污染环境、危害人体健康以及影响钢铁工业生产进行等负 面作用；且钢渣放置凝固后污染地下水，其降温时放出水蒸汽，恶化工作环境。造成 温室效应的主要原因是c 0 2 的排放，每年钢铁渣产生量约为7 0 0 0 万吨，如果全部被 利用在生产中，按钢渣吸收固定c 0 2 每吨5 0 计算，则每年可减少约3 5 0 万吨的c 0 2 的排放量，对改善地球环境起到积极作用。 3 经济效益的意义 中国加入w t o 后给国内的所有行业都带来了前所未有的机遇和挑战。国内钢铁 企业要善于利用一切可利用的资源，突破单一生产模式，为企业寻找新的利润增长点。 利用新工艺处理和利用钢渣，降低生产成本，提高企业竞争力，得到良好的经济效益。 总之，合理充分地处理和利用钢渣是钢铁工业向前发展的必要条件。对钢铁生产 国来说，钢渣利用率的提高可以从侧面反映一个国家钢铁发展的进程，也是该国工业 发展和科技实力的具体体现。钢渣的利用不仅会给钢铁企业带来经济效益、环境效益 和社会效益，而且在企业经济和利润增长的同时，还会得到社会各界的支持。 1 2 2 回收利用c 0 2 的意义 随着大量化石能源的消耗，大气中c 0 2 的含量逐年递增，由温室气体c 0 2 等所引 起的温室效应也愈发加剧。全世界每年排放的c 0 2 气体总量为2 6 0 亿吨，其中由于大 量化石能源使用所释放的c 0 2 量约占其总量的7 7 【8 1 。为了遏制全球增暖趋势，1 9 9 7 2 实验研究1 0 。1 2 1 。2 0 0 9 年1 2 月7h 18 日召开的哥本哈根世界气候变化大会，虽然 没有取得实质性的结果，但是积极推动了c 0 2 减排的进程，许多国家制定了适应本国 的减排目标。我国确定至1 1 2 0 2 0 年控制温室气体排放的行动目标，并提出相应的政策措 施和行动。至u 2 0 2 0 年我国单位国内生产总值二氧化碳排放比2 0 0 5 年下降4 0 - - 4 5 ， 这体现了我国在改变全球气候变化方面的决心和努力，也为推动发展节能减排、低碳 循环经济指明了目标。 1 2 3 钢渣碳化的意义 c 0 2 大规模储存与固定是c 0 2 减排的主要途径，主要包括地质储存、海洋储存以 及矿物碳酸化固定【1 弛o l 。 c 0 2 的矿物碳酸化固定是模仿了自然界中c 0 2 的矿物吸收过程，即c 0 2 与含有 碱性或碱土金属氧化物的矿石反应，生成永久的、更为稳定的碳酸盐这样一系列过程 【2 。但在自然界，矿石碳酸化过程是自然发生的，过程非常缓慢2 2 1 。矿物碳酸化应 用于c o z 固定需要通过过程强化，加速c 0 2 气体与矿石之间的化学反应，达到工业 上可行的反应速率并使工艺流程更节能【2 3 】。 用矿石作为二氧化碳固化的储存物质，会消耗大量的能量和矿石资源，利用钢渣 作为替代物就可以避免这一点 2 4 - z 5 1 。钢渣成本低，易于在二氧化碳排放源附近大量获 得。而且，由于钢渣具有一定的化学活性，比矿石更易于发生碳化反应。因此，利用 钢渣进行碳化可以节约资源消耗，降低二氧化碳的储存成本，有利于环境质量的提高。 3 碳化养护钢渣制各渗水路面砖 另一方面，c 0 2 的储存过程同时是钢渣的处理过程。用钢渣和二氧化碳这样的废 渣和废气为原料，以碳化的方式，可以快速的将c 0 2 永久固化储存在钢渣中，制成建 筑材料【2 62 7 1 。这样，一方面以较低的成本回收了废气，缓解了全球的温室效应；另一 方面有效的处理了钢渣，使其成为可再利用的建筑材料，这不仅解决了钢渣占用土地、 污染环境的难题，更变废为宝，具有较大的经济效益。钢渣碳化由于发生： c a o + c 0 2 - c a c 0 3 和m g o + c 0 2 - - ) m g c 0 3 的反应，反应的吉布斯自由能为负值，反应 自发进行，无需另外消耗能量，无需担心安定性不良。且碳化作用发生迅速，生产时 间短，经济效益高。此外，钢渣碳化制品的早期强度高，c a ( o h ) 2 含量低，收缩率小， 抗渗性、抗冻融性、耐腐蚀性、耐磨性等性能优良。 1 2 4 制造钢渣渗水路面砖的意义 渗水路面砖即有一定的强度，又具有一定的透气渗水性，可以很好的缓解不渗水 铺装对环境造成的影响。与普通的路面铺装材料相比，它的优点主要表现在以下几个 方面： 1 渗水路面砖地面可以使降水通过本身与地面下垫层相通的渗水路径渗入下部 土壤，补充城区日益枯竭的地下水资源，因而对地下水资源的保护起着积极的作用。 2 渗水路面砖的多孔结构，可以吸收声波，减少城市噪音，同时还能使汽车行 驶噪声降低，提高车辆行驶及行人的舒适性与安全性，创造安静舒适的生活和交通环 境。 3 渗水路面砖地面由于自身一系列与外部空气及下部渗水垫层相连通的多孔构 造，加强地表与空气的热量和水分交换，降低地表温度，有利于缓解城市的“热岛现 象。 