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来源: АrсhDаilу

什么是钢渣混凝土?

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建筑业是世界上最大的行业之一,水泥和混凝土确实是其成功的基石。 从史前洞穴发展到今天高耸入云的摩天大楼,混凝土结构已经并将继续成为现代文明的重要组成部分,为建筑物、道路、桥梁、隧道和水坝提供持久、可靠的支持。 以至于混凝土是地球上消耗最多的材料,仅次于水,而用于加固它的钢材是迄今为止最常用的金属。 但这并非没有高昂的环境成本:混凝土占全球二氧化碳排放量的 8%,其中大部分来自沙子、砾石和碎石等骨料的开采和运输。

建设更健康的城市的很大一部分是使混凝土更具可持续性,但这也带来了许多挑战。 停止混凝土生产根本是不可能的,完全取代它是一个似乎仍然遥不可及的长期方法。 因此,今天的重点是寻找方法来减少材料对环境的影响,同时又不影响其高性能。 但是去哪里看呢? 最近的研究表明,可以在回收的工业废料中找到一种解决方案,特别是在称为钢渣的炼钢副产品中。 下面,我们将揭示其在建筑和建筑行业的巨大潜力。

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用工业废料代替天然骨料

骨料是混凝土最重要的组成部分之一。 其体积的大约四分之三是由用水泥粘合在一起的细骨料和粗骨料组成的。 这意味着混凝土的所有基本特性——耐久性、机械强度、适用性等——都与骨料的质量和类型密切相关。 几十年来不知疲倦地使用,传统上用于混凝土混合物的大多数天然骨料都很稀缺,显示出与耐久性相关的问题,并且它们的开采造成了大量污染。 正如这项 2021 年的研究表明的那样,“多年来,自然资源的无节制使用带来了严重的环境问题。 例如,随意从河床中取沙和砾石,造成了环境破坏。” 因此,替代天然骨料成为解决可持续性问题的替代解决方案。

尽管其大型建筑潜力仍在研究和测试中,但钢渣作为水泥或骨料的部分替代品在建筑行业中具有广阔的前景。 多年来,多项调查对此进行了探索,许多研究人员和工程师已经发现可以使用钢渣作为合适的混凝土骨料。 钢渣被认为是最令人鼓舞的废料之一,是钢铁生产中不可避免的副产品。 它是在炼钢炉中钢水与杂质分离过程中大量产生的。 炉渣以熔化的液体熔体形式出现,是硅酸盐和氧化物的复杂溶液,冷却后凝固,形成玻璃状颗粒状材料,然后将其压碎至合适的尺寸,用作混凝土中的骨料(或进一步加工以生产其他产品)。

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矿渣既丰富又具有潜在价值。 “全球炼钢业每年产生超过 1.3 亿吨钢渣,”墨尔本 RMIT 大学的水工程师 Biplob Pramanik 说。 根据世界钢铁协会的数据,仅欧洲就有 1570 万吨这种钢渣作为副产品出现,其中 1150 万吨被回收利用。 世界各地钢厂产生的大量钢渣是回收这种材料的主要动力,更不用说它会被丢弃。

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提高强度、耐久性和环境可持续性

在混凝土中使用钢渣最终减少了钢铁行业产生的废物量。 工业废料具有高度污染性,因此赋予它新的价值是为循环经济做出贡献的好方法。 同时,钢渣混凝土减少了对原始骨料材料的需求,避免了对有限自然资源的开采,减少了二氧化碳排放,同时保持了混凝土出色的物理质量。

由于不可能停止水泥和混凝土生产,因此最好转向回收工业废物,这是另一个环境问题,作为当前问题的替代解决方案。 – Gencel 等人,2021 年

钢渣混凝土近年来受到广泛关注的另一个原因是它提供了一系列超出其环境可持续性的好处。 当混凝土浇筑和养护时,钢渣颗粒成为混凝土基体不可或缺的一部分,充当填料并有助于提高混凝土的密度,从而提高其强度和耐久性。

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由于钢渣是一种非常致密和坚硬的材料,它耐风化和抗撕裂,比砾石和碎石灰石等传统骨料能承受更大的载荷和压力。 事实上,澳大利亚科学家用钢铁废料制造了新混凝土,结果强度提高了 17%。 还有人发现,钢渣骨料样品的抗压强度明显高于石灰石碎石样品,而且随着钢渣率的增加,透水孔体积减小,可加工性更好,更容易放置和收尾。 它还具有比传统骨料更低的热膨胀系数,这意味着它可以减少混凝土结构的收缩开裂。

钢渣在环境、经济和可持续发展方面都具有巨大的效益。 它可以以高达 45% 的替代率替代硅酸盐水泥,并具有显着的抗压强度值。 – Gencel 等人,2021 年

具有非凡潜力的颠覆性材料

由于其机械强度、孔隙率、耐磨性和吸水性,钢渣已被用作沥青路面混合料的细骨料和粗骨料,以及熟料的原料、铁路道碴和填充材料在各种发掘中。 由于先进的研究和测试,它在混凝土中的应用因其环境和物理特性而越来越受到认可,这可能意味着它很快就会扩展到其他用途。 例如,作为桥面和摩天大楼等高强度混凝土结构的合适材料,或用于传统上用普通混凝土建造的任何其他建筑物,并且可以使用额外的耐用性和可持续性。 工程师、建筑师和设计师可以利用这些有前途的品质,并充分利用这些材料,因为他们的目标是建造更健康、更好的建筑。

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然而,值得注意的是,钢渣混凝土没有像传统混凝土那样得到充分研究,它的发展方式在今天仍然存在一些局限性——其中,由于金属铁在混凝土中的存在而导致的膨胀潜力。渣和其他与混凝土部件的反应,从长远来看可能是不希望出现的。 但即使作为一种颠覆性材料,钢渣混凝土也具有非凡的潜力。 随着世界变得越来越暖和,这种性质的创新材料将永远值得探索。

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