CN115368092A - 一种建筑产品、建筑材料及它们的制造方法 - Google Patents

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CN115368092A CN202210634138.1A CN202210634138A CN115368092A CN 115368092 A CN115368092 A CN 115368092A CN 202210634138 A CN202210634138 A CN 202210634138A CN 115368092 A CN115368092 A CN 115368092A
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M·马霍提安
Z·格霍列
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Abstract

本发明涉及一种建筑产品、建筑材料及它们的制造方法。具体而言，一种建筑产品，其包含粒状材料和含有钢渣的粘合剂。一种制造建筑产品的方法，其包括组合粒状材料和粘合剂，然后用二氧化碳固化组合的粒状材料和粘合剂。一种建筑材料，其包含钢渣和富二氧化硅材料的混合物，钢渣和富二氧化硅材料经加热处理。富二氧化硅材料可以是废弃玻璃和/或飞灰。一种制造建筑材料的方法，其包括混合钢渣和富二氧化硅材料；并进一步加热该混合物。

Description

一种建筑产品、建筑材料及它们的制造方法
本申请是分案申请，其原申请的国际申请号为PCT/CA2015/000176，中国国家申请号为201580019227.3，申请日为2015年3月23日，发明名称为“来自炼钢残渣的碳酸盐结合构建产品及其制造方法”。
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年3月21日递交的题为“来自炼钢残渣的碳酸盐结合构建产品及其制造方法”的美国临时专利申请第61/968,991号的优先权，在此通过援引将其公开内容全部并入。
技术领域
本发明的主题涉及建筑产品和材料，更具体而言，涉及包含钢渣的建筑产品和材料。
背景技术
在建筑业中，使用包括混凝土砌块的各种产品。此种混凝土砌块是预浇制的，并且由包埋在硬材料基质(水泥或粘合剂)中的粗粒料(骨料或填料)等构成，该硬材料基质填充了集料颗粒之间的空间并将其胶粘在一起。常用的粘合剂是波特兰水泥。
水泥业是主要的二氧化碳(CO2)生产者，而二氧化碳(CO2)被认为是主要的温室气体。因此，不利的是，在制造水泥时进行的化学反应产生大量CO2。
发明内容
因此，高度期望提供将至少部分地解决现有技术的上述缺陷的系统或方法。
本文描述的实施方式在一个方面提供了一种建筑产品，其包含粒状材料和含有钢渣的粘合剂。
本文描述的实施方式在另一方面提供了一种制造建筑产品的方法。所述方法包括：提供粒状材料和含有钢渣的粘合剂；组合粒状材料和粘合剂；并用二氧化碳固化组合的粒状材料和粘合剂。
本文描述的实施方式在另一方面提供了一种建筑材料，其包含钢渣和富二氧化硅材料的混合物，所述混合物经加热处理。
本文描述的实施方式在另一方面提供了一种制造建筑材料的方法，所述方法包括：混合钢渣和富二氧化硅材料；并加热钢渣和富二氧化硅材料的混合物。
根据本文描述的示例性建筑产品，用二氧化碳实现固化。
根据本文描述的示例性建筑产品和制造建筑产品的方法，所述建筑产品是预浇制的。
根据本文描述的示例性建筑产品和制造建筑产品的方法，所述建筑产品是墙板。
根据本文描述的示例性建筑产品和制造建筑产品的方法，所述建筑产品是构建砌块(construction block)。
根据本文描述的示例性建筑产品和制造建筑产品的方法，所述钢渣包括电弧炉渣和碱性氧气炉渣的至少一种。
根据本文描述的示例性建筑产品和制造建筑产品的方法，所述钢渣的累积硅酸钙含量为至少约20％。
根据本文描述的示例性建筑产品和制造建筑产品的方法，所述钢渣的游离石灰浓度为小于约7％。
根据本文描述的示例性建筑产品和制造建筑产品的方法，所述钢渣的二氧化硅含量为至少约6％。
根据本文描述的示例性建筑产品和制造建筑产品的方法，所述粒状材料包含轻骨料，且所述粘合剂包含钢渣。
根据本文描述的示例性建筑产品和制造建筑产品的方法，所述轻骨料选自天然轻骨料、膨胀粘土骨料、膨胀页岩骨料、膨胀渣骨料、膨胀钢渣骨料和膨胀铁渣骨料。
根据本文描述的示例性建筑产品和制造建筑产品的方法，所述粒状材料基本上由轻骨料构成，且所述粘合剂基本上由钢渣构成。
根据本文描述的示例性制造建筑产品的方法，所述方法还包括：在组合粒状材料和粘合剂后，将组合的粒状材料和粘合剂与水混合至第一水渣比，在与水混合后，压实组合的粒状材料和粘合剂，并且在压实后，将组合的粒状材料和粘合剂中的水量减少至低于第一水渣比的第二水渣比，其中，在将水量减少至第二水渣比后，用二氧化碳固化组合的粒状材料和粘合剂。
根据本文描述的示例性制造建筑产品的方法，将组合的粒状材料和粘合剂中的水量减少至第二水渣比包括，对组合的粒状材料和粘合剂施加空气流。
根据本文描述的示例性制造建筑产品的方法，施加空气流增大了组合的粒状材料和粘合剂的孔隙度。
根据本文描述的示例性制造建筑产品的方法，所述第一水渣比对于形成构建砌块的平滑表面是有效的。
根据本文描述的示例性制造建筑产品的方法，所述第二水渣比对于增大固化过程中二氧化碳的吸收是有效的。
根据本文描述的示例性制造建筑产品的方法，所述第一水渣比为至少约0.15，且所述第二水渣比小于约0.12并优选为至少约0.08。
根据本文描述的示例性制造建筑产品的方法，所述第一水渣比为至少约0.2，且所述第二水渣比小于约0.10。
根据本文描述的示例性制造建筑产品的方法，如权利要求23～29中任一项所述的方法，其中，组合的粒状材料和粘合剂在至少约10MPa的压力下进行压实。
根据本文描述的示例性建筑材料和示例性制造建筑材料的方法，所述钢渣包含作为炼钢副产物而产生的钢包渣。
根据本文描述的示例性建筑材料和示例性制造建筑材料的方法，所述富二氧化硅材料包含玻璃和飞灰(fly ash)的至少一种。
根据本文描述的示例性建筑材料和示例性制造建筑材料的方法，所述钢渣和富二氧化硅材料的混合物基本上由废弃和/或回收材料构成。
根据本文描述的示例性建筑材料和示例性制造建筑材料的方法，所述废弃玻璃包括从荧光灯的回收中收集的玻璃。
根据本文描述的示例性建筑材料和示例性制造建筑材料的方法，所述渣(slag)和玻璃的混合物包含约10％～约30％的玻璃。
根据本文描述的示例性建筑材料和示例性制造建筑材料的方法，所述渣和玻璃的混合物包含约20％的玻璃。
根据本文描述的示例性建筑材料和示例性制造建筑材料的方法，所述渣和飞灰的混合物包含约20％～约40％的飞灰。
根据本文描述的示例性建筑材料和示例性制造建筑材料的方法，所述渣和飞灰的混合物包含约30％的飞灰。
根据本文描述的示例性制造建筑材料的方法，所述渣和玻璃的混合物在至少约700℃的温度下加热。
根据本文描述的示例性制造建筑材料的方法，所述渣和玻璃的混合物在约1100℃的温度下加热。
根据本文描述的示例性制造建筑材料的方法，所述渣和飞灰的混合物在至少约800℃的温度下加热。
根据本文描述的示例性制造建筑材料的方法，所述渣和飞灰的混合物在约1250℃的温度下加热。
根据本文描述的示例性制造建筑材料的方法，所述渣和飞灰的混合物以约5℃/分钟的速率加热到所述温度，然后在所述温度下对所述渣和飞灰的混合物加热至少约30分钟的时长。
根据本文描述的示例性制造建筑材料的方法，所述渣和富二氧化硅材料的混合物在约700℃～约1400℃的温度下加热。
根据本文描述的示例性制造建筑材料的方法，所述渣和玻璃的混合物以约5℃/分钟的速率加热到所述温度，然后在所述温度下对所述渣和玻璃的混合物加热至少约30分钟的时长。
根据本文描述的示例性制造建筑材料的方法，所述混合物在约40MPa～约60MPa的压力下在模具中进行压实。
根据本文描述的示例性制造建筑材料的方法，所述方法还包括在加热所述混合物之前压实所述渣和富二氧化硅材料的混合物。
根据本文描述的示例性制造建筑材料的方法，所述方法还包括在加热后冷却所述渣和富二氧化硅材料的混合物。
根据本文描述的示例性制造建筑材料的方法，所述方法还包括在冷却后研磨所述渣和富二氧化硅材料的混合物，由此形成胶凝材料。
附图说明
为了更好地理解本文所述的实施方式并更清楚地显示其如何可以产生效果，现仅通过示例参照附图来示出至少一种示例性实施方式，其中：
图1是一个示例性实施方式的从钢渣制造建筑产品的方法的步骤流程图；
图2是示例性实施方式的碳酸化步骤的示意性表征；
图3是一个示例性实施方式的制造构建砌块的方法的步骤流程图；
图4是一个示例性实施方式的从钢渣制造建筑材料的方法的步骤流程图；
图5是示出了示例性实施方式的渣结合砌块(slag-bonded blocks)的干压缩强度和湿压缩强度的示意图；
图6是示例性实施方式的渣结合砌块和市售水泥砌块在20个冷冻解冻循环后的照片；
图7是示出了示例性实施方式的渣结合砌块和市售砌块在冷冻解冻测试中的质量损失的示意图；
图8是示出了示例性实施方式的木屑-渣比对碳吸收以及碳酸化渣的强度的影响的示意图；
图9是示例性实施方式的钢渣结合木屑板的照片；
图10是示出了示例性实施方式的渣结合木屑板因芯吸而吸水的示意图；和
图11是示出了示例性实施方式的干KOBM渣板和湿KOBM渣板的机械性质的示意图；
图12是一个示例性实施方式的经受24小时碳酸化的钢包渣压实体的质量曲线图；
图13是示出了一个示例性实施方式的渣压实体的破裂图案的照片；
图14是示出了一个示例性实施方式的原样接收(as received)钢包渣的XRD图案的图示；
图15是示出了一个示例性实施方式的原样接收钢包渣的热重分析和差示热重分析的图示；
图16是示出了一个示例性实施方式的碳酸化钢包渣压实体的XRD图案的图示；
图17是示出了一个示例性实施方式的用于水合化和碳酸化钢包渣压实体的热重分析和差示热重分析的图示；
图18是CaO-Al2O3-SiO2的示例性主晶相图的示意图；
图19是示出了一个示例性实施方式的经处理钢包渣压实体的XRD图案的图示；
图20是示出了一个示例性实施方式的经处理钢包渣压实体的热重分析和差示热重分析的图示；
图21是示出了一个示例性实施方式的原样接收渣和合成水泥的XRD图案的图示；
图22是示出了一个示例性实施方式的原样接收渣(L3)和合成水泥(T1100)的热重分析和差示热重分析的图示；
图23是示出了一个示例性实施方式的经受水合化的合成水泥浆的压缩强度的图示；
图24是示出了一个示例性实施方式的经受碳酸化和水合化的合成水泥浆的热重分析和差示热重分析的图示；
图25是示出了一个示例性实施方式的经受碳酸化和水合化的合成水泥浆的XRD图案的图示；
图26是示出了一个示例性实施方式的不同飞灰百分比的所制得水泥制品的压缩强度的图示；
图27是示出了一个示例性实施方式的钢包渣和所制得水泥制品的XRD图案的图示；
图28是示出了一个示例性实施方式的钢包渣和所制得水泥制品的热重分析和差示热重分析的图示；
图29是示出了一个示例性实施方式的不同水合化持续时间的压缩强度的图示；
