钢渣复合料 编制说明

1《钢渣复合胶凝材料》编制说明根据国标委发【2021】19号“国家标准化管理委员会关于下达2021年推荐性国家标准修订计划及相关国家标准外文版计划的通知”，由北京科技大学、冶金工业信息标准研究院、首钢京唐钢铁联合有限责任公司共同负责修订《钢渣复合料》国本标准在编制过程中，组织专家多次对标准名称进行讨论，建议改为《钢渣复铁合金渣、钢铁尘泥等）、有色冶炼渣（铜渣、铅渣、锌渣、镁渣等）、电解锰渣和赤泥等。2021年，我国共产生工业固体废物比16.86%，是除尾矿、煤矸石及粉煤灰以外产生量第四的大宗工业固体废物。冶金渣的堆存占用大量土地的同时，也给空气、土壤及水资源带来了巨大的污染风险，造成沉重的环境负担，“双碳”背景下，加强冶金），钢渣为利用难度最大的钢铁冶金渣，其综合利用率不足40%，利用途径单一、综合未经利用的冶金渣主要以充填或堆存的方式处理，这不仅会占用大面积的土地资源，而且还会导致严重的环境污染，形成安全隐患，甚至影响人类生命健康。《“十四五”循环经济发展规划》中也明确强调：要加强资源的综合利用，进一步拓宽粉煤灰、煤矸石、冶金渣等大宗固废综合利用渠道，提升大宗固废对原生资源的替代比例。因此，利用冶金渣制备冶金渣胶凝材料对推动绿色发展、实现双碳目标有着重要的意义。钢渣综合利用主要以混凝土掺合料、路基料为主，存在产品渠道单一、产业链单薄等问题。由于技术壁垒低、技术规范标准欠缺，质量不稳定，2难以与天然产品形成竞争，在同等条件下，施工单位仍然首选天然建材，产品市场2021年发布的《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》和《2030年前碳达峰行动方案》两个文件共同构成了我国实现碳达峰碳中和的指导思想和顶层设计。“新型胶凝材料、低碳混凝土”概念出现在国务院颁发的重磅文件之中。在《2030年前碳达峰行动方案》中明确指出：推动建材行业碳达峰。“加快推进绿色建材产品认证和应用推广，加强新型胶凝材料、低碳混凝土、木竹建材委员会、生态环境部、住房和城乡建设部四部门印发：《建材行业碳达峰实施方案》。在对《实施方案》的政策解读中指出：“原料替代是建材行业碳达峰的关键。”在推动原料替代方面，“加快发展新型低碳胶凝材料，鼓励固碳矿物材料和工信部发布《“十四五”工业绿色发展规划》提出推进全固废免烧砖胶凝材料、全固废生产绿色混凝土等技术推广应用。2022年7月工业和信息化部、国家发展和改革委员会、生态环境部三部门印发的《工业领域碳达峰实施方案》中指出要加快全固废胶凝材料、全固废绿色混凝土等技术研发推广。2022年9月工信部等四部门发布的《原材料工业“三品”实施方案》中支持鼓励全固废免烧砖新型胶凝材料产品研发和产业化。2023年5月全固废胶凝材料被明确列入《工业领域碳达峰碳中和标冶金渣胶凝材料是以钢渣、粒化高炉矿渣和工业副产石膏等工业固体废弃物为冶金渣胶凝材料全部以工业固废为原料，采用粉磨均化的生产工艺，免去了高温煅烧的环节，不分解石灰石，并且完全不消耗天然矿物资源，避免了开采的能耗及排冶金渣胶凝材料各种性能和使用方法与普通硅酸盐水泥接近，其水化后的物相组成与普通硅酸盐水泥也最为接近，通过复盐效应及硅的四配位同构化效应多种固废协同反应，在形成大量针棒状钙矾石（AFt）的同时，还形成大量近于非晶态的水化硅酸钙凝胶（C-S-H）和类沸石相，钙矾石和水化硅酸钙凝胶穿插生长，使整个体特别适用于大体积混凝土及海工混凝土。采用冶金渣胶凝材料配制的混凝土具有低3我国每年产生高炉水淬矿渣3.3亿吨，钢渣1.2亿吨，铁合金渣0.9吨，再协同利用电厂脱硫石膏1.2亿吨，燃煤矸石循环流化床锅炉灰渣1.4亿吨，电石渣0.3亿吨，总共可生产不含水泥熟料的冶金渣胶凝材料8.3亿吨。冶金渣胶凝材料能耗为10%。用这些胶凝材料制造预拌泵送混凝土、混凝土预年可节省水泥熟料4-7亿吨，可减排二氧化碳3.12-5.4冶金渣胶凝材料碳减排潜力非常大，如果该技术能够在严格的强制性全国标准规范体系的约束下大力推广，可以在冶金、煤电、建材、建设等多产业协同作用下实现冶金渣胶凝材料的生产和使用，一方面可以降低水泥用量和能耗，减少水泥生提高固废利用价值，是实现资源高效利用和循环利用的有效途径，兼具节能环保、循环经济和降碳固碳多种属性。本标准的修订，将钢渣作为胶凝材料的组分，扩大钢渣的资源化利用范围，是对现有钢渣资源化利用标随着工业固体废弃物协同激发制备胶凝材料研究和应用技术的不断发展，冶金渣胶凝材料的原料可选范围、协同激发原理、性能调控方法及适用场景等陆续被发陆立国等以钢渣、脱硫石膏为主要原料，掺入适量矿渣和复掺少量激发剂,配制了无熟料钢渣水泥。试验结果表明所配制的无熟料钢渣水泥达到了42.5标号水泥的技术要求。刘淑贤等人研究了钢渣与矿渣掺量、质量比和胶凝活性激发方式对复合胶凝材料抗折、抗压强度的影响，结果表明：钢渣矿渣掺量为80%、钢渣-矿渣质量比为5:5、钢渣粉磨时间为80min(比表面积为509m2/kg)时,钢渣-矿渣复合胶凝材料张铭亘等人以粒化高炉矿渣、钢渣和脱硫石膏制备出胶凝材料在养护3、7、28固废原料制备出低碳无熟料的冶金渣胶凝材料用于地下胶结充填采矿的回填材料，4徐东等在矿渣-钢渣-脱硫石膏三元体系胶凝材料研究基础之上引入碱渣开发了一种新型四元全固废胶凝材料，碱渣的加入能促进矿渣中玻璃相的解离，可以解决矿渣-钢渣-脱硫石膏三元体系胶凝材料凝结时间缓慢和矿渣、脱硫石膏制备的冶金渣胶凝材料，水灰比为0.5，通过多项测试手段判断出：矿渣在脱硫石膏的激发作用下不断水解，缩短了水化诱导前期和延长了诱导期，提升早期水化反应程度，释放大量热量，生成了钙矾石（AFt）和C-S-H凝胶。