4 渗水路面砖地面铺装即兼顾了人类活动对于硬化地面的使用要求，又能通过 自身性能接近土壤地面的生态优势减轻城市硬化地面对大自然的破坏程度，很好地体 现了“与环境共生”的可持续发展理念。 5 渗水路面砖地面由于自身良好的渗水性能，能有效地缓解硬化地面常常出现 的雨水蓄积和漫流现象，缓解城市排水系统的泄洪压力。 钢渣渗水路面砖以固体工业废料为主要原料，减少了工业废料对环境的污染，使 其资源化，节约了矿产资源。通过工艺条件和原料配比，可以生产出投资少、见效快 的钢渣渗水路面砖。 4 沉重负担。但是由于钢渣中游离氧化钙( f - c a o ) 成分较高，造成体积的不稳定性，使 钢渣在道路中的应用受到较大限制。 我国的钢渣利用率低，造成了大量钢渣的积存。为了实现资源的综合利用，近几 年来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。如武钢的 钢渣作为混凝土路面的骨料，可以做出坚硬耐磨的混凝土路面，各项路用性能指标均 满足路用混凝土的要求【2 8 】。武钢己拥有一种可以变废为宝的钢渣综合开发生产线，将 转炉炼钢过程中产生的钢渣进行破碎、磁选、分离、磨细等深加工处理。先分离出粒 子钢可以回炉炼钢，剩下的粗颗粒做高速公路路面的“骨”料，碾成末的细钢渣粉则 用作水泥和混凝土高活性掺合料，水洗下来的泥浆还能生产钢渣砖。 钢渣的工程应用现状： ( 1 ) 生产钢渣水泥 钢渣中含有大量硅酸二钙( c 2 s ) 和硅酸三钙( c 3 s ) 等活性物质，高碱度转炉钢渣中 两者含量在5 0 以上，中、低碱度的钢渣中主要为硅酸二钙，它们有很好的水硬性。 将钢渣破碎后与其他掺合料和适量石膏一起混合磨细后即可制得钢渣水泥。 钢渣水泥具有微膨胀性，因而抗渗性好。它的早期强度低，但后期强度高，耐磨 性、抗冻性好，水化热低，并具有较好的抗腐蚀性。 ( 2 ) 配制混凝土 研究表明，采用磨细钢渣掺合料完全可以取代部分水泥应用在泵送混凝土中例。 它不仅对水泥适应性好，还可改善泵送混凝土拌合物粘聚性、减小摩擦力、降低泵压 等，提高硬化混凝土的密实性、强度和抗渗性、抗冻性、抗碳化性及混凝土耐久性等。 s 碾化养护钢渣制备渗水路面砖 钢渣粉可等量取代1 0 - 4 0 的水泥作混凝土掺合料，配制成强度等级为c 4 0 - - c 7 0 的混凝土【3 0 1 。周佳等f 3 1 1 在完全不使用硅酸盐水泥的条件下，以钢渣为粗细骨料全部 代替传统天然砂石，以碱溶液激发钢渣、矿渣细粉、粉煤灰等工业废渣粉制各全固废 无水泥钢渣重载路面混凝土。用钢渣等体积全部替代石子配制钢渣混凝土，它的抗压 强度、抗弯强度、劈拉强度和耐磨性都明显优于普通混凝土，其抗冻性与普通混凝土 近似相同，并且由于钢渣混凝土的吸水率小于普通混凝土，其抗氯离子渗透性略好于 普通混凝土，耐久性能优于普通混凝土。姜从盛等人阎利用钢渣作混凝土的耐磨集料， 提高混凝土耐磨性能3 5 以上，并使混凝土的抗压、抗折强度以及抗折弹性模量也有 一定的提高，使混凝土的使用寿命延长。 ( 3 ) 用作水泥掺和料 钢渣中含有较高的f e e 0 3 ，适合替代铁矿粉用于水泥生产的掺合料，且有较高的 c a o 含量，可作为部分石灰石的替代品。在高温下，钢渣中c a o 能与活性的s i 0 2 作用 生成硅酸盐矿物，对水泥熟料矿物的形成具有很好的晶核诱导作用，它可降低c 3 s 形 成的活化能，加速c 3 s 的形成；另外，用钢渣配料可减少石灰石用量，c a c 0 3 的分解 能相应减少，因而生料的易烧性明显改善，熟料热耗降低3 3 1 。 ( 4 ) 生产钢渣微粉 钢渣是水泥的良好替代品，但是，钢渣中含有5 6 的游离氧化( f - c a o ) ，它 是导致钢渣矿渣水泥体积安定性不良的主要因素。将钢渣尾料磨细成表面积为4 0 0 - 5 5 0m 2 l ( g 的微粉，其游离f - c a o 容易在水化过程中释放c a ( o h ) 2 ，从而使水泥体积安 定性得到改善，并且可以提高水泥的强度。研究表明( 3 4 1 ，在基准混凝土中掺1 0 的钢 渣微细粉，能充分发挥其润滑、填充作用，明显提高混凝土的强度及抗渗透性能；比 表面积为4 5 3m 弧g 的矿物微细粉，可有效提高水化速度，从而对混凝土强度及坍落 度有利。 ( 5 ) 生产钢渣砖和砌块 免烧砖是以钢渣为主要原料，掺入部分粒状矿渣( 高炉渣，粉煤灰等) 和激发剂 ( 石灰，石膏粉等) 加水搅拌后，经轮碾压制成型，然后蒸汽养护半个月制成。钢渣 免烧砖的质量可达到或超过普通粘土烧结砖的标准，可广泛用于工业和民用建筑中。 马晓辉等【3 5 1 在低活性钢渣中加入无机胶凝材料以激发钢渣活性，研制出钢渣混凝 土空心砌块。钢渣掺量为5 0 ，在空心率为3 5 的条件下，砌块抗压强度大于2 0m p a 。 张明等【3 6 1 利用电炉钢渣5 0 6 0 ，水泥2 5 - - 3 0