图30是示出了一个示例性实施方式的经受不同碳酸化和水合化时间的样品的热重分析和差示热重分析的图示；
图31是示出了一个示例性实施方式的经受不同碳酸化和水合化时间的样品的XRD图案的图示。
具体实施方式
可以意识到，为了简洁而清楚地说明，在认为适当时，在附图中可重复使用附图标记来指示相应的或类似的要素或步骤。另外，阐述了许多具体细节来提供本文描述的示例性实施方式的透彻理解。不过，本领域技术人员将理解的是，本文描述的实施方式可以在不使用这些具体细节的情况下实施。在其它情形中，公知方法、工序和部件未进行详细描述，从而不会使本文描述的实施方式模糊不清。另外，此种说明不应认为是以任何方式限制了本文描述的实施方式的范围，而是仅仅描述了本文描述的各种实施方式的实现。
在权利要求和/或说明书中，当与术语“包含(comprising)”一起使用时的词语“一(a)”或“一个(an)”，其可意味着“一种(one)”，不过其还可以与“一种以上”、“至少一种”和“一种或多于一种”的含义一致，除非上下文清楚地做出了另外的指示。相似地，词语“另一(another)”可意味着至少第二个或更多个，除非上下文清楚地做出了另外的指示。
如本说明书和权利要求所用，词语“包含”(及其任何变形，如comprise和comprises)、“具有(having)”(及其任何变形，如have和has)、“包括”(及其任何变形，如include和includes)和“含有(containing)”(及其任何变形，如contain和contains)均是涵盖性和开放式的，并且不排除另外的未记述的要素或方法步骤。
如本说明书和权利要求所用，词语“由……构成(consisting)”及其衍生形式均是指封闭式术语，其规定了所陈述的特征、要素、成分、组、数字和/或步骤的存在，并且还排除了未陈述的特征、要素、成分、组、数字和/或步骤的存在。
本文所用的术语“基本上由……构成(consisting essentially of)”是指规定了所陈述的特征、要素、成分、组、数字和/或步骤以及对这些特征、要素、成分、组、数字和/或步骤的基本和新颖特性没有实质性影响的那些元素的存在。
本文所用的术语“约”、“实质上”和“近似”是指变动项的合理偏差量而使最终结果未显著改变。这些程度术语应当解释为包括变动项的至少±10％的偏差，只要改偏差不会使其改变的词语的含义无效即可。
本文的“钢渣”是指炼钢产生的渣副产物。钢渣可以包括由碱性氧气炉(BOF)产生的渣。钢渣还可以包括由电弧炉(EAF)产生的渣。本文所用的钢渣还可以包括钢包渣。可理解的是，本文所用的“钢渣”不包括通常在铁生产中生成并可在水泥制造中使用的铁渣和高炉渣，如凝硬性渣(pozzolanic slag)。
本文的“钢包渣”是指一种类型的钢渣。钢包渣作为钢包精炼操作的副产物而产生。在各种炼钢过程中，EAF或BOF过程中产生的钢水基于所需钢的品质而进行另外的精炼过程。可将另外的助熔剂(fluxes)和合金添加到钢包中，以除去钢中的杂质，并制得具有所需性质的钢。反应在渣(其中最主要的氧化物是SiO2、Al2O3、CaO和MgO)的存在下进行。该操作已知为钢包精炼，因为其在转移钢包的过程中实施。在该过程中，生成另外的钢渣，即钢包渣。已经观察到，与所制得的钢等级相关的钢包渣的化学组成是高度可变的，并且与BOF和EAF钢渣的化学组成不同。已经观察到，与BOF和EAF钢渣相比，钢包渣显示出较高的氧化铝含量和较低的氧化铁含量。通常，钢包渣表现出的氧化钙/二氧化硅比为约2。
本文的“EBH渣”是指EAF-BOF混杂物，其是一种类型的钢渣，由EAF和BOF产生的渣的混合物形成。
可理解的是，对于细度而言，较大程度的细度表示更细小的状态(即更小的尺寸)，较小程度的细度表示较不细小的状态(即更大的尺寸)。例如，对于用布莱恩细度数测得的细度，较大的布莱恩细度数表示更为细小的状态，且较小的布莱恩细度数表示较不细小的状态。
在全球范围内，炼钢厂产生了约1亿3千万吨渣。电弧炉(EAF)、碱性氧气炉(BOF)渣和钢包渣是炼钢过程中产生的钢渣的主要类型。当前，炼钢副产物主要作为构建用骨料出售，包括其在沥青路面、路基构建和混凝土中的应用。
尽管钢渣富含钙，但是钢渣作为胶凝材料的应用却不常见。钢渣不是水硬性或凝硬性材料，因为其缺乏硅酸三钙化合物和非晶性二氧化硅(SiO2)内容物。钢渣的水硬性行为可以通过高温处理而改变，以用作水泥掺混物的胶凝材料。加热处理和随后的合适的冷却过程生成可改善渣的水硬性质的相。在波特兰水泥中加入高达20％经热处理的钢渣能够产生强度等同于基础水泥的混凝土。
由于其高钙含量，钢渣可与二氧化碳(CO2)反应。钢渣与CO2反应的高度潜能目前被用于使用钢渣作为原料的矿物碳酸化中，以封存二氧化碳并减少碳排放。对于二氧化碳的封存，反应通常在高压高温反应器中用精细研磨粉(<38μm)进行。基于渣质量，钢渣的碳吸收可以达到理论吸收能力的75％。
活化钢渣的另一益处是在代替波特兰水泥而用作粘合剂制造建筑产品。钢渣包含硅酸钙，其可转化为对强度有贡献的硅酸钙水合物，并在暴露于二氧化碳时转化为碳酸钙。硅酸二钙(C2S)和硅酸三钙(C3S)与CO2的反应分别由下式(1)和(2)描述：
2(2CaO.SiO2)+CO2+3H2O→3CaO.2SiO2.3H2O+CaCO3 (1)
2(3CaO.SiO2)+3CO2+3H2O→3CaO.2SiO2.3H2O+3CaCO3 (2)
尽管已经对用作波特兰水泥添加剂或用作矿物碳酸化原料的钢渣进行了若干研究，但聚焦于钢渣作为仅有的水泥粘合剂而提高压缩强度的研究极少，不过碳酸化活化的强度提高是极度关注的。Isoo等(2000)报道了用于海藻床应用的1m3渣砌块在12天碳酸化后达到了18.4MPa的压缩强度。暴露于二氧化碳中1小时的不锈钢渣压实体实现了9MPa的压缩强度和18％的二氧化碳吸收。通过在建筑产品中用钢渣代替波特兰水泥，能量和自然资源的消耗显著减小。此外，由于渣碳酸化是CO2吸收过程，二氧化碳可以通过矿物沉淀而封存于渣产品中，导致排放至大气中的CO2减少。例如，气态CO2可转化为含碳产品。
现参见图1，其中示出了由钢渣制造建筑产品的示例性方法100的步骤流程图。
接收作为炼钢过程的副产物而产生的钢渣。钢渣可以包含粗渣块和细渣块的混合物。粗渣块的细度可以小于约150m2/kg，细渣块的细度可以大于约150m2/kg。粗渣块和/或细渣块可以作为常见炼钢过程的产物而堆填。
在步骤108中，接收的钢渣可选地可以进行精炼。接收渣的精炼可以在接收的钢渣副产物并非立即准备用于制造建筑产品时进行。
钢渣的精炼可以包括对接收的钢渣进行过滤以使细渣块与粗渣块分离。
另选地或额外地，接收的钢渣的精炼还可以包括将钢渣粉碎为细粉末。在一些示例性实施方式中，对经过滤的细块进行粉碎而不对粗块进行粉碎。例如，对于EAF钢渣而言，可以将该渣粉碎至布莱恩细度为至少150m2/kg，并优选为约178m2/kg。例如，对于EBH钢渣而言，可以将该渣粉碎至布莱恩细度为至少200m2/kg，并优选为约240m2/kg。在其他示例性实施方式中，可以将钢渣粉碎至更细的尺寸。
在步骤116中，将钢渣与填料材料组合。精炼的钢渣可以比填料材料更细小。因此，填料材料是粒状材料，而精炼的钢渣用作粘合剂。所组合的钢渣和粒状材料进一步与一定量的水混合。粒状材料可以已经具有一定的水含量。可以引入额外的水。与组合的钢渣和粒状材料混合的水量取决于粒状材料的类型和要制造的建筑产品而可以不同。
水量可以由水-钢渣比表征。可理解的是，水-渣比是指水内容物与用作粘合剂的渣内容物的比例。也就是，水渣比并未将使用的其他渣计算在内，如用作骨料材料的渣。例如，初始钢渣、粒状材料和水的混合物的水渣比可以是约0.10、约0.12、约0.15、约0.20或约0.25。
钢渣在钢渣、粒状材料和水的混合物中可以被设置为使钢渣构成混合物总质量的至少30％。在其他示例性实施方式中，钢渣可以被设置为构成混合物总质量的至少约40％、至少约50％或至少约60％。可理解的是，钢渣的量还对应于建筑产品的总质量的百分比。因蒸发和/或反应所致的质量损失基本上被CO2吸收补偿，从而在各种示例性实施方式中，混合物的总质量与建筑产品的质量近似相同。
在步骤120中，钢渣和粒状材料的混合物可以是模制的或预浇制的。模制可以还包括对钢渣和粒状材料的混合物进行压实。可以施用模制和压实，以实现建筑产品的所需形状和尺寸。压实过程中施加的压力量取决于粒状材料的类型和要制造的建筑产品而不同。例如，压力的量可以是5MPa～20MPa，优选为约12MPa。观察到较大量的压力可以有助于建筑产品的较高压缩强度，不过导致碳吸收较小，由此还限制了所实现的压缩强度。因此，可以施加小于约20MPa的压力量，以实现令人满意的碳吸收。
在步骤128中，钢渣和粒状材料的模制和压实混合物用二氧化碳进行固化。固化引起混合物的活化，并且还使得二氧化碳封存于混合物中。
现参见图2，其中示出的是示例性碳酸化设施200的示意性代表。将处于要固化的样品204形式的钢渣和粒状材料的混合物置于固化腔室208中。利用加热器224将CO2气源216加热至环境温度，并在压力下注入腔室208中。利用调节器232调节压力。调节器还保持压力恒定，并确保被钢渣和粒状材料的混合物消耗的二氧化碳持续补充。可进一步设置天平240和数据记录器248以计算二氧化碳吸收。
CO2气源216可以是基本上纯的CO2，例如99.5％CO2气。不过，可理解的是，在其他示例性实施方式中，可以使用具有低浓度CO2的气体。例如，可以使用浓度为至少90％CO2气的气体进行固化。例如，可以使用浓度为至少80％CO2气的气体进行固化。例如，可以使用浓度为至少50％CO2气的气体进行固化。在其他实施方式中，气体可以是作为炼钢副产物而产生的烟道气。
根据各种示例性实施方式，钢渣和粒状材料的混合物用二氧化碳固化至少约2小时。所述混合物可以用二氧化碳固化小于约36小时。
钢渣和粒状材料的混合物可以用CO2固化至少约2小时的时长。观察到，在最初的约2小时内发生碳吸收，不过碳吸收随后继续增大。根据一些示例性实施方式，钢渣和粒状材料的混合物可以用CO2固化至少约6小时、至少约12小时或至少约24小时的时长。
再参见图1，方法100可选地可以还包括在步骤132中将钢渣和粒状材料的混合物水合化。例如，在固化后将钢渣和粒状材料的混合物置于封闭的水合化环境中以预定量的时间。水合化的长度取决于要制造的建筑产品而不同。
例如，该混合物可以进行水合化至少2天。
例如，该混合物可以进行水合化至少约7天。
例如，该混合物可以进行水合化至少约14天。
例如，该混合物可以进行水合化约35天。
根据本文描述的示例性方法形成建筑产品可以包含来自电弧炉的钢渣、来自碱性氧气炉的钢渣或其混合物。
观察到，一些类型的钢渣可以以原样接收用于制造建筑产品。“原样接收”的钢渣是指处于作为炼钢过程的副产物而接收的状态的钢渣。可理解的是，可能需要对钢渣进行一些精炼，不过并不需要额外的处理(如热处理)，以使原样接收的钢渣即可用于制造建筑产品。
例如，用于制造建筑产品的原样接收钢渣的具有化学组成小于约10.8％的游离石灰含量。因此，制造建筑产品的方法可以在无(即不需要)钢渣的热处理下进行。
