钢渣作为炼钢工艺过程中必然副产品,其产量随着钢产量的增加大幅攀升,而钢渣回收利用的方法和能力极其有限。因此,如何有效地综合利用这些钢渣,对进一步促进我国钢铁工业持续高效地发展具有重要意义。陶粒是一种具有高强度、低吸水率(1h吸水率)、良好的级配的新型建筑材料,用其配制的混凝土具有质轻、比强度高、抗震性能好等特点。在高层建筑及大跨度桥梁中的应用具有显著技术经济效益。本研究利用钢渣制备钢渣-粉煤灰烧胀陶粒和钢渣-粉煤灰免烧陶粒。为一直难于利用的钢渣找到了新的利用途径,提高了材料的技术含量和附加值。具有环境和经济的双重效应。本文分为两个部分：利用钢渣制备烧胀陶粒的研究和利用钢渣制备免烧陶粒的研究。第一部分：利用钢渣制备了烧胀陶粒。研究了钢渣和粉煤灰的用量以及热处理制度对陶粒性能的影响。探讨了陶粒的膨胀机理,并对陶粒进行了表征。首先,综合分析了钢渣掺量对陶粒烧结性和膨胀性能的影响以及对陶粒性能的影响。研究表明,随着钢渣的加入,可以有效降低陶粒的烧结温度。然而过多的钢渣会限制陶粒的膨胀,并且会缩小陶粒的烧结范围。综合考虑,确定了陶粒的配方为：粉煤灰75%、钢渣10%、粘土10%和碳粉5%。其次,通过正交设计等试验方法获得最佳的烧成工艺参数为：预热温度：600℃,预热时间：20min；烧结温度1230℃,烧结时间4min。烧结后的陶粒剖面周围是一圈棕灰色的较致密的外壳,内部形成疏松的蜂窝状结构。陶粒外表面具有明显的釉面光泽。堆积密度可达830Kg/m3,筒压强度可达6.8MPa,吸水率为3.01%。其各项指标均符合(GB/T17431.1-1998)中规定的高强陶粒的要求。通过XRD和SEM分析可知,陶粒内部大部分是硅酸盐和铝酸盐的玻璃体,构成了疏松多孔的蜂窝状结构。钢渣陶粒的主要晶体矿物为石英(α-SiO2),莫来石(3Al2O3·2SiO2),以及硅灰石(β-CaSiO3)等晶体。同时系统分析了钢渣的化学成分在烧制陶粒过程中的作用和陶粒膨胀机理。研究表明,钢渣的化学成分和矿物组成对陶粒在烧结过程中的膨胀和助熔起重要的作用,陶粒的膨胀模式符合前期动态平衡和后期静态平衡模式。第二部分：利用钢渣为主要原料制备了免烧陶粒。研究了外加剂和养护制度对陶粒性能的影响。首先考察了不同碱激发剂的激发效果,确定了二水石膏和水玻璃复合激发剂作为免烧陶粒的碱激发剂。再次考察了粉煤灰与钢渣的比值对陶粒性能的影响,确定粉煤灰与钢渣的最佳比值为3：2。最后,通过单因素分析,确定了不同添加剂的掺量范围,再采用正交试验的方法,确定添加剂的最佳掺量为：铝粉为0.5%,二水石膏为5%,水玻璃为1%。另外本文还对陶粒养护制度进行了考察,研究表明,提高蒸养温度和增加蒸养时间对陶粒强度的发展具有显著的影响。免烧陶粒的制备过程可分为发气阶段和水化硬化阶段两个阶段,钢渣与粉煤灰的复合促进了水化反应的进程,各个组分均有C-S-H生成。对比分析本研究制备的两种陶粒的可知：免烧陶粒的堆积密度和吸水率都明显高于烧胀陶粒；筒压强度无明显差别；免烧陶粒在对钢渣的利用率上具有一定的优势。