而浆体的pH值上升，促进钢渣水化反应，加速了浆体由液相反应转为固相反应，证明了各杨君健等以钢渣、矿渣和石膏为原料制备胶凝材料并进行水化性能研究发现，在钢渣-矿渣-石膏体系水化过程中，液相环境碱度先下降后上升，体系中Ca2+逐渐上使体系液相的碱度迅速升高直至平衡状态，矿渣水化消耗体系中的Ca(OH)2生成AFt倪文教授的研究表明，在钢渣-矿渣-脱硫石膏全固废胶凝材料体系中脱硫石膏能激发钢渣和矿渣的活性，胶凝材料水化产物主要为AFt和C-S-H凝胶。钢渣和矿渣水化时表现出协同促进作用，反应后期水化产物数量迅速增加，针棒状的AFt晶体通过查阅文献和市场调研，了解冶金渣胶凝材料应用的先例。从调研结果可以中国钢铁行业碳排放量占全国碳排放总量的15%左右，是碳排放最大的行业。开展钢铁固废资源高效利用，可减少一次资源等的消耗，是我国钢铁行业落实碳达钢渣的综合利用一直是大宗工业固废综合利用中的难点。近年来，关于钢渣综合利用的研究逐渐增多，2021年，钢渣相关专利申请456项，授权247项。相关研究主要集中在钢渣制备建材原料、钢渣预处理、钢渣中有价组分回收等领域。中冶建筑研究总院有限公司取得专利授权34项，主要方向为钢渣热焖预处理；其次，为中冶节能环保有限责任公司，获得专利授权33项，同样主要集中在钢渣热闷预处理5郝军中等以钢渣微粉、矿渣微粉、脱硫石膏微粉、尾矿微粉制备出冶金渣胶凝材料，然后与尾矿和废石制成的砂石料协同作用，通过砂石料表面断键重新键合，制备出可供各种建设工程使用的C35、C40、C45、C50、C55和C60强度的预拌泵杜惠惠等利用钢渣、水淬高钛高炉渣和脱硫石膏三者的协同作用制备全固废冶制备的全固废混凝土试块28d抗压强度可以达到40MPa以上，符合C40混凝土强度目前已经有多家单位在生产冶金渣胶凝材料及混凝土并在道路工程中使用，如河钢股份有限公司邯郸分公司、迁安威盛固废环保实业有限公司、涉县清漳水泥制造有限公司、海天建设有限公司等。冶金渣胶凝材料的产业化尚处于起步阶段，目前，全国在建和投产的冶金渣胶凝材料项目共7个，合计产能近700万吨/年，广泛用于道路面层、房屋建筑及海工制品等工程（详情见表1）。用该产品生产预拌混凝土能够为混凝土搅拌站大幅节省成本，经济效益显著，市场需求旺盛。本标准的实施将有效提高综合利用产品市场接受度以及钢38钢铁工业是资源密集、能耗密集、排放密集型产业。钢铁企业在生产过程中产生的固体废弃物主要有钢渣、高炉渣(包括水渣、干渣)、含铁尘泥(包括烧结、炼6铁、炼钢及轧钢等系统收集的除尘灰泥)、脱硫灰、电厂粉煤灰、废耐火材料和工业垃圾等。平均每吨钢产生固废500~800kg。在过去的20年中，随着我国粗钢产量的增加，钢铁工业固废的产量也大幅增加。钢铁工业固体废弃物处理及利用涉及机械设备、资源、环境等众多领域，目前钢铁工业固体废弃物综合利用率较低，尤其是钢渣的利用率不到30%。未得到利用的固体废物长期堆放不及时处理，会造成其逐渐失去活性，再处理难度大，也会占用大量土地形成环境污染问题，严重时会导致土壤、水重金属污染等问题。因此，钢铁工业固体废物综合利用是节能环保战略性新兴产业的重要组成部分，是为工业又好又快发展提供资源保障的重要途径，也是解决固体废物不当处置与堆存所带来的环境污染和度综合利用一直是行业的困扰，其中钢渣产品磁选粉由于铁品位低、磷硫杂质含量高等因素限制了返内部生产循环利用量；钢渣粉作为钢渣尾渣主导产品，主要是通过与矿渣微粉调配生产钢铁渣复合粉应用水泥或混凝土，由于活性低、磨机故障率高、投资大、成本高等因素，钢渣粉在水泥中掺加比例仅在5%-7%，用量有限，钢渣粉生产线产能难以发挥，实际生产中将给生产企钢渣具有三个特征：①胶凝活性低。相较于高炉矿渣，钢渣内有效胶凝成分含量占比低，矿物内晶体致密、粗大，尾渣综合胶凝活性较低；②难磨性。钢渣中含有部分金属铁以及铁氧化物，易磨性差，加工能耗高；③安定性不良。内部含有较高含量的f-CaO，完全水化时间长，水化膨胀造成体积安定性的隐患，上钢渣中高含量的f-CaO是造成钢渣构筑物开裂的主要原因。所以，提高钢渣利用率，首先应降低钢渣中f-CaO含量。为此，冶金工作者开发了系列钢渣一次处理技术，主要包括钢渣常压池式热闷处理技术、熔融钢渣罐式有压热闷处理技术、冷态钢渣蒸汽陈化技术、热泼技术等技术。尽管通过钢渣处理技术的应用与普及，钢成分不稳定等原因，钢渣制品用于建材行业有一定安全隐患，市场认可度不高，钢7原《钢渣复合料》标准中只利用钢渣集料的优势，将钢渣细集料根据强度设计取代部分或全部细砂，使具有水硬活性的矿物C2S和C3S改善集料与水泥石的界面结构。对着钢渣预处理技术的进步，钢渣的活性细粉可发挥微集料效应和火山灰效应，与矿渣和脱硫石膏可以发生协同深度水化反应，进而降低水泥用量。因此，仅将钢渣作为细集料，并不能充分发挥钢渣的价值。此外，经调研，全国大部分钢厂以及民营企业以原标准中钢渣复合料进行钢渣资源利用的极少，目前仍均处于试验修订标准中将钢渣作为冶金渣胶凝材料其中的一个组分，其中钢渣用量占比达以钢渣-矿渣-脱硫石膏胶凝材料体系为主，脱硫石膏能激发钢渣和矿渣的活性，钢渣钢渣中的二价金属阳离子容易水化，使体系呈碱性，这些既是激发矿渣形成C-S-H凝胶的物质基础，也是在石膏的参与下夺取矿渣中的Al2O3和Fe2O3形成含铁钙矾石类复盐矿物的物质基础。钢渣、矿渣和脱硫石膏的相互作用，促进了钙矾石和C-S-H凝胶的形成，利用钢渣、脱硫石膏和矿渣三者的协同激发效应，在形成大量针棒状复盐晶体的同时，还形成大量近于非晶态的C-S-H凝胶和类沸石相，并紧紧将针棒状复盐晶体包裹起来，使整个体系的稳定性大幅度提高。