例如，用于制造建筑产品的原样接收钢渣的具有化学组成小于约7.2％的游离石灰含量。因此，制造建筑产品的方法可以在无(即不需要)钢渣的热处理下进行。
例如，用于制造建筑产品的原样接收钢渣的累积硅酸钙含量(如C2S+C3S相浓度)为至少约15％。因此，制造建筑产品的方法可以在无(即不需要)钢渣的热处理下进行。
例如，用于制造建筑产品的原样接收钢渣的累积硅酸钙含量(如C2S+C3S相浓度)为至少约23.3％。因此，制造建筑产品的方法可以在无(即不需要)钢渣的热处理下进行。
例如，用于制造建筑产品的原样接收钢渣的累积硅酸钙含量(如C2S+C3S相浓度)为至少约30％。因此，制造建筑产品的方法可以在无(即不需要)钢渣的热处理下进行。
例如，用于制造建筑产品的原样接收钢渣的累积硅酸钙含量(如C2S+C3S相浓度)为至少约40％。因此，制造建筑产品的方法可以在无(即不需要)钢渣的热处理下进行。
例如，用于制造建筑产品的原样接收钢渣的SiO2含量为至少约6％。因此，制造建筑产品的方法可以在无(即不需要)钢渣的热处理下进行。
例如，用于制造建筑产品的原样接收钢渣的SiO2含量为至少约12.4％。因此，制造建筑产品的方法可以在无(即不需要)钢渣的热处理下进行。
如本文其他处所述，在其他示例性实施方式中，建筑产品可以用经预处理(例如与富二氧化硅材料混合并施加热处理)的钢渣制造。
根据本文所述的示例性方法形成的建筑产品可以具有基本上由钢渣构成的粘合剂。此外，所用的粒状材料可以是废弃材料和/或回收材料。因此，建筑产品基本上由废弃材料和/或回收材料构成。作为废弃材料的粒状材料可以是钢渣砂、木屑、玻璃骨料、轻骨料和回收混凝土骨料。
根据各种示例性实施方式，所制造的建筑产品是构建砌块。现参见图3，其中示出的是制造包含钢渣的构建砌块的示例性方法300的步骤流程图。
在步骤108中，所接收的钢渣可以可选地进行精炼。例如，可以使用过滤过程或等效过程来分离细渣块与粗渣块。作为另选或额外地，所接收的钢渣的精炼还可包括将一些钢渣粉碎为细粉末。
在步骤116中，提供合适的骨料作为与用作粘合剂的钢渣混合的粒状材料。根据一些示例性实施方式，骨料为膨胀铁渣砂。例如，膨胀铁渣可以由经高压蒸汽处理的熔融铁渣制得。
根据各种示例性实施方式，用于制造构建砌块的粒状材料包括轻骨料，如天然轻骨料、膨胀粘土骨料、膨胀页岩骨料、膨胀渣骨料、膨胀钢渣骨料和膨胀铁渣骨料。
将合适的骨料进一步与钢渣粘合剂和水混合至第一水渣比。可理解的是，第一水渣比是指水含量与用作粘合剂的渣含量的比，并且不将作为骨料提供的任何钢渣砂计算在内。第一水渣比可以高于在固化步骤128中实现最高CO2吸收的最佳的给定水渣比。观察到，较高的第一水渣比可改善所制得的构建砌块的表面品质。观察到，增大第一水渣比将使所制得的构建砌块的表面平滑度增大。因此，第一水渣比是促进或有效形成平滑的构建砌块表面的水渣比。例如，第一水渣比可以为至少约0.15。例如，第一水渣比可以为至少约0.16、约0.17、约0.18、约0.19、约0.20或大于约0.20。
在步骤120中，将钢渣和合适的骨料的混合物模制或预浇制。模制包括压实钢渣和骨料的混合物。可以施加较高的压实压力，因为构建砌块可以具有高密度。例如，可将倒入模具的钢渣和骨料的混合物的量和压实压力一起选择为，使得压实后所得的砌块厚度对应于常规厚度，例如10mm、15mm、20mm、25mm或30mm。
压实压力可以为至少约5MPa。例如，压实压力可以为约8MPa、约10MPa或约12MPa，或大于12MPa。在其他示例性实施方式中，压实压力可以大于15MPa。
观察到，较高的压实压力可以使构建砌块的压缩强度较高。较高的压实压力可以得到略高的压实强度。
还观察到，较大的压力量可以使碳吸收较小，从而还限制了所实现的压缩强度。因此，压实压力可以小于20MPa。
在模制后，从模具中除去由钢渣和骨料的混合物形成的砌块。
在步骤308中，可以将钢渣和骨料的混合物中的水量减小至第二水渣比。第二水渣比小于第一水渣比。可以理解，第二水渣比是指水含量与用作粘合剂的渣含量的比，并且不将作为骨料提供的任何钢渣砂计算在内。第二水渣比是促进用二氧化碳固化的后续步骤中的碳吸收或对碳吸收有效的水渣比。例如，第二水渣比可以为约0.06～约0.12。例如，第二水渣比可以为约0.08～约0.10。
根据一个示例性实施方式，在步骤120的模制后，通过对混合物(即由步骤308的模制形成的砌块)施加空气流来减小钢渣和骨料的混合物中的水量。据认为，空气流的施加还增大了处于砌块形式的钢渣和骨料的混合物的孔隙度。在用二氧化碳固化的后续步骤中，较大的孔隙度还得到较大的碳吸收。例如，处于砌块形式的钢渣和骨料的混合物用风扇吹扫至少约1小时，以减小水含量。例如，钢渣和骨料的混合物用风扇吹扫至少约2小时。
在步骤128中，将模制和压实的处于砌块形式的钢渣和骨料的混合物用二氧化碳固化。固化可使混合物活化，并且还使二氧化碳封存于混合物中。例如，处于砌块形式的钢渣和骨料的混合物用二氧化碳固化至少约2小时的时长。根据一些示例性实施方式，钢渣和钢渣骨料的混合物可以用CO2固化至少约6小时、至少约12小时或至少约24小时的时长。例如，处于砌块形式的钢渣和骨料的混合物在0.1MPa～0.5MPa的压力下进行固化。
可选地，在步骤132中，如上所述，钢渣和骨料的固化混合物可以进一步进行水合化。例如，处于砌块形式的钢渣和骨料的混合物在密闭腔室(如密闭塑料棚)或环境空气中进行水合化至少2天。
例如，该混合物可以进行水合化至少2天。
例如，该混合物可以进行水合化至少约7天。
例如，该混合物可以进行水合化至少约14天。
例如，该混合物可以进行水合化约35天。
现参见图4，其中示出的是显示用于制造建筑材料的钢渣的示例性处理方法400的步骤的流程图。建筑材料可以是用于制造建筑产品的胶凝(即水泥状)材料。例如，建筑材料可以是与粒状材料混合的粘合剂材料，从而制造本文所述的建筑产品。
该示例性方法400可以应用于处理多种类型的并非立即准备用作制造建筑产品的粘合剂的渣。也就是，从炼钢过程接收的钢渣需要步骤108的精炼以外的处理，从而用作粘合剂。
例如，需要进一步处理的钢渣可以是钢包渣。
例如，需要进一步处理的钢渣可以是累积硅酸钙含量小于约15％的钢渣。例如，钢渣的累积硅酸钙含量小于约12％。
例如，需要进一步处理的钢渣可以是游离石灰浓度大于约7.2％的钢渣。
例如，需要进一步处理的钢渣可以是二氧化硅浓度小于约6.2％的钢渣。
在步骤408中，钢渣与富二氧化硅材料混合。富二氧化硅材料可以是化学组成包含至少40％二氧化硅(SiO2)的任何材料。在其他实施方式中，该材料可以在化学组成上包含至少约50％二氧化硅、至少约60％二氧化硅或至少约70％二氧化硅。
富二氧化硅材料可以包括玻璃、飞灰、偏高岭土、硅灰(silica fume)、沸石和谷壳灰的一种或多种，或其组合。
根据各种示例性实施方式，富二氧化硅材料基本上由废弃和/或回收材料构成。
在一些示例性实施方式中，富二氧化硅材料包括玻璃。例如，玻璃基本上由废弃和/或回收玻璃构成，例如从荧光灯回收的玻璃。此种玻璃可以具有浓度为至少70％的二氧化硅。
在一些示例性实施方式中，富二氧化硅材料包括飞灰。煤燃烧生成的残渣包括飞灰。飞灰还可发现于烟道气中出现的细颗粒。发电厂的副产物也包括飞灰，其可以分类为F级或C级。此种飞灰可以具有浓度为至少50％的二氧化硅。
钢渣按照一定的渣-富二氧化硅材料比与富二氧化硅材料混合。渣-富二氧化硅材料比取决于所提供的富二氧化硅材料的类型而不同。例如，渣-富二氧化硅材料比取决于富二氧化硅材料中的二氧化硅的浓度而不同。
例如，当富二氧化硅材料基本上由玻璃构成时，将渣和富二氧化硅材料混合成使得混合物包含约10％的玻璃～约30％的玻璃。例如，该混合物可以包含约20％的玻璃。
例如，当富二氧化硅材料基本上由飞灰构成时，将渣和富二氧化硅材料混合成使得混合物包含约20％～约40％的飞灰。例如，该混合物可以包含约30％的飞灰。
渣可以与富二氧化硅材料在粉碎机内混合。由此，混合还导致渣和富二氧化硅材料的研磨。在其他示例性实施方式中，渣和富二氧化硅材料可以在混合前研磨。
在步骤416中，渣和富二氧化硅材料的混合物进行压实。例如，该混合物可以压实为具有预定尺寸的渣块(clinker)。该混合物在模具(如钢模具)中于至少30MPa的压力下压实。例如，该混合物在约40MPa～60MPa、优选约50MPa的压力下压实。
在步骤424中，渣和富二氧化硅材料的压实混合物进一步进行加热。在一个实例中，渣和富二氧化硅材料的混合物在置于高温炉内的耐火板上加热。不过，可以理解，可以使用其他合适的加热形式。
加热可以通过将温度缓慢增大至目标温度来进行。然后在目标温度继续加热给定的时长。目标温度和在目标温度的加热时长可以不同。
例如，当富二氧化硅材料基本上由玻璃构成时，渣和玻璃的混合物以约5℃/分钟的速率加热至目标温度。目标温度可以是至少约700℃。例如，目标温度可以为约900℃～约1200℃。在一个示例性实施方式中，渣和玻璃的混合物在约1100℃的目标温度下加热。渣和玻璃的混合物可以在目标温度下加热至少约30分钟的时长。
在一些示例性实施方式中，渣和玻璃的混合物可以在目标温度下加热约30分钟～约60分钟的时长。
例如，当富二氧化硅材料基本上由飞灰构成时，渣和飞灰材料以约5℃/分钟的速率加热至目标温度。目标温度可以是至少约1000℃。例如，目标温度可以为约1200℃～约1400℃。在一个示例性实施方式中，渣和飞灰的混合物在约1250℃的目标温度下加热。
在一些示例性实施方式中，渣和飞灰的混合物可以在目标温度下加热至少约30分钟的时长。在一些示例性实施方式中，渣和飞灰的混合物可以在目标温度下加热约30分钟～约60分钟的时长。
在步骤432中，渣和富二氧化硅材料的混合物在步骤424的加热后快速冷却。通过对渣和玻璃混合物施加空气流而使混合物冷却。例如，空气流可以从风扇吹向渣块形式的混合物。例如，空气流的冷却速率可以是约600℃/小时。例如，对混合物施加空气流至少约1小时的时长。空气流可以施加约2小时的时长。
混合物可以还在环境空气中冷却。在此种示例性实施方式中，混合物可以冷却较长的时长，例如6小时以上。取决于冷却方法和空气流速率，冷却时长可以改变为约1小时～约6小时。
在步骤440中，在冷却后将渣和富二氧化硅材料的混合物研磨至细块(finepieces)。渣和富二氧化硅材料的混合物的细块形成了即可用作建筑产品中的粘合剂的建筑材料。细块可以表现出水泥样性质，此种性质使其适用于制造建筑产品。
例如，在步骤440中将冷却后的渣块形式的渣和富二氧化硅材料的混合物粉碎。
混合物可以粉碎至布莱恩数为至少约200m2/kg的细块。
例如，在富二氧化硅材料为玻璃时，可以将渣和玻璃的混合物研磨至约285m2/kg的细度。
例如，在富二氧化硅材料为飞灰时，可以将渣和飞灰的混合物研磨至约200m2/kg的细度。
根据各种示例性实施方式，根据方法100或300制得的建筑产品可以使用根据方法400形成的水泥样材料制得。根据方法400形成的水泥样材料用作建筑产品中的粘合剂。
有利的是，用本文描述的示例性方法和过程制得的建筑材料和建筑产品可以使用一种或多种废弃或回收材料。特别是，使用作为炼钢副产物的钢渣作为粘合剂材料。
