碳酸化钢渣在建筑材料中的应用现状

邵一心教授课题组将钢渣在16MPa的压力下压制成型制备Φ15mm×30mm的试块，脱模后进行碳酸化养护，养护2h后强度即可达到80MPa，继续水化28d强度可继续提高至110.6MPa，研究结果表明钢渣早期强度的增长主要由γ-C2S碳酸化提供，后期强度的增长主要是由于β-C ₂ S的水化反应。Mahoutian等将钢渣在12.5MPa的压力下压制成型制备Φ127mm×12mm的试块，对比了EAF钢渣和EBH(EAF+BOF)钢渣碳酸化性能的差异，结果表明，经过2h的碳酸化养护，EAF钢渣吸收的二氧化碳仅为2.9%，EBH钢渣吸收了3.3%的CO ₂ ，而抗压强度也分别只达到了7.9MPa和13.4MPa。Johnson等在水固比0.125的条件下将钢渣搅拌均匀压制成型后在0.3MPa的CO ₂ 气体中养护1h，固碳量达到了18%，制品的强度为9MPa。常钧等也研究了钢渣粒度、水固比、成型压力、CO ₂ 压力、CO ₂ 浓度、碳酸化时间等参数对钢渣固碳量和强度发展的影响，并对钢渣碳酸化的机理进行了深入的研究，同时对碳酸化养护钢渣过程中微观结构变化及强度增长的机理进行了分析。表1列出了部分研究结果，由表1可知，钢渣制品的固碳量和抗压强度受碳酸化工艺参数的影响较大，抗压强度与固碳量也并不呈正相关的关系。本课题组前期的研究结果表明，除上述工艺参数外，钢渣的固碳量和抗压强度还受钢渣的化学组成和矿物组成影响较大，钢渣中β-C ₂ S的碳酸化对强度贡献率最高，γ-C ₂ S和Ca(OH) ₂ 的固碳量高但对强度贡献率却较低。钢渣除用于制备板、砖等钢渣制品外，还可以通过成球、碳酸化养护制备人工骨料或者将钢渣粉首先压制成型、碳酸化养护之后再经破碎、筛分制备钢渣骨料用于混凝土中。上述结果表明，经碳酸化养护的人工骨料取代部分天然骨料制备的混凝土抗压强度和体积安定性均可提高。

碳酸化过程受CO ₂ 扩散速度影响，对于碳酸化技术养护钢渣混凝土(钢渣作骨料或矿物掺合料)，存在所需碳酸化养护时间长、钢渣混凝土试块内部碳酸化程度低、体积安定性不能完全保障的隐患。因此，可以对钢渣进行预碳酸化处理后再应用于混凝土中。Bodor的研究表明，钢渣粗骨料和细骨料的碳酸化程度差异很大，通过碳酸化预处理之后取代不同粒度的骨料，钢渣安定性有不同程度的改善，综合砂浆的流动性、体积安定性、抗压强度和重金属离子的溶出等因素，认为粒径小于0.5mm的钢渣碳酸化预处理之后取代细骨料效果最佳。Chen的研究表明，钢渣在60℃条件下碳酸化3h可以吸收215gCO ₂ ，碳酸化预处理的钢渣取代10%的水泥后可以缩短凝结时间，提高早期强度和抗硫酸盐侵蚀能力，原因在于钢渣在碳酸化过程中会形成纳米碳酸钙，为水泥的水化提供成核位点，促进水泥的水化反应。