当体系中钢渣比例不高（例如≤30%）矿渣微粉的反应活性较高时，胶凝材料水化硬化体在若干年内（最长观测时间的样品已有近10年），硬化体中始终没有发现存在游离的氢氧化钙或氢氧化镁。对混凝土体积变化规律的监测结果表明，当钢渣在胶凝材料中的掺入量低于35%时，以钢渣-矿渣-脱硫石膏体系胶凝材料和磁铁石英岩型废石制成的砂石料所制备的混凝土一直处于微收缩状态。当胶凝材料中钢渣掺入量达到60%时，在两年前所制备的全固废混凝土试样，也一直未出现膨胀现象，并且强度仍在持续增长。多项研究结果表明钢渣预粉磨的比表面积增加，其水化速度也随之加快，活性指数经国家建筑材料检测中心检测：冶金渣胶凝材料制备的混凝土抗碳化、抗氯离子渗透、抗冻融、抗硫酸盐侵蚀、收缩等性能均优于国标要求，采用冶金渣胶凝材料配制的混凝土具有低收缩、低渗透性、耐腐蚀等特点，能够满足高性能混凝土的8冶金渣胶凝材料可应用于制造预拌泵送混凝土、混凝土预制件和用于胶结充填采矿，目前在建和投产冶金渣胶凝材料项目已广泛应用于道路面层、房屋建筑及海工制品（人工鱼礁、防波石等）等工程中，钢渣骨料在混凝土中产生的膨胀应力是不均匀的，且部分骨料中游离CaO和游离MgO的含量过高的概率较大，因此，会在局部引起过大的膨胀应力，使混凝土的外界侵蚀性介质侵入等综合因素，会使混凝土微结构走向更深层次的损伤，以致破目前钢渣粗骨料和钢渣细骨料严禁应用于结构混凝土，在国家标准GB/T32546-2016《钢渣应用技术要求》中，对钢渣用作骨料只涉及了砂浆（细骨料）、砖和砌块（细骨料和粗骨料）、沥青混合料（粗集料），以及道路基层、路基和回填的集2016年，武汉混凝土协会发布了“关于加强混凝土原材料控制，谨慎使用钢渣作混凝土骨料的通知”（武砼协字[2016]7号），该通知指出，钢渣骨料在某结构工2021年3月，安庆市建设工程质量监督站发布“市质监站关于预拌混凝土企业规范钢渣使用的通知”（质监字〔2021〕13号），提到以下要求：“一、严禁将钢渣作为混凝土集料使用。将钢渣代替砂石作为混凝土集料的做法无相应规范规定，也未见任何有效依据，各企业必须严格禁止使用。”2023年6月攀枝花市住房和城乡建设局发布“关于征求《关于加强我市建设工程混凝土质量管理的通知》意见建议的通知”，提出了关于加强建设工程混凝土质量管理有关要求，该通知指出，预拌混凝土企业应确保混凝土产品生产质量，加强进场原材料的质量控制：“建立完善原材料管理制度,原材料采购合同应以书面形式签订，采购时应当查验原材料来源证明，提钛尾渣作为混凝土掺合料其氯离子含量不得大于0.06%，严禁使用钢渣作为混凝土骨料。”徐州市住房和城乡建设局2022年9月发布了“关于切实加强徐州市建设工程混“预拌混凝土企业应完善原材料管理制度，原材料采购合同应以书面形式签订，采购时应当查验骨料等的来源证明，严禁采用使用海砂、风化砂和经高温窑炉煅烧的9工业固体废弃物（如镍渣、钢渣等）。”原标准中钢渣复合料用复合剂，由水淬粒化高炉矿渣、0~25%硅酸盐水泥熟料、适量石膏（调节剂或其它外加剂）磨细制成，对比修订标准中的原料组成，原标准中加入了部分水泥熟料，而修订标准中增加了冶金渣胶凝材料是由钢渣、粒化高炉矿渣和工业副产石膏组成，100%全部以工业固水泥熟料的生产工艺是两磨一烧，在生料煅烧过程中，石灰石分解会产生大量磨、熟料煅烧过程中，会消耗大量的化石原料，排放大量的CO2，每吨水泥CO2排放量共计约为780kg。冶金渣胶凝材料仅需一次粉磨均化且无其他废物排放，碳排放仅为传统水泥的10%，约为65kg/吨产品左右，能耗仅为传统水泥的30%，约为2021年受行业需求提振，供应端收紧，煤炭成本激增等因素支撑，国内水泥市19.5%，增加了水泥生产成本，挤压了利润，水泥价格已远超2020年同期。限电影响刺激价格上涨的情况，在东北地区表现更为明显。在煤炭价格大幅上涨的背景下，生产及环保成本持续增长，水泥生产成本将持续处于高位，传统水泥的生产成本将冶金渣胶凝材料的原料均为矿渣、钢渣、脱硫石膏等工业固废，原料来源广，成本低。相较于水泥的“两磨一烧”生产过程，冶金渣胶凝材料的生产过程仅需一次粉磨，生产成本大幅降低。在水泥价格大幅增长的环境下，冶金渣胶凝材料的成因此，修订后的标准，包括了＜4.75mm粒径的钢渣尾渣，以及钢渣微粉，实现本文件参加起草单位：首钢京唐钢铁联合有限责任公司、北科蕴宏环保科技1倪文、李234司56789司为顺利完成标准制定任务，北京科技大学牵头成立了《钢渣复合胶凝材料》国标修订组。标准修订组涵盖了国内主要工业固废的排放企业、科研院校、工业固废（1）2021年11月前开展相关数据和资料的收集、调研，工作组内部分工开展（2）2022年5月前完成标准修改稿，并讨论标准相关的试验数据，相关工程应（4）2022年11月9日，由北科蕴宏代表编制组以线上讨论的形式召开了GB/T289294-2012《钢渣复合料》国家标准修订研讨会，从冶金渣胶凝材料、技术指标说明、标准文本三个部分汇报《钢渣复合料》标准的修订情况。编制组对后续验证试验计划和编制工作进行了分工。通过本次讨论会，所有参会人员共同制定了下一步的工作计划，确保《钢渣复合料》国家标准修订的项目进度，为后续标准编制合料》国家标准修订研讨会，参加会议的有冶金工业信息标准研究院、中冶建筑研究总院有限公司、中国建筑材料科学研究总院有限公司、北京东方建宇混凝土科学技术研究院有限公司、北京科技大学、北京林业大学、包钢冶金渣综合利用开发有限责任公司、冶金工业规划研究院、中国冶金矿山企业协会、宣城市安工大工业技术研究院有限公司、中国建材检测认证集团股份有限公司、鞍山钢铁集团公司矿渣开发公司等20多名专家，会议由全国钢标委冶金固废资源分技术委员会主持。