在其他实例中，还使用钢渣砂作为制造建筑产品的骨料。
在另一些实例中，将废弃玻璃与钢渣(即钢包渣)混合，并用于制造胶凝材料。
在另一些实例中，将飞灰与钢渣(即钢包渣)混合，并用于制造胶凝材料。
根据本文描述的各种示例性建筑材料和建筑产品，建筑材料和建筑产品基本上由废弃和/或回收材料构成。
根据各种示例性实施方式，钢渣以从炼钢过程原样接收的形式用作制造建筑产品的粘合剂。由此，可以避免制造波特兰水泥通常所需的热处理，由此实现能量节约。
根据各种示例性实施方式，钢渣通过与富二氧化硅材料混合和进一步的热处理而进行处理。热处理的温度低于制造波特兰水泥通常所需的温度。因此，实现了能量节约。
有利的是，观察到用二氧化碳固化至少改善了所制得的建筑产品的初期强度。还观察到，碳酸化固化可以改善最终的压缩强度。还观察到，构建产品用二氧化碳的碳酸化固化改善了耐久性性质，如冷冻解冻耐性和/或渗透性。用二氧化碳固化还使得二氧化碳封存。此种封存减少了炼钢排放的二氧化碳，或需要以其他方式处置的二氧化碳。
实验程序和结果
测量碳吸收
进行的各种实验程序包括测量用二氧化碳固化中的碳吸收。使用三种不同的方法来对经受碳酸化的钢渣板的二氧化碳吸收定量。结果是互补性和可比性的。这些方法是质量增大法(mass gain method)、质量曲线法和CO2分析仪法。
表达为式3的质量增大法估算了碳酸化前后的质量差。质量差与由放热的碳酸化反应蒸发的水一起表示了因吸收二氧化碳所致的质量增大。碳酸化反应本质上是放热的，因而样品中的一些混合水蒸发并冷凝在腔室内壁上。这种水可使用吸水纸收集，并应当添加至碳酸化样品的质量中，因为腔室中存在的水是原始渣块中的一部分水。
Figure BDA0003681292370000171
质量曲线法使用在注入气体时作为原点而记录的质量确定CO2吸收。记录质量曲线直至该过程的终点，在该时刻将CO2释放，并测量剩余质量M。通过使用具有相同体积的CO2不敏感性聚苯乙烯泡沫重复测试来校准系统，以获得第二剩余质量m。M与m之差表示样品的CO2吸收(式2)。质量增大和质量曲线法是来自同一过程的两个并行的测量，因此是可比性的。它们均与碳酸化前存在的任何碳内容物无关。
Figure BDA0003681292370000172
还使用具有感应炉和所生成CO2的红外探测的ELTRA CS-800碳分析仪来对碳酸化后钢包渣压实体的CO2吸收定量。为了比较，还使用ELTRA CS-800分析仪测量水合化渣参比物的CO2含量。然后通过碳酸化和水合化渣之间的碳含量差(ΔM)与干燥厚板质量之比(式3)给出渣压实体的CO2吸收。
Figure BDA0003681292370000173
进行X射线衍射(XRD)分析来识别本研究中考虑的以下不同形式的渣在碳酸化/水合化过程中生成或消耗的相：原样接收、热处理、水合化和碳酸化。采用Bruker D8衍射仪(Cu Kα辐射，扫描间隔15°–80°2θ，0.02°)进行该分析。
还使用NETZSCH TG 449F3 Jupiter热分析仪进行热重分析和差示热重分析，从而测定水合化和碳酸化产物。将为XRD分析制备的相同粉末用于TG分析。将样品收集为包含表面和芯，并且使粉末均匀混合以表示平均穿透厚度(through thickness)。然后将粉末以10℃/分钟的加热速率在20℃～1000℃之间加热。基于DTG曲线的特征峰确定水合化和碳酸化产物。
样品建筑产品1：构建砌块
使用EBH钢渣(EAF+BOF渣)作为粘合剂制造渣结合砌块。EBH渣的化学组成如下表1所示。表2示出了渣结合砌块的混合设计。钢渣是用于制造其中使用膨胀渣骨料作为骨料的砌块的唯一粘合剂。膨胀渣砂的吸水率和密度分别为6.5％和1900kg/m3。尽管用于实现最高的CO2吸收和强度的最佳水渣(W/S)比经确定为0.08(～0.1)，但是该比例只制得具有粗糙表面的砌块。然后使水渣比递增以改善砌块的表面品质。所测试的最高水渣比0.20得到了最为平滑的表面，因此将其视为混合设计中所需的第一水渣比。EBH、骨料和水的混合物在12MPa压力下压实，随后将其倒入钢模具中。将压实后127x76 mm砌块的厚度设计为30mm，其是常规市售砌块的壁厚度。在脱模后，将样品放在风扇前面2小时以将水渣比从0.20减小至0.10。然后，将具有平滑表面和对于二氧化碳活化而言最佳的W/S比的砌块在碳酸化腔室中于23psi压力下暴露在CO2中24小时。使用质量增大法测定二氧化碳吸收。在测试其机械和耐久性性质前，所有砌块在塑料棚中保持35天以用于后续水合化。还对常规市售水泥砌块进行测试，以与渣结合砌块比较。
表1：钢渣的化学组成(重量％)
样品 SiO<sub>2</sub> TiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> MnO MgO CaO Na<sub>2</sub>O K<sub>2</sub>O P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
EBH 12.47 0.87 6.87 19.48 3.84 10.57 39.08 <0.01 0.01 0.41
KOBM 11.5 - 2.8 9.9 - 27.2 43.7 0.08 0.01 -
表2：混合设计
Figure BDA0003681292370000181
将渣接合砌块和市售水泥砌块的密度和吸水性报告为3个结果的平均值。在以下两个条件下评价砌块的压缩强度：干和湿。为了测量湿压缩强度，将砌块在温度为23℃的水中保持48小时。然后，在砌块经受0.5mm/分钟的速率下的压缩载荷之前，干燥各个砌块的表面。
砌块的耐久性通过将其暴露于冷冻解冻循环中而确定。冷冻解冻测试法按照CSAA23.1(2009)进行。所报告的质量值是3个结果的平均值。
图2中示出了碳酸化装置的示意性代表。该装置包括99.5％纯压缩CO2气瓶、碳酸化腔室、压力传感器(pressure transducer)、压力调节器和加热器。压力传感器监测气压并且调节器将腔室压力在整个碳酸化过程中保持恒定在0.15MPa。使用电加热器来使CO2气在进入碳酸化腔室之前加热至22℃。
如表3所示，渣结合砌块的二氧化碳吸收达到6.6％，其与渣结合板(下文进一步所述)的CO2吸收相同。CO2吸收的等效原因在于以下事实：渣结合砌块和渣结合板的吸收均基于钢渣的重量测量。
表3：渣结合砌块二氧化碳吸收
产品 CO<sub>2</sub>压力(MPa) CO<sub>2</sub>暴露(小时) 后续水合化(天) 二氧化碳吸收(％)
渣结合砌块 0.15 24 35 6.6±0.2
市售水泥砌块和渣结合砌块的密度和吸水性的结果如下表4所示。与市售砌块相比，渣结合砌块的密度仅表现出10％增大。市售水泥砌块和渣结合砌块的吸水性(waterabsorption)分别为5.5％和6.7％。因此，对于两种类型砌块而言，由密度和吸水性代表的物理性质基本上相同。
表4：渣结合砌块的密度和吸水性
产品 渣结合砌块 市售水泥砌块
密度(kg/m3) 2545.0±25.1 2254.9±52.7
吸水性(％) 6.7±0.1 5.5±0.2
图5示出了市售水泥砌块和渣结合砌块的干压缩强度和湿压缩强度。市售水泥砌块和渣结合砌块的干压缩强度分别为23.6MPa和22.8MPa。渣结合砌块的压缩强度满足BS6073(2008)建议的承重砌筑块材(masonry unit)的最低要求。湿市售水泥砌块的压缩强度降低了10％，而湿渣结合砌块与干砌块相比表现出强度没有减小。渣结合砌块的压缩强度值表明，仅由废弃材料制得的砌块在机械性能上可以与市售水泥砌块竞争。此前还没有公开关于由渣作为粘合剂和渣砂作为骨料制得的砌块的性质的报道。不过，Monkman和Shao(2010)进行的研究的结果显示出，由水泥和渣砂制得的砌筑块材在进行2小时碳酸化以及后续28天水合化后的压缩强度为15.5MPa。在现有的实验程序中较高的碳酸化时长可得到高于Monkman和Shao中所见的压缩强度，尽管Monkman和Shao使用了水泥作为粘合剂。
图6是示例性实施方式的渣结合砌块和市售水泥砌块在20个冷冻解冻循环后的照片。底部的两张照片是市售水泥砌块的照片，而顶部两张照片是渣结合砌块的照片。
图7显示了经受20个冷冻解冻循环的渣结合砌块和市售水泥砌块的质量损失。市售砌块和渣结合砌块分别在2个和7个循环后开始损失质量。超出第7循环后，两种砌块均经历相同速率的质量损失。在20个冷冻解冻循环后，市售砌块损失了32％的质量，而渣结合砌块的重量仅降低了17％。因此，与市售砌块相比，在暴露于冷冻解冻循环时，渣结合砌块表现出更高的耐性。考虑到压缩强度和冷冻解冻结果，技术人员可以推定，当与市售水泥砌块相比，在本实验中用废弃材料制得的砌块的机械和耐久性性质与其相当或较优。
样品建筑产品2：渣墙板
使用KOBM渣作为制造渣结合墙板中的粘合剂。认为底吹煤氧的复合吹炼(Klockner Oxygen Blown Maxhutte)(KOBM)法是碱性氧气炉(BOF)法的子集。前述表1中示出了由X射线荧光色谱法(XRF)确定的其化学结构。在其使用之前，使用Bico Braun Model395-5球磨机用2小时将渣研磨成粉末，并且在后续实验中仅使用通过75-μm筛的材料。研磨渣的布莱恩细度为402±55m2/kg。将用于制造墙板的软木木屑经600-μm筛进行筛分，并在50℃进行烘干直至其质量不变。
此处还使用图2所示且上文描述的碳酸化装置进行墙板的碳酸化。
KOBM钢渣、木屑和水的混合物以12MPa的压力进行压制成形15秒，以产生轻质钢渣板，其测量为76mm×127mm，厚度为12mm。在初步测试中，在水渣比为0.15下将木屑-渣比改变为5质量％～15质量％，并且进行碳酸化2小时。在后续实验中，选择10％的木屑-渣比和24小时的碳酸化时长，以优化板的密度和强度。在28天的碳酸化后的水合化之后，对实验室墙板进行机械测试。使用3点弯曲在102mm跨度上确定弯曲强度和模量。在127mm x 12mm的压缩区域上确定压缩强度。将渣结合木屑板的机械性质与以下三种市售墙板进行比较：水泥网板、水泥纤维板和具有膨胀聚苯乙烯(EPS)珠的水泥珠板。
还对KOBM钢渣木屑板的毛细吸水能力进行评价。在于密封袋中固化28天后，将板在50℃烘箱中干燥。干燥后，将各个渣木屑板竖直浸没在5mm后水层中28天。以24小时为间隔，将板从水中移出，将其表面干燥，然后将板称重。在28天后，将板从水中移出，将其表面再次干燥，然后测试其的弯曲强度、压缩强度和杨氏模量。然后将结果与干燥对照物(其已在密封塑料袋中放置56天)比较。
为了调查木屑对碳酸化渣的板性能的作用，比较具有不同木屑-渣比的四个批次的机械性质。圆柱压实体的高度为20mm，直径为15mm，并且在以下最佳过程条件下形成：压实压力＝12MPa，水渣比＝0.15，碳酸化时间＝2小时，且CO2气压＝1.5巴(bar)。使用高于最佳水渣比的比例来涵盖干燥木屑的使用。在碳酸化后1小时进行压缩测试。木屑对碳吸收和压缩强度的作用显示在图8中。尽管碳吸收未明显受到添加木屑的影响，但是随着相对木屑含量增大，碳酸化渣的压缩强度急剧减小。此种降低不仅归因于粘合剂量的减少，还归因于木屑中的木质素的延迟水合化。木质素中的糖内容物用作水合化阻滞剂。与木屑含量无关的是，碳酸化总是改善渣结合木屑产品的性能。
