隨著工業的快速發展，大宗工業固體廢棄物的資源化利用問題日益緊迫。目前，我國約有70%的鋼渣尚未得到合理利用。大量堆存的鋼渣不僅造成資源嚴重浪費，還對土地資源及生態環境產生顯著破壞。鋼渣的礦物組成與水泥相近，主要包括硅酸二鈣、硅酸三鈣、鐵鋁酸鈣等，盡管其活性硅酸鹽礦物含量遠低于水泥，但仍具備一定的膠凝活性。利用鋼渣、礦渣和石膏制備低碳膠凝材料，以替代傳統硅酸鹽水泥，有助于推動水泥行業實現節能減排。

針對當前低碳膠凝材料存在的強度偏低、鋼渣利用率不高等問題，揚州大學龔泳帆團隊開展了鋼渣粉低碳膠凝材料的組成設計與水化機理研究。該團隊以鋼渣粉、礦渣粉、石膏和鋁酸鈣為原料，制備了一種鋼渣粉低碳膠凝材料；探討了鋼渣粉細度對其膠凝活性的影響，確定了鋼渣粉的最佳細度范圍；通過正交試驗明確了材料的優化配比方法；闡明了石膏類型對低碳膠凝材料性能的影響機制，并揭示了該低碳膠凝材料的水化機理。該研究對促進鋼渣資源化利用、推動行業節能減排具有重要意義。目前該研究內容已獲專利授權。

• 鋼渣粉細度對低碳膠凝材料活性的影響

機械活化可以明顯提高鋼渣的膠凝活性，行星式球磨機最佳粉磨時間為15 min，比表面積可達到402 /kg，平均粒徑為20.74 μm，其活性指數為82.73%，較原粉提高了25.4%。

• 鋼渣粉低碳膠凝材料最佳配比

以凈漿抗壓強度為評價指標，通過正交試驗并結合方差、極差分析得到鋼渣粉低碳膠凝材料最佳配合比：鋼渣與礦渣的摻比為2∶3、鋁酸鈣的摻量為5%、二水石膏的摻量為20%，此時28 d凈漿試件抗壓強度為44.4 MPa。

• 石膏類型對鋼渣粉低碳膠凝材料性能的影響

二水石膏激發效果最佳，該體系在水膠比為0.4的條件下膠砂試件28 d抗壓強度為40.7 MPa，24 h的pH值穩定在9.2左右，離子溶出趨勢與水化反應趨勢相一致，3 d水化放熱總量較低（91.92 J/g），堿度和水化熱均遠低于普通硅酸鹽水泥。水化產物主要為鈣礬石和C-(A)-S-H凝膠，隨著水化齡期的增長，強度也隨之穩定增長。同時，鋼渣粉低碳膠凝材料具有低堿、低水化熱等特性。

• 鋼渣粉低碳膠凝材料水化機理分析

在鋼渣粉低碳膠凝體系中，礦渣、鋼渣提供堿性物質，二水石膏提供SO^2-，鋁酸鈣提供Al³⁺的同時激發鋼渣的水化，四者協同作用生成溶解度低且穩定的鈣礬石類復鹽。隨著水化持續進行，鋼渣與石膏不斷提供堿性反應環境，促進礦渣的水解反應，生成C-(A)-S-H凝膠。凝膠類物質與鈣礬石形成的致密結構，是低碳膠凝材料體系強度的主要來源。

圖5 低碳膠凝材料水化機理

• 現場試驗

利用鋼渣粉低碳膠凝材料制備植生混凝土，具有堿度低、強度高、抗凍性好、耐水性好等特點，在出芽率、成坪率、植被覆蓋率、植株平均生長高度等方面均優于普通植生混凝土。技術指標：鋼渣粉低碳膠凝材植生混凝土pH值＜9.0 、抗壓強度＞10 MPa、孔隙率＞25%。

圖6 鋼渣粉低碳膠凝材植生混凝土應用現場

作者簡介

龔泳帆

揚州大學土木與交通學院講師

碩士生導師

江蘇省“科技副總”，揚州大學“海外教育優秀教師”， 江蘇省土木建筑學會建筑材料專委會委員， 江蘇省復合材料學會水泥基復合材料專委會委員。目前主要從事固體廢棄物資源化利用、高性能水泥基復合材料、水工混凝土等領域的研究工作。 作為負責人主持課題10余項，發表學術論文30余篇，獲授權中國發明專利15項，編制國家標準2項、行業標準1項。指導學生獲第十九屆“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽“揭榜掛帥”專項賽一等獎、“建行杯”江蘇大學生創新大賽（2025）省賽二等獎。

《金屬礦山》簡介

《金屬礦山》由中鋼集團馬鞍山礦山研究總院股份有限公司和中國金屬學會主辦，主編為中國工程院王運敏院士，現為北大中文核心期刊、中國科技論文統計源期刊（中國科技核心期刊）、中國精品科技期刊（F5000頂尖學術論文來源期刊）、中國百強報刊、RCCSE中國核心學術期刊（A）、中國期刊方陣雙百期刊、國家百種重點期刊、華東地區優秀期刊，被美國化學文摘（CA）、美國劍橋科學文摘（CSA）、波蘭哥白尼索引（IC）、日本科學技術振興機構數據庫（JST）等世界著名數據庫收錄。主要刊登金屬礦山采礦、礦物加工、機電與自動化、安全環保、礦山測量、地質勘探等領域具有重大學術價值或工程推廣價值的研究成果，優先報道受到國家重大科研項目資助的高水平研究成果。根據科技部中國科技信息研究所發布的《2024中國科技期刊引證報告（核心版）》，《金屬礦山》核心總被引頻次位列26種礦業工程技術學科核心期刊第1位；根據中國知網發布的《中國學術期刊影響因子年報》（2024版），《金屬礦山》學科影響力位居73種礦業期刊第9位。

供稿：楊 婷

編排：余思晨

審核：王小兵

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