会议首先由标准编制组介绍标准的编制过程、开展的相关试验和验证工作介绍了国内外相关的应用情况，并给出标准修订的技术内容等。然后由与会专家对有关内容进行----根据钢渣的性质具有差异性，应补充钢渣粉安定性的相关验证试验数据，包----补充使用冶金渣胶凝材料进行的工程案例，列举具体实施配合比和方案、施（6）2023年8月标准工作组，根据相关试验和调研，修改标准稿，形成标准征（7）2023年9月初，请有关专家再次对标准稿审查，形成标准征求意见稿。并二、标准编制原则和主要内容说明本标准根据GB/T1.1-2020进行编制。标准的编制过程中，遵从积极采用国内外先进标准原则、技术创新原则、与其他标准协调性原则、标准文本规范性适用性原原标准规定：钢渣复合料由钢渣与复合剂组成，其中钢渣是指转炉钢渣经稳定处理后，通过4.75mm方孔筛的尾渣，复合剂是指由矿渣、二水石膏、硅酸盐水泥熟料按一定比例磨细的粉体材料。随着钢渣预处理技术不断先进，本标准增加了以钢渣、矿渣、工业副产石膏等工业固体废弃物经粉磨加工按一定比例配制而成的胶凝材料，材料可满足需规模化高附加值化利用钢铁行1、冶金渣胶凝材料，以钢渣、粒化高炉矿渣和工业副产石膏等工业固体废弃物2、通用胶砂强度，由按质量计的1份冶金渣胶凝材料、3份中国ISO标准砂和半份水（水胶比w/b为0.50），成型40mm×40mm×160mm棱柱体试件，经标准养3、专用胶砂强度，由按质量计的1份冶金渣胶凝材料、3份中国ISO标准砂和0.32份水（水胶比w/b为0.32），拌制流动度为160mm～200mm的砂浆，成型40mm×40mm×160mm棱柱体试件，经标准养护至规定龄期的强度。不同粒径的水泥颗粒对强度及水泥性能起到不同的作用，适宜的粒径才能对水酸盐水泥的细度以比表面积表示，其比表面积不小于300m2/kg；矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥的细度以筛余表示，要求45μm方孔筛筛余不小于5%。其他相关标准对胶冶金渣胶凝材料由于自身水化反应较慢，放热峰较水泥延后明显，且水化放热量低，不存在水化热引起温度应力而拉裂混凝土。冶金渣胶凝材料的粉体颗粒越细越有益于胶凝材料的早期强度，为保证道路用冶金渣胶凝材料的强度增长稳定，本标准对胶凝材料的颗粒粒径上限进行限制。考虑冶金渣胶凝材料中存在石膏等多孔材料，水泥比表面积测定方法（勃氏法）在标准中对适用范围有明确描述，指明不适用于多孔材料和超细材料。为降低实验误差，编制组以45μm方孔筛筛余来限制冶金渣胶凝材料的颗粒粒径，对各厂家提供的原料进行测试，依据试验结果来确定冶金渣胶凝材料的细度指标。综合考虑试验验证和实际生产情况，冶金渣胶凝材料的400m2/kg矿渣粉的密度一般分布在2.8g/cm3～2.9g/cm3之间，脱硫石膏的密度一般分布在2.2g/cm3～2.3g/cm3之间，钢渣粉的密度一般在3.0g/cm3～3.1g明，冶金渣胶凝材料的密度超过2.8g/cm3，因此，参照先关标准（见表4）规定冶金凝结时间是反应胶凝材料自加水时起至开始失去塑性和完全失去塑性的时间，反应出胶凝材料保持工作性的时间，对于胶凝材料的工程应用具有重要意义。初凝时间太短，将影响混凝土拌和料的运输和浇注；终凝时间过长，则影响混凝土工程的施工进度。鉴于国内没有冶金渣胶凝材料的相关标准，编制组参考《Supersulfatedcement-Composition,specificationsandconformitycriteria》DINE水泥等相关标准的技术指标，各胶凝材料对凝结时间的规定如表5所示。可以发现各胶凝材料对凝结时间的要求差异较大，编制组通过走访冶金渣胶凝材料的生产企业，结合各地样品的试验验证结果，最终设定初凝不小于45min，终凝不大于——————工业副产石膏作为冶金渣胶凝材料的重要组分，能加速矿渣中硅(铝)氧四面体的解离，其中溶出的可溶硅（铝）四面体与体系中的Ca2+形成C-S-H凝胶和AFt等水化产物，是冶金渣胶凝材料强度的重要来源。同时体系中石膏掺量也不宜过高，掺量过高时会造成胶凝材料早期强度的不稳定，后期不断生成的钙矾石可能会引发基体膨胀开裂等安定性问题。石膏作为冶金渣胶凝材料三氧化硫的主要来源，占总三氧化硫含量的90%以上。为保持冶金渣胶凝材料的性能稳定，需规范工业副产石膏的掺入比例，严格控制三氧化硫含量。编制组结合市场调研及试验验证情况，与生氯盐的存在会破坏混凝土中钢筋的钝化膜，加速钢筋锈蚀，严重影响混凝土建凝土结构设计规范》和CCES01《混凝土耐久性设计规范》标准要求如下：预应力钢筋混凝土氯离子小于0.06%、一般钢筋混凝土氯离子小于0.1%，素混凝土氯离子小于0.2%。随着我国水泥要协同处置垃圾技术的推广、实施该技术的企业逐渐增多，GB175《通用硅酸盐水泥》最新修订将水泥的氯离子含量由“≤0.06%”改为“≤0.10%”。在钢铁行业，由于工业用水的循环利用，冶金渣原材料的氯离子含量有增加的趋势。因此，限定冶金渣胶凝材料中氯离子含量小于0.06%过于严苛，在一定程冶金渣胶凝材料的水化产物以钙矾石和水化硅酸钙凝胶为主，其抗氯离子渗透能力明显优于普通砂石骨料混凝土。因此，编制组从安全的角度出发，参考国内外相关标准（如表6所示），制定本技术指标。本标准要求严格控制氯离子含量，要specificationsandconforASTM标准将压蒸安定性作为水泥的常规检验项目之一，如胶凝材料的安定性不合格将导致工程结构的破坏，造成严重的工程事故。