图9示出了实验室制得的渣结合木屑板试样(76x 127x 12mm)的照片。此种渣结合木屑板在碳酸化和水合化后28天进行测试。下表5示出了压缩强度、弯曲强度、弹性模量和密度的结果以及三种市售板产品的结果。其表明，KOBM渣板的物理性质与市售产品相当。KOBM渣-木屑板的弯曲强度(6.3MPa)高于水泥网板的弯曲强度，并接近水泥纤维板和水泥EPS板的弯曲强度。KOBM渣-木屑板的压缩强度为13.8MPa，处于市售产品的强度值范围内。关于粘合剂的高密度，KOBM渣-木屑板在四种测试材料中具有最高的密度(1.4g/cm3)。
表5：墙板性质的比较
Figure BDA0003681292370000211
与水泥类板相似，KOBM渣板被设计用于湿式用途。因此，毛细吸水性及其对机械性能的作用是其耐久性的重要衡量标准。渣-木屑板的毛细吸水性在4周的时长内测量。在于50℃烘干至恒定质量后，将碳酸化渣板竖直浸没在5mm深度的水层中28天。测试一式三份进行并取平均值。图10中示出了吸水曲线。在起初3天中因吸水所致的质量增大最高，第3天时吸水达9.8％。继续吸水直至第19天时达到约14.2％的平稳状态，表示样品经毛细作用达饱和。吸水性归因于在木屑颗粒存在下板的开放结构，其增大了样品中的空隙率的量。图11示出了吸水性对KOBM渣结合木屑板的机械性质的作用。湿样品和干样品的弯曲强度和弹性模量在统计学上相似，表明孔的饱和化对渣板的弯曲强度或刚性没有作用。尽管如此，在28天芯吸作用后压缩强度减小，强度由13.8MPa降至11.9MPa，减小了14％。
实施例3：制造建筑材料的钢渣的处理
从加拿大蒙特利尔的炼钢厂接收两个钢包渣(L2和L3)。它们从炼钢厂的同一生产线以不同时间收集。它们接收的时间彼此相隔了约2年。由于缓慢冷却，钢渣生产为粉状，其随后包装为多孔“饼”以运输和处理。原样接收的干燥钢包渣“饼”首先压碎，然后进一步粉碎至布莱恩数分别为318m2/kg(L2)和247m2/kg(L3)的粉末。L2渣比L3接收早2年。
原样接收的钢包渣(L2和L3)的化学组成通过X射线荧光(XRF)分析确定，并示于表6。可以看出两种原料形式的钢渣之间的异同。钢包渣的组成差异可能是由工艺变化和不同的钢产品导致的。如表6所示，钢包渣L2说明钙和二氧化硅含量较高，而钢包渣L3具有较高的氧化铝、铁和镁含量。二氧化碳含量通过红外类碳分析仪确定。其相对较低。游离石灰使用Franke法根据ASTM C114(2014)测量。钢包渣L3包含高于钢包渣L2的游离石灰。为了评价钢包渣的水合化和碳酸化行为，重要的是确定矿物相，主要是硅酸二钙(C2S)和硅酸三钙(C3S)。这通过使用半定量化X射线衍射(QXRD)分析，以10％TiO2作为内部参比(Chung 1974)完成。通过比较纯C2S、纯C3S、纯TiO2和钢包渣的XRD峰，可以估算出钢包渣中的C2S和C3S的百分比。钢包渣L2具有远高于钢包渣L3的C3S含量。钢包渣可能包含C3S(Posch等，2002)，因为工艺温度可能超过1500℃(He等，2012)。表6还示出了，在原样接收的钢包渣不能通过碳酸化而直接活化(可能由于缺乏碳酸钙)的情况下，作为热处理用二氧化硅添加剂的研磨废弃玻璃的化学组成。废弃玻璃是荧光灯回收过程的副产物，并研磨至布莱恩数为600m2/kg的粉末。
表6：原材料的化学组成和硅酸钙相
Figure BDA0003681292370000221
对于各个钢包渣，以0.1的水渣比在12.5MPa的压力下压实形成总共9个76x127x12mm厚板(slab)试样。在形成试样后，即刻将6个试样进行碳酸化活化。在这6个碳酸化厚板中，在碳酸化后即刻测试3个的压缩强度，而其他3个在随后于密封塑料袋中水合化35天后测试。3个水合化参比试样在密封塑料袋固化并在水合化35天后测试。碳酸化装置如图2所示。对于碳酸化使用纯度为99.5％的CO2气。该气体首先通过加热器加热，然后用24小时的时长注入压力为0.15MPa的腔室中。通过调节器将压力保持恒定，从而可以补充由渣制品消耗的二氧化碳。
钢包渣L2和L3均首先以原样接收形式测试。钢包渣L2压实体是CO2反应性的，并且能够通过碳活化而在24h内提高强度。不过，钢包渣L3压实体由于碳酸化生成的极热而完全破裂。
原样接收的钢包渣L2和L3的碳酸化行为通过二氧化碳吸收表征。钢包渣L2压实体表现出优异的碳反应性。质量增大法的结果得到了9.9％的吸收，其稍微低于通过质量曲线法获得的数值12.8％。CO2分析仪的平均碳含量为9.4％，其与质量增大法和质量曲线法测得的处于同一量级。图12中示出了钢包渣L2压实体的典型质量曲线。有趣的是，注意到在最初2个小时中发生了超过70％的碳酸化反应。似乎钢包渣压实体能够达到与钢包渣粉末相似的碳酸化反应程度。
相比之下，二氧化硅含量较低的钢包渣L3在碳酸化过程中破裂，如图13所示。没有质量增大，也没有二氧化碳吸收。相反，产生了大量的热。钢包渣L3压实体以与生石灰(CaO)压实体相似的方式破裂，表明热量是由游离石灰的碳酸化生成的。此种散热在L3渣在与水混合后立即能感受到，其是游离石灰的水合反应引起的效应。如表6中可见，L3的游离石灰含量比L2高50％。可能的是，游离石灰含量存在阈值，超过该阈值时，钢包渣不能耐受水合化和碳酸化反应。
表7显示了因水合化和碳酸化所致的钢包渣压实体的压缩强度。钢包渣L2的水合反应较弱。L2压实体的压缩强度在35天的密闭水合化后仅达到6.0MPa。另一方面，经历24小时碳酸化固化的相同压实体试样达到了明显较高的34.8MPa的压缩强度。经历了24小时碳酸化和后续35天水合化的组合固化的压实体试样实现了39.5MPa的压缩强度，表明极限强度(ultimate strength)是初期碳酸化强度和后续水合化强度的叠加。换言之，碳酸化并不妨碍水合化，并且在碳酸化后由后续水合化得到了更大的强度。对于钢包渣L3而言，压实体因碳酸化或因水合化而破裂。在钢包渣L3的水合化中，在10天的密闭水合化后，在水合化压实体中显露出与图13所示相似的破裂图案。正是游离石灰含量产生了热并使压实体破裂。
表7：钢包渣压实体的压缩强度
Figure BDA0003681292370000241
图14显示了原样接收的渣L2和L3的XRD图案。具有较高Ca和Si含量的L2渣清楚地表现出C2S/C3S、氢氧化钙(CH)的强峰，和明显较少的游离石灰内容物。在L2渣中，主要相包括C2S/C3S相、钙铝石(C12A7)，且次要相包括镁硅钙石(C3MS2)和钙铝黄长石(C2AS)。发现痕量的铁酸钙(C2F)和MgO。另一方面，L3渣揭示了主要相CH、钙铝石(C12A7)、镁硅钙石(C3MS2)和游离石灰(游离CaO)和次要相钙铝黄长石(C2AS)、C2S/C3S和铁酸钙(C2F)的存在。L2和L3的TG和DTG曲线显示在图15中。在400℃～500℃之间的质量损失的出现确认了L2和L3中CH的存在。矿物相解释了为何钢包渣L2是与CO2具有反应性的并产生强度贡献反应产物，以及为何钢包渣L3破裂。硅酸钙相似乎在强度提高中具有重要作用。尽管两种渣样品的C2S含量实质上相同，C3S含量相差较大(表6)。L2渣中C3S含量(31.1％)比L3渣获得的值(可发现C3S含量为3.6％)高9倍。尽管钢包渣通常表现出高于C3S的C2S含量，但是之前已经报道与如本文公开的L2样品相似的具有高C3S含量的钢包渣。可以很好的确定，渣的矿物相受到生产渣的温度的强烈控制。熔融钢包渣的温度可估算为约1500℃(He等，2012)；熔融钢渣的处理温度越高，形成C3S的机率就越大。Posch等(Posch等，2002)显示了碱度为2.1的钢包渣的C2S和C3S含量分别为9.6％和24.7％。具有高C3S含量的L2渣在CO2反应性和碳酸化导致的强度增大方面显示出满意的结果。
钢包渣L2压实体在24小时碳酸化后、24小时碳酸化后续35天水合化后以及35天水合化后的XRD图案与原样接收的参比渣粉末一起绘制在图16中。比较原样接收和碳酸化渣，显然碳酸化导致CaCO3相析出，并且同时消耗了硅酸钙相和Ca(OH)2从而形成碳酸化产物。另外，XRD结果表明镁硅钙石不与CO2反应。同时，钙铝石峰强度的轻微减小可能表示钙铝石与CO2有弱反应性。碳酸化后2θ为18°处的强度减小可能是由于氢氧化钙和钙铝石的消耗。似乎氧化钙矿物与二氧化硅以外的单质成分(Mg、Fe或Al)结构上结合，与硅酸钙相相比显示出较低的CO2反应性。
反应产物可以通过TG/DTG分析确定。用L2渣制成的压实体的典型TG和DTG曲线绘制于图17中。基于DTG峰，可以将质量损失划分为3个区域，其是三个典型反应产物的代表：105℃～400℃、400℃～500℃和500℃～900℃。105℃～400℃的质量损失表示C-S-H和C-A-H的脱水化所致的水损失，400℃～500℃的质量损失表示Ca(OH)2的脱水化所致的水损失，500℃～900℃的质量损失表示CaCO3的脱碳酸作用所致的CO2损失。105℃～400℃的质量损失是C-S-H和C-A-H的脱水化所致的假设基于以下事实：硅酸钙和钙铝石可进行水合，生成水合产物。反应产物汇总于表8中。比较水合化样品与碳酸化样品，碳酸化渣中的氢氧化钙含量减少，而碳酸钙显著增大。水合化渣中C-S-H+C-A-H与CH的形成是缓慢水合行为的指征。尽管C-S-H+C-A-H含量与水合化和碳酸化渣压实体相似，碳酸化渣显示了高得多的压缩强度。据认为，此种改善的强度归因于碳酸钙的形成。碳酸化渣中的被认为对强度增大有贡献的双相C-S-H+C-A-H与CaCO3的总含量高于水合化渣。碳酸化样品的35天压缩强度比水合化样品大6倍。析出的碳酸钙晶体以与形成颗粒增强复合物相同的方式加强了渣粘合剂，形成更强的基质。图4～6所示的XRD图案中18°角度处的峰是氢氧化钙和钙铝石的混合相。尽管碳酸化明显消耗了氢氧化钙和钙铝石，钙铝石与CO2的反应性较弱。钙铝石的缓慢水合化可对钙-铝酸盐-水合物(C-A-H)的形成有贡献。
表8：钢包渣(L2)粘合剂中的反应产物
Figure BDA0003681292370000251
a基于105℃～400℃的质量损失计算
b基于400℃～500℃的质量损失计算
c基于500℃～900℃的质量损失计算
