建筑业是世界上最大的行业之一，水泥和混凝土是其成功的基石，从史前洞穴发展到如今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。如此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。但这需要高昂的环境成本：混凝土占了全球二氧化碳排放量的８％，其中大部分来自砂、砾石和碎石等骨料的开采和运输。
要建设更健康的城市很重要的一部分是使混凝土变得更具可持续性，但这将伴随着许多挑战。停止混凝土生产是根本不可能的，完全取代它是一个似乎仍然遥不可及的需要很长时间的方法。因此，当前的重点是能在不影响其高性能的情况下，找到方法来减少材料对环境的影响。但该往哪里找呢？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，特别是在一种被称为钢渣的炼钢副产品中。下面，我们将揭示其在建筑和施工行业的巨大潜力。
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，混凝土体积的大约四分之三是由细骨料和粗骨料由水泥粘合在一起的。这意味着混凝土的所有基本特性——耐久性、强度、适用性等，都与骨料的质量和类型密切相关。由于几十年来不厌其烦地使用，传统的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，而且骨料的开采造成了大量污染。正如这项 2021 年的研究表明，“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，从河床中无节制地提取沙和砾石已经造成了环境破坏。”因此，替代天然骨料成为解决可持续发展问题的另一种解决方案。
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，即使其在大规模建筑中地应用潜力仍在研究和测试中。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使用钢渣作为合适的混凝土骨料是可能的，钢渣被认为是最激动人心的废料之一，是钢铁生产中不可避免的副产品。它是在炼钢炉中分离钢水与杂质的过程中产生的，数量很大。钢渣以熔融液体的形式出现，是硅酸盐和氧化物的复合溶液，冷却后凝固，形成玻璃颗粒状材料，然后被粉碎至合适的大小，用作混凝土中的骨料（或进一步加工以生成其他产品）。
矿渣数量大又有潜在价值。“全球炼钢业每年产生超过 1.3 亿吨钢渣，”墨尔本 RMIT 大学的水务工程师 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对这种材料回收的主要动机，尤其是知道这些材料本来会被丢弃。
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钢量。工业废料具有高度污染性，因而赋予它新的价值是为循环经济做出贡献的一个好方法，同时，钢渣混凝土的应用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质量。
“由于不可能停止水泥和混凝土的生产，因此最好转向回收工业废料，这是将解决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”
近年来，钢渣混凝土受到广泛关注的另一个原因是它除了提供环境可持续性之外还提供了其他一系列好处。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，作为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。
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，对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渣制造了新混凝土，结果强度比原来提高了 17%，其他发现显示，钢渣骨料样品的抗压强度明显高于碎石灰石样品，并且渗透孔体积随着钢渣率的增加而减小，这赋予了混凝土更好的和易性，并且更容易制作完成。它还具有比传统骨料更低的热膨胀系数，这意味着它可以降低混凝土结构收缩开裂的可能。
“钢渣在环境、经济和可持续发展方面都能提供巨大的效益。它可以以高达 45%的替代率替代硅酸盐水泥，并具有显著的抗压强度值——Gencel 等人，2021 年”
具有非凡潜力的破坏性材料
由于其良好的强度、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，以及在发掘中的熟料的原料、铁路道碴和填充材料。得益于先进的研究和测试，钢渣在混凝土中的应用因为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被扩展到其他用途。例如，将其作为桥面和摩天大楼等高强度混凝土结构的适宜材料，或用于传统用普通混凝土建造的任何其他建筑物，并且可以提供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景的特性，并充分利用这些材料，致力于建造更健康、更好的建筑。
然而，值得注意的是，钢渣混凝土没有像传统混凝土那样已经得到充分研究，它的发展在今天仍然存在一些局限性。其中，由于钢渣中铁的存在，有可能导致混凝土发生膨胀，以及与混凝土其他部件产生反应，从长远来看可能不可取。但即使作为一种具有破坏性的材料，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总是值得探索的。
译者：SiyuanSun