由于冶金渣胶凝材料涉及多种固废资源的利用，原材料的品质难以完全把控，同时还涉及钢渣等潜在安定性不良的组分。编制组参考相关产品标准（见表7），综合考虑冶金渣胶凝材料的性能和应用编制组本着从严要求的原则，参考GB175《通用硅酸盐水泥》的安定性技术指冶金渣胶凝材料的强度发展阶段与水泥基材料不同。水泥基材料主要靠C3S、C3A、C2S、C4AF等矿物的快速水化产生各固废原料的晶型和化学键破坏，依靠解离和溶解在水中的OH-、Ca2+、硅(铝)氧四面体、SO42-等离子反应产生钙矾石和C-S-H凝胶而产生强度，受原料组成、试验配合比和养护环境的影响较大。编制组从冶金渣胶凝材料自身特性出发，结合工程经专用胶砂参考现行国家标准GB/T17671《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》的有关规定进行搅拌、试件成型和养护，且应在成型后68~72h之间脱模。试件养护水编制组参考国内外先关标准对冶金渣胶凝材料强度指渣胶凝材料作为一种新型低碳胶凝材料，为了更容易与工程应用对接，结合市场对冶金渣胶凝材料的接受情况，专用胶砂强度的3d和28d抗压强度指标参考GB175编制组与生产企业反复研讨，考虑与GB175中强度技术指标的协调52.562.5≥≥≥≥≥≥编制组十分重视本标准的验证工作，依托大量文献积累，参考国内外相关现行的测试方法及标准，并走访国内多家冶金渣胶凝材料生产和应用企业，汇总了大量试验研究和产业化应用成果，并组织编制组多次召开工作会议，最终确定了本标准编制组对试验样品的适用性、广泛性和代表性有着严格要求，为科学地开展冶华东、中南、西北、西南五大区域的河北、湖北、宁夏、山西、福建、广西、重庆和粒化高炉矿渣，5家发电厂和3家钢铁企业提供工业副产石膏。原料的种类和来源√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√编制组从原材料属性、企业生产能力出发，以来源地区为组别，并对原材料的细度进行量化控制。各原料的比表面积范围分别为：钢渣粉400-450m2/kg；矿渣粉本标准对钢渣进行化学成分测试，结果如表11所示，按照YB/TFe2O35Al2O35P2O5Na2O本标准对矿渣进行化学成分测试，结果如表12所示，按照G中的粒化高炉矿渣》对矿渣进行质量系数分析，不同地区矿渣粉的质量系数均大于Fe2O3Al2O3P2O52Na2O冶金渣胶凝材料中粒化高炉矿渣、钢渣和工业副产石膏的质量占比分别为30-65%、20-50%和10%-20%。从不同区域原料属性具有差异性的角度出发，将华北、试验主要验证了本标准的各项技术指标要求，包括：含水量、三氧化硫、氯离123456789123456789本标准要求冶金渣胶凝材料可掺入10%~20%的工业副产石膏，由于石膏中含有约50%的三氧化硫，本标准规定，冶金渣胶凝材料的三氧化硫含量经检验9组冶金渣胶凝材料的三氧化硫含量平行试验误差在合理范围内。测试结果华北、中南、西北、华东、西南地区的冶金渣胶凝材料的三氧化硫含量均满足1234567891234567898本标准规定，冶金渣胶凝材料的氯离子含量应≤0.1%，当用于素混凝土时，冶金华北、西南地区冶金渣胶凝材料的氯离子含量测试结果中有80%的组别满足≤0.06%指标要求，中南、西北、华东地区的冶金渣胶凝材料的氯离子含量均满足指1234567894123456789本标准规定，冶金渣胶凝材料的密度应≥2.8g/cm3。经检验9组冶金渣胶凝材料华北、中南、西北、华东、西南地区冶金渣胶凝材料的密度均满足指标要求。石膏的密度大，随钢渣掺量增大冶金渣胶凝材料的密度也增大。测试结果如表20所123456789333333333331234567893本标准规定，冶金渣胶凝材料的细度（45μm方孔筛筛余）应≤12%。经检验9组华北、中南、西北、华东、西南地区冶金渣胶凝材料的细度100%满足45μm方表2245μm方孔筛筛余平行试验45μm方孔筛筛余(%)12345678945μm方孔筛筛余(%)123456789表2345μm方孔筛筛余45μm方孔筛45μm方孔筛华北、中南、西北、华东、西南地区冶金渣胶凝材料凝结时间的合格率为表24冶金渣胶凝材料的凝结时间平行试验123412345678567899本标准规定，冶金渣胶凝材料的沸煮安定性检验应合格。经检验9组冶金渣胶华北、中南、西北、华东、西南地区冶金渣胶凝材料沸煮前后的雷氏夹指针尖表26冶金渣胶凝材料的沸煮安定性平行试验1234567891111111111000000000012345678900000000000000000000111111111122222222221111111111333333333300000000002222222222111111111111111111110000000000000000000011111111112222222222222222222200000000000000000000111122222222222222222222333233343311111111111234567891111111111100021011002112320202311本标准规定，冶金渣胶凝材料的压蒸安定性检验应合格。