钢渣是炼钢过程中排出的废渣，其排放量约占粗钢产量的15%～20%。按目前我国年产钢3亿t计，年排放钢渣量达4 500万～6 000万t。目前很多钢厂渣满为患，不仅占用宝贵的土地，同时还污染环境。钢渣综合利用，使其变废为宝已成为一个非常急迫的问题。本研究的目的是探索利用钢渣生产混凝土空心砌块的可行性，为大规模利用钢渣提供一个有效途径。
1 原材料
钢渣来自四川江油长钢集团公司，主要化学成分见表1。X衍射分析表明，其主要矿物组成为橄榄石、镁基薇辉石、RO相(FeO、MgO、MnO的固溶体)、枪晶石等。经绵阳市质检站放射性检测证明，该钢渣的内、外放射指数分别为0.12和0.08，都远小于国家标准的规定值(内放射指数不大于1.0，外照射指数不大于1.3)。钢包灰来自长钢集团公司；石膏、32.5级和42.5级水泥来自双马水泥集团公司；石灰、芒硝系市售产品。
表1 钢渣的主要化学成分（%）
CaO SiO2 Fe2O3 Al2O3 MgO P2O5
41.65 25.06 18.24 5.88 6.80 0.68
2 钢渣的活性分析
采用强度试验的方法来确定钢渣、矿渣和粉煤灰的相对活性。这3种材料的粉磨细度相近(比表面积分别为3573、3721、3652 cm2/g)，均按30%掺量分别掺入42.5级水泥中，按国标水泥胶砂试验方法测定其28 d抗压、抗折强度，结果见表2。
表2 掺入不同掺合料后水泥28d 强度（Mpa）
项 目 钢渣 粉煤灰 矿渣
抗折强度 7.4 7.6 93
抗压强度 42.2 42.5 6.9
由表2可见，钢渣的活性与粉煤灰相近，但比矿渣低得多。总体来说，钢渣的活性较低，若用其生产墙体材料，必须对以钢渣为主的胶凝材料进行优化配制。
3 胶凝材料优化配制
胶凝材料是空心砌块的活性组分，直接关系到空心砌块的性能。在大量实验的基础上，选定了32.5级水泥、钢包灰、石灰、芒硝、石膏、钢渣6个组分来优化配制胶凝材料，其中石灰、芒硝、石膏是作为激发剂掺入。钢包灰是炼钢的副产品，主要成分为CaO。石膏和钢渣分别磨细至比表面积3421、3573 cm2／g。胶凝材料配合比及28 d抗折、抗压强度见表3。
表3 胶凝材料配合比及其28 d强度
配合比 % 28d强度 MPa
编号 水泥 钢包灰 石灰芒硝石膏 钢渣 水胶比 抗折 抗压
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
实验过程中发现，掺有钢包灰的配合比1、5、9号试样28d时，表面存在不同程度的龟裂，其原因是由于钢包灰中存在死烧状态的石灰引起的。掺有石灰的配合比2、6、10号试样需水量大，需掺高效减水剂，势必增加生产成本；掺有石膏的配合比4、8、12号试样强度低，说明石膏对钢渣的活性激发效果不理想。相对而言，芒硝的活性激发效果最好。从降低成本和最大幅度利用钢渣的角度，选定配合比7号试样作为配制混凝土空心砌块用胶凝材料。
4 钢渣混凝土空心砌块的配制
利用配合比7号试样作为胶凝材料，破碎的钢渣作为粗集料(最大粒径12 mm)，天然河砂为细集料，配制混凝土空心砌块。混凝土的配合比为：m(胶凝材料)∶m(粗集料)∶m(细集料)∶m(水)=1∶3.64∶1.95∶0.35。空心砌块的尺寸为390 mm×190 mm×190 mm，空心率为50%，共成型5组砌块。
根据GB 8239—97《普通混凝土小型空心砌块》进行测试，测得的抗压强度见表4，耐久性测试结果见表5。
表4 钢渣混凝土空心砌块的强度 Mpa
试样组号 1 2 3 4 5
抗压强度 12.6 14.8 11.8 10.9 12.8
由表4可以看出，利用钢渣配制的空心砌块强度达到MU10。
表5 钢渣混凝土空心砌块的耐久性
项 目 标准值 检验结果
砌块空心率% ≥25 50
砌块相对含水率% ≤35 18.9
砌块抗渗性mm 3块中任一块的水面下 6.4
砌块抗冻性强度损失% ≤25 9.8
质量损失 % ≤5 1.9
由表5可见，该砌块的耐久性较好，完全满足国家标准要求，因此用钢渣生产混凝土空心砌块是可行的。
5 结论
(1)钢渣的活性较低，和粉煤灰相近。
(2)相对石灰和石膏而言，芒硝对钢渣的活性激发效果较好。
(3)用40%32.5级水泥，58%磨细钢渣，2%的芒硝，控制水灰比0.35，配制的胶凝材料28 d抗压强度达到22.5 MPa。
(4)利用上述胶凝材料作为胶结料，破碎的钢渣为粗集料，天然河砂为细集料，控制水灰比为0.35，生产规格为390mm×190 mm×190 mm、空心率为50%的空心砌块，其强度等级达MU10，且耐久性满足GB 8239—97要求。