为了改善钢包渣L3的碳酸化行为，进行热处理。将玻璃粉末与渣粉末在粉碎机中混合物30秒。然后将混合粉末在钢模具中于50MPa压力下压实以形成20x20x14mm的棱柱丸粒。然后将棱柱丸粒压实体放置在耐火托盘上，并小心地放置在炉内部。将热处理温度设定为1100℃以使能量消耗最小化，并使硅酸二钙的形成最大化。炉以5℃/分钟的速率花费约3.5小时达到1100℃。将丸粒在1100℃保持30分钟，然后从炉中移出立即在环境条件下的大气中冷却，借助冷却风扇冷却速率为600℃/小时。花费约2小时将丸粒冷却至环境温度。然后通过使用粉碎机将丸粒压实体研磨成布莱恩数为286kg2/m的粉末。所得的经处理钢包渣在本文中称为L3T(T表示经处理)。然后，使用经处理的渣粉末制造与L2和L3测试中所用相似的9个厚板样品。6个样品进行碳酸化24小时。在这6个中，3个在碳酸化后立即测试压缩强度，而3个在后续水合化35天后测试。另外，还测试了在塑料袋密闭35天后的水合化参比物。经处理钢包渣(L3T)的化学组成如表9所示。废弃玻璃的添加将SiO2含量从6.2％增大至10.7％，超过原始含量的2倍。此种添加出于增大用于最终形成硅酸钙的游离石灰和二氧化硅之间的高温反应的目的而进行。如表9所示，游离石灰含量从10.8％降至0.15％，确认了所设计的热处理可有效使游离石灰和二氧化硅有益结合产生更多的硅酸二钙。借助于半定量XRD分析，可确定样品中的硅酸钙相的分数。与未处理的L3渣材料相比，C2S含量从9.3％增大至20.3％。如预料的那样，C3S成分的数量没有变化，因为所采用的温度不足以促进该相的形成。图18显示了L3和L3T的归一化组成在CaO-Al2O3-SiO2的主晶相图中的位置。二氧化硅的补充将钢包渣的原始构成从高度饱和石灰区域移动至C2S主导区域，该区域的特征在于具有较低的碱度值(与原始9.27相比为2.74)。从热力学上说，这有利于改性渣中的C2S结晶化，由此促使CO2反应性的显著增大。
表9：经处理钢包渣的化学组成和硅酸钙相
Figure BDA0003681292370000261
经处理钢包渣L3T的碳酸化行为通过碳酸化反应的CO2吸收表征。在0.15MPa的气压下对127x76x12mm压实体进行24小时碳酸化固化。通过三种不同方法记录的CO2吸收具有相似的值：质量增大法为5.3％，质量曲线法为4.0％，且红外类CO2分析仪为5.1％。图12中示出了典型的质量曲线。L3T的绝对吸收低于L2。与L2相似，L3T的大部分反应发生在最初的两个小时。明显的是，热处理使得钢包渣变为CO2反应性，不过，反应性的程度仅为L2的一半。这主要归因于L2渣中相对较高的硅酸钙含量(C2S+C3S＝40.6％)，相比之下改性L3T渣中为23.3％。
对改性L3T压实体的压缩强度进行评价。结果汇总于表10中。仅水合化的试样表现出低水合性质，其中水合化至35天得到的强度增大为3.8MPa。这仅是L2渣中提高的强度的一半，可能是因为经处理的渣中C3S含量低。没有水合化产生的破裂，进一步确认了游离石灰向硅酸钙的转化。24小时的碳酸化固化将经处理渣的压缩强度增大至25.9MPa。经历24小时碳酸化加35天水合化的组合固化将强度提高至26.7MPa。因此，似乎碳酸化后的后续水合化是不明显的。尽管显示出明显的改善，改性L3T仍不能实现与L2渣样品所记录的同样高的压缩强度。相似地，这可能由于L3T渣中较低的硅酸钙含量和较低的碳酸化反应性。
表10：经处理钢包渣压实体的压缩强度
Figure BDA0003681292370000271
图19示出了L3T渣在热处理后、24小时碳酸化后、24小时碳酸化后续35天水合化后以及35天水合化后的XRD图案。钙铝石和硅酸钙是经处理渣中识别出的主要相。氢氧化钙经热处理而完全消除。这通过图20的TG曲线所证实。经处理渣还显示出镁硅钙石的存在，以及钙铝黄长石和钙铁氧化物的痕迹。使用半定量分析估算硅酸钙相的含量，并且结果示出于表9中。钙铝石的峰强度在35天水合化后降低，表明形成了铝酸钙水合物。钙铝石在水的存在下可以进行水合化(Segui等，2013)。钙铝石强度在碳酸化后的轻微降低表明钙铝石与CO2的反应性。该现象还在L2中观察到。另外，钙铝黄长石是非反应性的，因为其峰在碳酸化和水合化固化过程中未显示出变化。2θ角为29°处的碳酸钙峰的存在显示出硅酸钙相的碳酸化反应。
经受不同固化条件的经处理渣(L3T)的TG/DTG曲线呈现在图20中，并且定量结果汇总于表11中。经处理渣的TG/DTG曲线是平坦的，确认了处理过程中氢氧化钙的消除。在碳酸化后立即测试的表示样品的C-S-H+C-A-H含量的105℃～400℃的水损失显示出增大。如预料的那样，碳酸化活化还增大了碳酸钙含量。水合化相(C-S-H和C-A-H)中的更多碳酸钙颗粒的存在有助于加强所得的复合物结构。因此，强度增大的程度可以通过CaCO3析出量计量。碳酸钙和水合化相的共存可以明显强化该复合物基质体系。
表11：经处理钢包渣(L3T)粘合剂中的反应产物
Figure BDA0003681292370000272
a基于105℃～400℃的质量损失计算
b基于400℃～500℃的质量损失计算
c基于500℃～900℃的质量损失计算
在本研究中，就两种典型钢包渣的在建筑产品应用中用作胶凝粘合剂的能力来调查两种典型钢包渣的碳酸化行为。它们是下述两组渣的代表：一组能够以原样接收的形式进行碳酸化活化，一组需要添加二氧化硅的热处理。可以得出的结论如下：
1.具有高SiO2含量和低游离石灰的钢包渣显示出较强的碳酸化活性。原样接收的钢渣可以用二氧化碳活化以得到用于建筑产品应用的足够强度。高碳酸化活性归因于硅酸钙相的存在。推荐的是，将二氧化硅视为去氧化剂来代替钢生产过程中的氧化铝，以在钢包渣中产生更多硅酸钙，并减少游离石灰含量，从而得到用于附加值应用的CO2反应性更高的渣。
2.具有高氯酸盐含量或高游离石灰含量的钢包渣不能用二氧化碳活化来提高强度。在1100℃添加二氧化硅的热处理可有效产生硅酸二钙更多的相，并改善碳酸化反应性。热处理和二氧化硅的添加可以在渣仍处于熔融阶段完成，以产生具有附加值的钢包渣。
3.通过碳酸化活化的钢包渣的极限强度归因于碳酸化和水合化产物的混杂结构。通过形成粒状强化复合物，碳酸钙析出加强了非晶性C-S-H+C-A-H基质。
4.C2S和C3S相而非总CaO含量确定了钢包渣的碳酸化反应性。诸如镁硅钙石和钙铝黄长石等含钙相不是CO2反应性的，并且不通过碳活化对强度有贡献。
实施例4：用玻璃处理渣来制造合成水泥
钢包渣是来自魁北克Rio Tinto Iron&Titanium(RTIT)厂的炼钢过程的副产物。由于缓慢冷却，钢渣生产为粉状，其随后包装为多孔“饼”以运输和处理。原样接收的干燥钢包渣“饼”首先压碎，然后进一步粉碎至布莱恩数分别为247m2/kg(L3)的粉末。
废弃玻璃从荧光灯的回收中收集。将其压碎并研磨至600m2/kg的布莱恩数，并用作合成水泥的二氧化硅源。钢包渣和废弃玻璃材料的化学组成由XRF确定，并且结果示出在表12中。钢包渣显示出57％的CaO，并且废弃玻璃具有70％的SiO2。根据ASTM C114由Franke法确定的原样接收的钢包渣的游离石灰含量为10.8％。对钢包渣的硅酸钙含量(即C2S和C3S)进行半定量XRD分析以确定原始渣中C2S和C3S的数量。使用2点校准法来比较钢包渣和TiO2的混合物(90％渣+10％TiO2)的峰高度与纯C2S(100％C2S)、纯C3S(100％C3S)和纯TiO2(100％TiO2)的峰高度(Chung 1974)。渣包含9.3％C2S和3.6％C3S。
表12：原样接收的材料的化学组成和相
Figure BDA0003681292370000291
制备不同的批次物，其中以不同重量百分比将废弃玻璃添加到渣中，并在粉碎机中分别混合30秒。然后在钢模具中于50MPa压力下将混合粉末压实至20x20x20 mm立方渣块。将立方渣块放置在耐火板上，然后将其放入高温炉中。将炉的温度以5℃/分钟的速率增大至所需温度。当达到所需温度时，将其保持恒定30分钟，其后抽出渣块并通过面对由机械风扇产生的气流2小时而快速冷却。然后，通过粉碎2分钟，将冷却后的立方渣块研磨至布莱恩数为286m2/kg的粉末。
所合成水泥的水合行为及其CO2反应性极度依赖于原材料的化学组成和合成温度。进行全面的参数研究来优化该过程。
为了确定最佳的玻璃-渣比，研究了具有10重量％、20重量％和30重量％废弃玻璃的混合物。然后将具有不同玻璃-渣比的渣块加热至1250℃的恒定温度。将所合成水泥成形为20x20x12 mm棱柱压实体，并通过在0.15MPa气压下碳酸化24小时来活化。基于碳酸化的压缩强度选择最佳的玻璃-渣比。
为了进一步优化能量消耗，测试了不同的合成温度，均低于1250℃。渣块使用优化的玻璃-渣比制备，并在700℃、800℃、1100℃和1200℃的不同温度下合成。由各个渣块合成水泥。
对于由在不同温度下加热的渣块制得的合成水泥的性能评价，制备尺寸为20x20x12 mm的水泥棱柱压实体。选择12mm的厚度以模拟纤维水泥板产品。对于各个棱柱样品，将10g合成的水泥与1g水混合(水/水泥＝0.1)。它们在12.5MPa的压力下压实形成。将这些棱柱水泥膏通过在0.15MPa下碳酸化2小时而活化。碳酸化后，将一半的试样立即测试压缩强度，并将一半的试样密封以进行后续水合化。组合固化包括恒定的碳酸化，随后是时长为3、14和35天的后续水合化。这将有助于评定后续水合化对碳酸化水泥特性的作用。还制造了参比样品，并密封于塑料容器中以进行35天的水合化。为了强调所提出的合成方法的有效性，还对由原样接收的渣制得的棱柱经受相同的碳酸化和水合化固化条件。
表13示出了对不同废弃玻璃百分比的合成水泥记录的二氧化碳吸收和压缩强度的值。添加10％～20％废弃玻璃在24小时碳酸化后取得高达36MPa的压缩强度，且CO2吸收为约9.6％。废弃玻璃含量进一步增大至30％导致强度和二氧化碳吸收减小。出于此种原因，将玻璃-渣比的优选百分比选择为20％。进行该参数研究，同时在1250℃的固定温度下进行合成。表14显示了使用20％玻璃-渣比制备并在700℃～1200℃的不同温度下合成的水泥的CO2吸收和压缩强度结果。尽管温度升高对二氧化碳吸收没有明显作用，其对压缩强度具有明显作用。合成温度越高，压缩强度越高。在表14中，强度通过碳酸化活化2小时而增大。与表13的24小时相比，较短的工艺时间是经济上有益的。如果水泥在约1200℃下处理，2小时碳酸化的强度增大与24小时碳酸化相当。温度的选择可产生成功解决实用性、当量碱度、游离石灰含量、强度、能量消耗和环境影响的优化条件。考虑到这些因素将得出下述结论：1100℃的合成温度和20％的玻璃-渣比将得到以相对较低的能量消耗进行碳酸化活化的合适水泥。
表13：以不同废弃玻璃百分比合成的水泥的结果
ID WTL1 WTL2 WTL3
废弃玻璃含量(％) 10 20 30
合成温度(℃) 1250 1250 1250
碳酸化时间(h) 24 24 24
CO<sub>2</sub>吸收(％) 9.6±0.7 9.7±0.5 3.1±0.3
压缩强度(MPa) 36.0±19.2 36.7±13.8 13.1±0.4
表14：在不同温度合成的水泥的结果
ID WTL4 WTL5 WTL6 WTL7
废弃玻璃含量(％) 20 20 20 20
合成温度(℃) 700 800 1100 1200
碳酸化时间(h) 2 2 2 2
CO<sub>2</sub>吸收(％) 5.8±1.9 8.1±0.0 5.0±0.3 6.6±0.7
压缩强度(MPa) 15.6±1.1 25.6±1.6 32.7±4.4 34.4±1.3