经检验9组冶金渣胶华北、中南、西北、华东、西南地区冶金渣胶凝材料压蒸膨胀率均小于0.5%，表28冶金渣胶凝材料的压蒸安定性平行试验123456789123456789华北、中南、西北、华东、西南地区冶金渣胶凝材料31.43%符合专用胶砂强度压折压折压折压折/MPa/MPa/MPa/MPa/MPa/MPa/MPa/MPa8——————华北、中南、西北、华东、西南地区冶金渣胶凝材料34.29%符合通用胶砂强度MSⅠ等级，37.14%符合通用胶砂强度MSⅡ等级，20%符合通用胶砂强度MSⅢ等级。压折压折压折压折/MPa/MPa/MPa/MPa/MPa/MPa/MPa/MPa2-——6——1——《钢渣复合胶凝材料》中冶金渣胶凝材料的验证试验种原材料，经烘干、破碎、粉磨，复配了35种冶金渣胶凝材料开展验证试验，各项所有冶金渣胶凝材料的含水量、三氧化硫、密度、安定性测试均满足要求，氯表32冶金渣胶凝材料指标要求合格率统计含水量（质量分数%）三氧化硫含量（质量分数%）氯离子含量（质量分数%）————对不同来源地的钢渣进行安定性检测，具有代表性的结果如表33所示。不同地21五、采用国际标准和国外同类先进标准情况经调研，本标准符合现行的相关法律、法规、规章及相关标准（包括强制性标准）的要求，并具有协调一致性。冶金渣胶凝材料相关的标准目前有DINEN15743EN14227-2《Hydraulicallyboundmixtures》Part2:Slagboundgranularmixtures、DINC989/C989M-22《Slagcementforuseinconcreteandmortars》，这些标准中原材料主要有粒化高炉矿渣、石膏和水泥熟料，其对工业固废原材料种类和掺量的限制较严格。本标准修订将是对标准的原材料范围及应用场景的补充六、与现行相关法律、法规、规章及相关标准，特别是强制性标准本标准规定，冶金渣胶凝材料沸煮安定性检验应合格——七、标准性质的和水平建议说明本标准的性质建议为推荐性标准，本标准技八、贯彻标准的要求和措施建议（包括组织措施、技术措施、过渡本标准颁布后，建议针对业主、结构设计、施工与混凝土生产企业组织标准的宣传贯彻，使他们了解本产品的性能和功效，能够积极主动地使用本产品。形成产品的工业化生产规模，能够大量供应用户。严格产品生产的质量控制体系，保证产无图A-1清漳水泥科技楼科技楼施工所用的混凝土为清漳水泥厂自己生产的表A-1清漳水泥科技楼混凝土配合比（kg/m3）水0080000000表A-2房屋构件强度检测结果/MPa房屋构件3d7d28d60d90d强度百分比强度百分比强度百分比强度百分比强度百分比强度百分比基础桩基6.72232.138.244.4////桩基21.926.329.29736.3////地梁25.135.439.6////框架梁26.337.644.648.8////条形基础34.143.444.753.353.558.2一层东侧顶梁板柱(室内)27.935.742.650.652.556.6一层东侧顶梁板柱(室外)26.236.142.5//////二层东侧顶梁板柱(室内)38.841.146.9//二层东侧顶梁板柱(室外)35.834.543.5////一层西侧顶梁板柱(室内)29.69936.142.347.8//一层西侧顶梁板柱(室外)4633.538.129.9////二层西侧顶梁板柱(室内)6.82326.99030.434.438//二层西侧顶梁板柱(室外)25.632.637.3////基础桩基的胶材用量380，相对较少，水胶比为0.406，0.27%的外加剂掺量。3图A-2基础桩基施工图框架作为承重结构，必须要有足够高的强度，有更高的砂率，相对较低的水胶条形基础的配比和框架基本相同，仅仅略少了一点外加剂，水胶比为0.368，外框架的强度高，3d强度就超过30MPa，早期强度很高，7d超过40MPa，14d超过图A-3条形基础施工图从东侧一层顶梁板柱开始，细骨料不再使用黑砂，改用红砂，砂率较低，水胶图A-4一层东侧顶梁板柱施工图二层东侧顶梁板柱的配比相对于一层东侧顶梁板柱，有更高的砂率，水胶比为0.367，外加剂掺量为0.24%。室内养护，二层东侧的3d图A-5二层东侧顶梁板柱施工图一层西侧顶梁板柱沿用了先前二层东侧顶梁板柱的配比，水胶比为0.369，外加d便基本达到预期。室外养护与室内养护差距明显，主要表现在相对较低的早期强度图A-6一层西侧顶梁板柱施工图二层西侧顶梁板柱的混凝土水胶比为0.369，外加剂掺量为0.26%，早期强度较低，尤其是室内养护的，3d只有6.8MPa，后期增长达到设计要求，室内和室外养护图A-7二层西侧顶梁板柱施工图建筑房屋各部位的混凝土长龄期抗压强度二层西侧顶梁板柱的混凝土水胶比为表A-2房屋构件长期强度检测结果/MPa房屋构件养护条件抗压强度7d28d60d90d2yr3yr4yr基础桩基标准6.732.138.244.448.650.752.152.953.453.854.2桩基标准21.926.329.236.341.543.545.646.347.047.347.5地梁标准25.13235.439.642.544.546.747.249.450.050.3标准26.337.644.648.853.954.855.158.659.059.259.3框架梁标准26.337.644.648.853.954.855.158.659.059.259.3条形基础标准34.143.444.753.353.558.260.662.463.764.164.8件20.431.838.944.747.651.352.254.556.756.957.2一层东侧顶梁板柱(室内)标准27.935.742.650.652.556.659.361.862.462.963.6一层