表15示出了在1100℃以20重量％废弃玻璃合成的钢包渣的化学组成。所合成的水泥的当量碱经计算为0.7％；稍高于ASTM C150的建议值0.6％。废弃玻璃的高氧化钠含量对所合成水泥的高碱度水平有贡献。尽管碱度水平较高，但是不能引发碱-硅酸盐反应，因为碳酸化缓和了反应潜能。所合成水泥的细度经测量为286m2/kg。废弃玻璃的二氧化硅含量高，将其添加至钢包渣将增大二氧化硅的总含量，还减小了所合成水泥中的CaO和Al2O3内容物的总分数。如图18所示，这种改性移动了CaO-Al2O3-SiO2的主晶相图中的材料组成。此种有意的移动有效地将游离石灰含量从原样接收渣中的10.8％减小至合成水泥中的0.15％，表明与所添加的二氧化硅反应的游离石灰反应促进了所需硅酸钙相得形成。结果，游离石灰含量明显减小，且C2S含量增大。
表15：所合成水泥的化学组成(％)
Figure BDA0003681292370000311
图21中示出了原样接收渣和所合成水泥的XRD图案。可以看出，原样接收渣主要由游离石灰和钙铝石(铝酸钙相)构成。其他识别出的相为痕量，包括钙铝黄长石、硅酸钙和氢氧化钙。钙铝石甚至在完成使用玻璃的合成过程之后还保留为主要构成相之一。关于钙铝石的存在，其他研究也涉及相似的发现(Uibu等，2011)。同时，氢氧化钙和游离氧化钙相的峰强度减小，表明与补充二氧化硅反应而形成了硅酸钙类相。根据Franklin法获得的游离石灰含量的结果确认了上述观察。据认为，硅酸钙相(C2S/C3S)为对胶凝材料赋予其水合行为和CO2反应性的主要相(Rostami等，2011)。原样接收渣和所合成水泥的硅酸钙含量通过QXRD分析定量化。图表15所示，用废弃玻璃合成的渣的C2S含量从9.2％增大至18.3％，而C3S含量没有明显改变。C2S含量的增大进一步确认，合成过程成功地将游离石灰与玻璃中的二氧化硅结合形成硅酸钙相。C3S形成并未意料之中的，因为与该相相关的反应需要更高温度(Taylor1997)。据认为，提供更高的温度可以形成C3S，不过，从经济实用的观点来看，这并非是可取的。出于能源保护的目的，在本研究中采用1100℃的温度。
图22显示了原样接收渣和所合成水泥的TG/DTG曲线。对于原样接收渣而言，DTG曲线中450℃～550℃的峰表明了CH的存在，如在XRD图案中可见的那样。经记录，该合成的未碳酸化的水泥没有质量损失，表明水泥中不存在碳酸盐或硅酸钙水合物相。L3中存在的氢氧化钙在合成过程中消除，因为其在500℃的温度下分解。
表16示出了由原样接收钢包渣和所合成水泥(经历多种固化条件)制得的膏体的压缩强度和二氧化碳吸收的结果。表16中还显示了所合成水泥的结果。合成过程使得非水合材料显示出水合行为。水合化水泥膏(T1100-1)的35天压缩强度表现出，在仅35天水合化后，能够测得的强度增大为9.1MPa。这是在合成过程中形成了硅酸钙的指征。在暴露于碳酸化固化时，水泥表现出快速强度增大。水泥膏的压缩强度在2小时碳酸化后立即增大，达到23.1MPa。如图23所示，碳酸化水泥的后续水合化进一步贡献了强度增大。碳酸化水泥膏的压缩强度在3、14和35天的后续水合化后分别达到37.3MPa、43.6MPa和45.7MPa。碳酸化似乎强化了所合成水泥的水合性质。据认为，该现象出现的原因在于，在结合的C2S在碳酸化期间消耗后，可接近更多的钙铝石进行水合化。碳酸化2小时以及随后35天水合化的样品(T1100-5)在DTG曲线中于247℃显示出峰(图24)，表明铝酸钙水合化的形成；该峰在水合化样品(T1100-1)中不能观察到。如表16所示，基于质量增大法确定的碳酸化水泥在2小时后的CO2吸收小于5％。尽管二氧化碳吸收较低，强度增大却极为明显。据认为，所析出的碳酸钙晶体以与颗粒复合物的形式相似的方式加强了水合化产物。相对更具弹性的碳酸盐在C-S-H+C-A-H相中的分散增强了复合物的微观结构，并对复合物赋予更好的机械性质。类似地，技术人员可以比较C-S-H/C-A-H-CC体系与水泥膏-骨料或混凝土-纤维体系，其中，水泥膏或混凝土中分散的骨料或纤维使复合物体系具有高强度。
表16：所合成水泥膏的碳酸化和水合化
Figure BDA0003681292370000321
24C＝24小时碳酸化
0C＝无碳酸化
35H＝35天水合化
0H＝无水合化
图24示出了用所合成水泥制造的碳酸化/水合化样品的TG和DTG曲线。考虑高于550℃经历的质量损失来计算CO2吸收。如表17所示，从TG曲线获得的2小时碳酸化后的CO2吸收(T1100-2)与表15中的由质量增大法确定的吸收处于同一量级。如预料的那样，观察到水合化样品(T1100-1)在550℃后没有质量损失，表明不存在碳酸盐。固化水泥的硅酸钙水合物和铝酸钙水合物的水损失基于105℃～450℃的质量损失测量，并且随水合化时间增大而显示出增大。进行后续水合化3、14和35天的碳酸化水泥的DTG曲线一致显示，相对于碳酸化而无水合化(T1100-2)，图24的峰强度增大。进行后续水合化的水泥所经历的此种增大的质量损失是由于水合化而使C-S-H+C-A-H的形成增大的指征。水合化的另一证据可见于碳酸化水泥中Ca(OH)2的增多。相对地，水合化水泥已经显示出最低的Ca(OH)2，这解释了在35天水合化后的低水合化强度。尽管后续水合化中的C-S-H+C-A-H含量的增大与固化时间不成比例，2小时碳酸化和35天水合化后的水泥远远强于35天水合化后的水泥(45.7MPa相比于9.1MPa)，表明同时形成了C-S-H+C-A-H和CaCO3相导致的复合作用。明显的是，碳酸化促进了后续水合化，这可能归因于碳酸化产生的碳酸钙。碳酸盐可能充当后续水合化的方解石晶种。
表17：碳酸化和水合化的所合成水泥膏的反应产物
Figure BDA0003681292370000331
*基于400℃～500℃的质量损失计算
**基于550℃～850℃的质量损失计算
图25示出了经历不同固化方案的所合成水泥的XRD图案。明显可见的是碳酸化水泥中出现的碳酸钙的峰，因为该相的析出由CO2与硅酸钙相的反应引起。通过比较非碳酸化和碳酸化样品的图案，技术人员可以推定钙铝黄长石不与CO2反应，并且对强度增大没有贡献。同时，钙铝石峰的稍微降低表明其与CO2的潜在反应性。水合化和碳酸化的所合成水泥的XRD图案还揭示了在35天水合化期间钙铝石强度稍微降低，表明钙铝石的水合化，其导致C-A-H的形成。
本研究的结果表明，废弃玻璃可以用作二氧化硅源来促进硅酸钙相的形成，提高碳酸化反应性并诱发明显的水合化强度增大。
在经受碳酸化、水合化或二者组合时，所合成水泥显示出强度提高。使用该特殊水泥的最佳实践为首先进行用于早期强度的碳酸化以及其次进行用于后期强度的水合化。在1100℃下合成的80％钢包渣细粉与20％废弃玻璃的组合得到了稳定的水泥，其在经受碳酸化和水合化固化时能够增大强度。使用废弃玻璃作为添加剂可以将非反应性钢包渣转化为具有附加值的粘合剂制品。结果还表明，碳酸化固化促进了与后续水合化相关的强度增大。由C-S-H-C-A-H基质中的碳酸钙产生的复合作用最终在强度增大方面起到重要作用。
实施例5：用飞灰处理渣来制造合成水泥
钢包渣与实施例4的玻璃所用的相同。原样接收的干燥钢包渣“饼”首先压碎，然后进一步粉碎成布莱恩数为247m2/kg(L3)的粉末。将来源于加拿大的Alberta的布莱恩数为438m2/kg的F类飞灰作为二氧化硅源引入钢包渣中。钢包渣和飞灰材料的化学组成均由XRF获得，且结果示出于表18中。钢包渣具有所示的57％CaO，且飞灰具有54％SiO2。
表18：原材料和所生产的水泥的化学组成
Figure BDA0003681292370000341
*Na2Oe＝Na2O+0.658×K2O
水泥按照以下步骤合成。以不同重量百分比将飞灰添加到渣中，并在粉碎机中分别混合30秒。然后在20x20x20 mm钢模具中于50MPa压力下将混合粉末压实。将丸粒放置在耐火板上，然后将其放入高温炉中。将炉的温度以5℃/分钟的速率增大至所需温度。当达到所需温度时，将炉在该温度下保持30分钟。加热后，将压实样品立即从炉中移出，从而借助冷却风扇以600℃/小时的冷却速率在环境条件下于大气中冷却。然后，通过粉碎2分钟，将冷却后的立方渣块研磨成布莱恩数为202m2/kg的粉末。
所合成水泥的水合行为及其CO2反应性极度取决于原材料的化学组成和合成温度。出于该理由，进行全面的参数研究来优化该过程。
为了确定最佳的飞灰，通过以钢包渣重量的20％、30％、40％和50％将飞灰引入至钢包渣，而制备若干试验批次的水泥。在由各个混合物制备渣块丸粒后，随后将其加热至1250℃。在下一步骤，将由所生产水泥制造的20x20x12 mm试样用CO2活化。通过在碳酸化腔室中于0.15MPa的压力下对试样进行碳酸化24小时来完成此过程。基于压缩强度标准(在碳酸化后立即测得的强度)选择最佳的飞灰百分比。
为了确定最佳的渣化温度，将钢包渣和飞灰的混合物在各个温度下合成，包括800℃、900℃、1000℃、1100℃、1200℃和1250℃。混合物使用最佳的飞灰百分比(30％)制备。在进行碳酸化后，对由所生产水泥制得的样品的机械和化学性质进行检验。最后，所选择的最终处理途径是保证最佳的压缩强度、二氧化碳吸收、最小的游离石灰含量和可控的碱度水平的处理途径。
将纯度为99.5％的CO2气用于钢渣的碳酸化。将CO2气加热至环境温度并注入至腔室中至0.15MPa的压力。使用调节器保持压力恒定，并保证由试样消耗的二氧化碳持续补充。
在确定最佳的飞灰百分比和渣化温度后，大量生产水泥以进行大批次评估。由所合成水泥制备尺寸为20x20x12 mm的试样。对于各个棱柱样品，将10g水泥和1g水(水/渣＝0.10)混合，并在冲压机对钢模具施加的12.5MPa的压力下压实。将这些样品在0.15MPa下进行碳酸化2小时。接下来，检验碳酸化和水合化对最大强度增大的组合效果。组合固化包括恒定的碳酸化步骤，随后是时长为0、3、14和25天的后续水合化。使非碳酸化的参比样品在密闭条件下进行35天的简单水合化。这将有助于评估后续水合化对碳酸化样品特性的作用。
进行参数研究来确定最佳的飞灰补充添加和渣化温度。最初选择1250℃的任意温度并固定，同时由钢包渣和飞灰制备不同的原料混合物。表19示出了以不同的飞灰百分比生产的水泥在碳酸化24小时后的压缩强度和CO2吸收的结果。如图26所示，飞灰百分比从20％增大至30％将使压缩强度(碳酸化后立即测量)从38.3MPa增大至45.7MPa。同时，在混合物中引入更多飞灰并未成比例地起作用，并且这些样品表现出较低的压缩强度。用渣-20％飞灰和渣-30％飞灰制造的样品的二氧化碳吸收值几乎相同，并高于用40％和50％飞灰生产的水泥，表明发现最佳的飞灰百分比为约30％。为了优化能量消耗，对所选择的渣和飞灰的混合物应用不同的处理温度。不同的处理温度为800℃、900℃、1000℃、1100℃、1200℃和1250℃，并且在碳酸化2小时后的压缩强度和二氧化碳吸收的结果示出于表20中。结果显示，压缩强度随渣化温度的增大而有所递增；不过，在各个温度下CO2吸收保持基本相同。考虑到比较分析的结果，由钢包渣和飞灰生产水泥的最佳的飞灰百分比和渣化温度分别为30％和1250℃。基于所观察到的趋势来看，尽管较高温度的热处理可以潜在地产生较高的强度，但是出于能量效率和实用性，将实验程序选择为渣化温度的上限是1250℃的(常规水泥生产通常在1450℃进行)。