东侧顶梁板柱(室外)标准26.236.142.545.648.949.250.452.153.453.653.7件13.525.332.636.139.441.943.644.846.148.048.3二层东侧顶梁板柱(室内)标准3138.841.145.946.448.349.550.450.860.1二层东侧顶梁板标准15.435.834.543.546.448.749.149.349.850.450.7柱(室外)件9.420.629.834.035.639.040.442.145.947.648.5一层西侧顶梁板柱(室内)标准29.636.142.347.849.650.451.352.953.553.9一层西侧顶梁板柱(室外)标准33.538.129.935.437.539.640.141.041.641.8二层西侧顶梁板柱(室内)标准6.826.930.434.438.039.540.942.342.442.642.7件3.716.323.826.731.533.834.235.135.836.036.4二层西侧顶梁板柱(室外)标准25.632.637.339.140.942.342.843.143.443.5本试验中测定混凝土收缩率时所选用100mm×100mm×515mm的棱柱体试件为标准试件。在制备混凝土试块时，在混凝土试块的两端预埋测头。测头为铜质。结合试验标准GB/50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行测试，蒸汽养护混凝土试件静置24小时脱模，测量初始长度。测完将试件放入蒸汽养），表A-2房屋构件同期留样收缩率检测结果/%房屋构件养护条件收缩率/%3d7d28d60d90d2yr3yr4yr基础桩基标准0.00700.00910.01130.01410.02360.03040.05210.06360.06530.06580.0659桩基标准0.00650.00840.01020.01240.02930.03560.05940.06570.05890.05930.0595地梁标准0.00560.00880.00960.01030.02250.03580.04630.05750.05830.05870.0591框架梁条形基础标准0.00630.00820.01060.01240.02360.04480.05660.05710.05790.05820.0585标准0.00460.00530.00900.01320.02580.03660.05870.05900.06150.06190.0624同条件0.00560.00590.01030.01350.02690.03820.05910.06020.06310.06350.0636层东侧标准0.00510.00840.00970.01280.02090.02980.05870.05930.06340.06380.0641顶梁板柱(室内)层东侧顶梁板柱(室外)标准0.00620.00900.01030.01340.02140.3560.04960.06010.06330.06390.0645同条件0.00710.00960.01140.01420.02260.03670.05110.06160.06480.06500.0651二层东侧顶梁板柱(室内)标准0.00560.00780.00940.01280.02330.03890.05170.05590.05970.06060.0612二层东侧顶梁板柱(室外)标准0.00590.00830.00960.01590.01970.02890.04970.05290.05510.05720.0580同条件0.00630.00910.01030.01680.02110.03060.04880.05300.05610.05790.0584层西侧顶梁板柱(标准0.00480.00730.01060.01630.02140.02780.05470.05990.06010.06030.0604室内)层西侧顶梁板柱(室外)标准0.00630.00890.01350.01560.02060.02690.05610.6030.06120.06160.0617二层西侧顶梁板柱(室内)标准0.00740.00940.01120.01490.02210.02760.05160.06470.06760.06820.0685同条件0.00870.01090.01230.01680.02350.02830.05640.06620.06870.06910.0694二层西侧顶梁板柱(室外)标准0.00680.00870.01070.01450.01920.02640.05540.06340.06510.06590.0661基础桩基抗压强度检测报告桩基抗压强度检测报告地梁抗压强度检测报告一层顶梁板柱抗压强度检测报告二层顶梁板柱抗压强度检测报告图A-8农家自建房屋照片自建房施工所用的混凝土配合比为课题组经过长期大量的试验和适配得到的，先确定胶凝材料中各组分掺量，将钢渣粉磨至比表面积600m2/kg，矿渣粉磨至表A-3胶凝材料配比优化实验1234A-4混凝土适配配合比（kg/m3）原料胶凝材料水废石尾矿减水剂重量4001037783A-5混凝土抗压强度结果（MPa）1234渣、12%脱硫石膏）胶凝材料制备的C30混凝土，具有早期强度较高后期强度稳定增长的优点，力学性能完全符合C30混凝土的要求，为最优配合比。则最终房屋的A-6自建房屋混凝土配合比（kg/m3）原料胶凝材料水废石尾矿减水剂重量钢渣矿渣脱硫石膏14810377837028248按照表A-6制备混凝土，并将混凝土进行耐久性能研究，将试块送至国家建筑进行收缩试验、碳化试验、抗氯离子渗透性（RCM）、抗氯离部分置于室外与建设房屋作为同条件养护试样，部分置于温度为20±1℃,相对湿度A-7混凝土长龄期抗压强度结果（MPa）护--护-本试验中测定混凝土收缩率时所选用100mm×100mm×515mm的棱柱体试件为标准试件。在制备混凝土试块时，在混凝土试块的两端预埋测头。测头为铜质。结合试验标准GB/50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行测试，蒸汽养护混凝土试件静置24小时脱模，测量初始长度。测完将试件放入蒸汽养），护护混凝土耐久性检测结果图A-9首钢一体化房屋表A-9一体化房屋混凝土配合比水量水胶比砂率///79/放入温度为20±1℃,相对湿度为90%的养护箱内进行标准养护。测量长A-10混凝土长龄期抗压强度结果////本试验中测定混凝土收缩率时所选用100mm×100mm×515mm的棱柱体试件为标准试件。在制备混凝土试块时，在混凝土试块的两端预埋测头。测头为铜质。结合试验标准GB/50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行测试，蒸汽养护混凝土试件静置24小时脱模，测量初始长度。测完将试件放入蒸汽养），准养护箱进行养护。以后按规定龄期测量拨不通龄期时试件长度。混凝土的体积变A-10混凝土长龄期收缩率结果/%件迁钢钢渣大掺量道路混凝土的制备与研究。（1）优化了钢渣比表面积、钢渣掺量、石膏掺量，并研究胶凝材料中不同钢渣掺量的水化机理。表A-9为钢渣比表面积、钢渣掺量、石膏掺量三个因素对胶砂试表A-9正交试验结果/%123456789由以上的试验数据得到最佳的试验条件为：钢渣比表面积为475m2/kg，钢渣图A-10不同钢渣掺量28d水化产物的XRD谱图观察不同钢渣掺量的XRD图谱变化得到1）随着钢渣掺量的增加，RO相对应的衍射峰基本不变，这说明在水化过程中，RO相基本未参与反应2）在XRD图谱中仍存在脱硫石膏的衍射峰，脱硫石膏的残余说明水化反应的不充分，这有可能是其他原料反应量少或反应体系活性低导致3）不同钢渣掺量的XRD图谱中均出现了AFt和C-S-H凝胶物质，这是因为体系中发生了水化反应，从两种产物的衍射峰强度变化规律可以判断，当钢渣掺量为20%时，其水化产物生成量较多，说明一味地增加或减少钢渣掺量对提高整个反应体系的胶凝活性并不总是有利的，而（2）以优化后的胶凝材料配比，迁安当地砂石为骨料，研究了胶凝材料总量、水胶比及砂率对混凝土力学性能的影响，制备出C30道路混凝土，28d抗压强度为表A-10C30道路混凝土配比(kg/m3)水表A-11C30道路混凝土试块测试结果（3）经钢渣骨料压碎值、颗粒级配、堆积密度、安定性等性质检测后，以部分钢渣替代普通砂石，制备得到的道路混凝土在收缩性、抗碳化性、抗氯离子渗透性图A-11钢渣骨料混凝土内部形貌图图A-11为钢渣骨料混凝土3d、28d养护的内部形貌图，养护至3d时，体系内部出现短棒状的AFt及簇状的C-S-H凝胶，但仍有些空隙未被填充；养护至28d时，内部结构致密，孔隙减少，AFt及C-S-H凝胶水接在骨料之间，且部分骨料被水化产物包裹围绕，使骨料间结合的更为紧密，这对表A-12钢渣骨料混凝土收缩率试验结果（‰）102345整体来看，在混凝土中掺入钢渣骨料后体积收缩率均有所降低，随着养护时间的增加，与普通砂石混凝土相比，钢渣骨料混凝土的收缩速率有所降低，随着钢渣图A-12(1)钢渣替代砂子的混凝土碳化深度变化;(2)钢渣替代石子的混凝土碳化深度变化混凝土抗碳化能力最佳对应的替代量分别为：-5mm钢渣75%替代砂子，粗骨料表A-13钢渣替代砂子的电通量结果（C）0表A-14钢渣替代石子的电通量结果（C）0抗氯离子渗透能力最佳对应的替代量分别为：-5mm钢渣75%替代砂子，粗骨料为普通石子；5~25mm钢渣50%替代石子，细骨料为普通砂，与试验及抗压强度试表A-15钢渣替代砂子耐磨性检测结果（mm）0表A-16钢渣替代石子耐磨性检测结果（mm）0混凝土耐磨性最佳对应的替代量分别为：-5mm钢渣75%替代砂子，粗骨料为普邯钢冶金渣协同制备冶金渣胶凝材料及混凝土研究（1）研究矿渣-转炉渣-精炼渣-石膏多元胶凝材料体系的协同水化机理及其可行性。其中精炼渣有助于提高早期强度，矿渣和转炉渣有助于保持强度持续而稳定的（2）使用滚筒法转炉渣作为细骨料，并掺入2%钢纤维，制备出冶金渣胶凝材料钢纤维增强超高性能混凝土，3天抗压强度可达28天抗压强度的67%，28天抗压表A-20超高性能混凝土正交试验因素和水平表/%/%1523表A-21超高性能混凝土正交试验结果A1B1C1D1A1B2C2D2A1B3C3D3A2B1C2D3A2B2C3D1A2B3C1D2A3B1C3D2A3B2C1D3A3B3C2D1精炼渣掺量的变化对混凝土早期的抗压强度有明显影响，但对中后期强度的影响不明显。因此精炼渣的掺量可以作为调节超高性能混凝土早期强度的主要控制因表A-22超高性能混凝土优化配比（kg/m3）水该配合比中单方胶凝材料用量为933.3kg，水胶比为0.2。使用该配比方案进行验证试验，混凝土试块在3天、7天及28天抗压强度分别为73.0MPa、89.9MPa、（3）研究了各组分含量、水胶比、减水剂等因素对矿渣-转炉渣-精炼渣-石膏胶凝材料体系的影响，优化混凝土配合比。精炼渣的掺量可以作为调节超高性能混凝土早期强度的主要