表19：原材料和所生产水泥的化学组成
ID FTL1 FTL2 FTL3 FTL4
飞灰含量(％) 20 30 40 50
渣化温度(℃) 1250 1250 1250 1250
碳酸化时间(h) 24 24 24 24
压缩强度(MPa) 38.3±12.0 45.7±10.3 8.2±1.7 6.0±0.9
二氧化碳吸收(％) 8.9±0.1 6.5±0.3 3.4±0.2 1.6±0.4
表20：在不同渣化温度下生产的水泥的结果
ID FTL5 FTL6 FTL7 FTL8 FTL9 FTL10
飞灰含量(％) 30 30 30 30 30 30
渣化温度(℃) 800 900 1000 1100 1200 1250
碳酸化时间(h) 2 2 2 2 2 2
压缩强度(MPa) 10.1±2.2 10.2±1.8 7.4±2.2 11.7±2.2 15.3±1.3 24±6.2
二氧化碳吸收(％) 3.9±0.8 4.0±0.1 5.0±0.6 3.4±0.6 7.4±0.7 4.1±0.1
表18中还示出了用30％飞灰于1250℃生产的水泥的化学组成。与钢包渣相比，所合成水泥显示出较低的CaO含量和较高的SiO2和Al2O3含量。后者归因于飞灰添加剂，其固有地具有高SiO2和Al2O3。此种改性将材料组成在CaO-Al2O3-SiO2主晶相图中向C2S相的产生侧移动。钢包渣的游离石灰含量(被认为是构建应用中问题的来源)从10.80％降至0.11％，表明该氧化物在水泥生产过程中消耗，并且与二氧化硅反应形成硅酸钙。Zong等(2009)介绍了5％的飞灰作为添加剂将改变渣的结构以改善其易磨性。在其研究中，渣和飞灰的混合物在高温下熔化，随后熔融状态通过高压空气淬冷而快速冷却。其改性渣显示出较低的游离CaO含量和较高的CS和β-C2S含量。一个重要的相关观察是原料混合物中CaO与SiO2比例之间的组成关系，或碱度比。与添加剂来源或类型无关，发现由钢渣生产水泥的过程可通过使碱度(CaO/SiO2)比为2.6而实现，其在本研究中通过使用飞灰而实现。
图27示出了水泥的XRD图案。所识别的相表明水泥的主要相包括钙铝石和钙铝黄长石，而铁酸二钙、氧化钙和镁硅钙石探测为痕量。游离石灰的值揭示了其在样品中的存在可忽略不计，确认了XRD分析的发现。据认为，被发现为富二氧化硅和氧化铝的飞灰的添加对渣化过程中更多钙铝黄长石的生成有贡献。使用飞灰进行渣化过程消除了钢包渣中的氢氧化钙。如表18中所示，QXRD的结果表明，与钢包渣相比，用30％飞灰于1250℃生产的水泥的C2S含量增大了45％。
如图28所示，水泥的TG曲线显示无重量损失。这意味着在所生产水泥中不存在容易热分解的相。水泥DTG曲线中450℃～550℃的平整线确认了氢氧化钙相的消除。
表21显示了用经受了2小时碳酸化和多个时长的后续水合化的所生产水泥制造的样品(除了第一个样品仅经历水合化外)的压缩强度和CO2吸收的结果。该结果显示，未碳酸化样品在35天水合化后有相对明显的强度增大，表明渣化过程促进了先前未存在于渣或飞灰中的水合相的形成。如图29所示，碳酸化样品的水合化时间的增大使压缩强度增大。在2小时碳酸化后立即测试的样品的压缩强度实现了14.4MPa的平均值，并且当相似处理的样品随后进行35天水合化时进一步增大至34.2MPa。经受35天水合化的碳酸化样品(用所合成水泥制得)的压缩强度高于碳酸化样品的压缩强度加未碳酸化样品在35天水合化后的压缩强度。从后续强度增大并与仅水合化样品的强度结果相比可见，样品的碳酸化似乎改善了水合化反应。换言之，碳酸化促进了强度增大。还如表21所示，由所生产水泥制得的样品的二氧化碳吸收是一致的，并且在经历2小时碳酸化后，全部获得了小于3重量％的值。制得注意的是，尽管二氧化碳吸收并不明显，但是压缩强度达到了潜在地足以进行实际演示的值。据认为，由补充固化得到的增强的强度增大是由析出的碳酸钙晶体和水合化产物产生的复合作用的结果。基于此种事实，即使较小的二氧化碳吸收也能够对应最终制品的可观的机械增强和高强度。
表21：以不同龄固化的样品的压缩强度
ID 碳酸化(h) 水合化(天) CO<sub>2</sub>吸收(％) 压缩强度(MPa)
F1250-1 0 35 - 13.9±2.1
F1250-2 2 0 2.5±0.3 14.4±1.7
F1250-3 2 3 2.6±0.2 23.3±2.9
F1250-4 2 14 2.6±0.0 26.1±3.8
F1250-5 2 35 2.4±0.5 34.2±2.0
图30显示了经受不同固化条件的样品的TG/DTG曲线。通过考虑高于550℃经历的质量损失来计算碳酸化样品的CO2吸收。如表21所示，可以看出，基于质量增大和TG法算出的CO2吸收的值几乎是相等的。105℃～450℃的质量损失表示水合化产物。碳酸化样品的C-S-H和CH含量随后续水合化时长的增加而增大。尽管水合化样品(F1250-1)的水合化产物高于碳酸化样品在暴露于水合化35天后的水合化产物，由于上述复合作用，碳酸化样品(F1250-5)的压缩强度明显高。因此，技术人员可推定，对于强度贡献而言，碳酸钙和水合化产物在胶凝体系中的共存得到了比单纯基于C-S-H的水合化体系更好的强度。
图31示出了未固化水泥、水合化水泥和碳酸化样品(经受多个时长的后续水合化)的XRD图案。比较碳酸化样品与未固化粉末的图案，技术人员可以注意到，如图中标记“4”所指示，硅酸钙相在碳酸化过程中消耗，而形成碳酸钙相。2θ为29°处的峰的较低强度反映出该样品实现了较低的CO2吸收。钙铝黄长石并未与CO2有效反应，因为其相应的峰强度在碳酸化固化后未明显改变。同时，钙铝石的峰的轻微降低表明，其与二氧化碳的反应性较低。CH相的峰的特征是强度较弱。由于观察到经受了0、3、14和35天水合化的碳酸化样品的CH峰没有明显的跳动，技术人员可以推定，在该期间内仅生成了少量的CH。值得注意的是，非碳酸化(或非CO2反应性)的相(如镁硅钙石和钙铝黄长石)的强度在各个固化龄中均保持恒定。换言之，钙如果结合至Si/Mg或Si/Al时，不会在与二氧化碳的反应中析出。
可以将仅由废弃材料制得的水泥作为低能量水泥。钢包渣可作为石灰石的合适替换物引入，从而代替水泥生产中作为氧化钙常用来源的石灰石。由废弃材料生产水泥的过程可在比波特兰水泥生产更低的200℃温度下实行。较低的能量消耗、自然资源的保存和从填埋场的转移是在实践水平上实施此种过程得到的重要益处。
在该实验程序中，石灰石完全由钢包渣代替来生产环境友好的水泥。引入飞灰来在高温下与钢包渣反应，以促进硅酸钙相的形成。钢包渣和飞灰的混合物经受优化的渣化过程(旨在促进硅酸钙相)。与传统波特兰水泥相比，所合成水泥表现为更环境友好且能量高效的材料。
当经受碳酸化、水合化和两者组合时，所合成水泥表现出强度提高。结果还表明，碳酸化固化增大了与后续水合化相关的强度增大。由碳酸钙和水合产物生成的复合作用最终在强度增大方面起到重要作用。
本研究的结果显示，钢包渣可以与30％比例的飞灰混合以制造在1250℃的温度下合成的水泥。所用的渣化温度越高，水泥的碳酸化和水合化反应性越高。基于钢包渣和飞灰的可获得性，可以使用这些材料通过碳酸化/水合化固化生产具有增大强度能力的水泥。所提出材料的生产可以减少能量消耗、自然资源消耗、CO2处置成本、废弃材料填埋和总CO2排放。
尽管上述说明提供了实施方式的实例，但是将意识到，所描述的实施方式的一些特征和/或功能容易进行修改而不背离所描述实施方式的操作的精神和原理。因此，上文已经描述的内容意图是说明性和非限制性的，并且本领域技术人员将理解，可以在不背离如所附权利要求中所限定的本发明的范围的情况下做出其他变型和修改。
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Claims (43)

1.一种建筑产品，其包含粒状材料和含有钢渣的粘合剂。
2.如权利要求1所述的建筑产品，其中，用二氧化碳实现固化。
3.如权利要求1或2所述的建筑产品，其中，所述建筑产品是预浇制的。
4.如权利要求1～3中任一项所述的建筑产品，其中，所述钢渣的累积硅酸钙含量为至少约20％。
5.如权利要求1～4中任一项所述的建筑产品，其中，所述钢渣的游离石灰浓度为小于约7％。
6.如权利要求1～5中任一项所述的建筑产品，其中，所述钢渣的二氧化硅含量为至少约6％。
7.如权利要求1～6中任一项所述的建筑产品，其中，所述建筑产品是构建砌块。
8.如权利要求7所述的建筑产品，其中，所述钢渣包括电弧炉渣和碱性氧气炉渣的至少一种。
9.如权利要求7或8所述的建筑产品，其中，所述粒状材料包含轻骨料，且其中，所述粘合剂包含钢渣。
10.如权利要求9所述的建筑产品，其中，所述轻骨料选自天然轻骨料、膨胀粘土骨料、膨胀页岩骨料、膨胀渣骨料、膨胀钢渣骨料和膨胀铁渣骨料。
11.如权利要求9或10所述的建筑产品，其中，所述粒状材料基本上由轻骨料构成，且其中，所述粘合剂基本上由钢渣构成。
12.一种制造建筑产品的方法，其包括：提供粒状材料和含有钢渣的粘合剂；组合所述粒状材料和所述粘合剂；用二氧化碳固化组合的粒状材料和粘合剂。
13.如权利要求12所述的方法，其中，所述建筑产品是预浇制的。
14.如权利要求12或13所述的方法，其中，所述钢渣的累积硅酸钙含量为至少约20％。
15.如权利要求12～14中任一项所述的方法，其中，所述钢渣的游离石灰浓度为小于约7％。
16.如权利要求12～15中任一项所述的方法，其中，所述钢渣的二氧化硅浓度为至少约6％。
17.如权利要求12～16中任一项所述的方法，其中，在固化前，所述钢渣通过高温处理和随后的冷却过程而改性。
18.如权利要求12～17中任一项所述的方法，其中，所述建筑产品是构建砌块。
19.如权利要求18所述的方法，其中，所述钢渣包括电弧炉渣和碱性氧气炉渣的至少一种。
20.如权利要求18或19所述的方法，其中，所述粒状材料包含轻骨料，且其中，所述粘合剂包含钢渣。
21.如权利要求20所述的方法，其中，所述轻骨料选自天然轻骨料、膨胀粘土骨料、膨胀页岩骨料、膨胀渣骨料、膨胀钢渣骨料和膨胀铁渣骨料。
22.如权利要求20或21所述的建筑产品，其中，所述粒状材料基本上由轻骨料构成，且其中，所述粘合剂基本上由钢渣构成。
23.如权利要求18～22中任一项所述的方法，其还包括：
在组合所述粒状材料和所述粘合剂后，将组合的粒状材料和粘合剂与水混合至第一水渣比；
在与水混合后，压实所述组合的粒状材料和粘合剂，并且
在压实后，将所述组合的粒状材料和粘合剂中的水量减少至低于所述第一水渣比的第二水渣比；并且
其中，在将水量减少至所述第二水渣比后，用二氧化碳固化所述组合的粒状材料和粘合剂。
24.如权利要求23所述的方法，其中，将所述组合的粒状材料和粘合剂中的水量减少至所述第二水渣比的步骤包括，对所述组合的粒状材料和粘合剂施加空气流。
25.如权利要求24所述的方法，其中，施加空气流增大了所述组合的粒状材料和粘合剂的孔隙度。
26.如权利要求23～25中任一项所述的方法，其中，所述第一水渣比对于形成构建砌块的平滑表面是有效的。
27.如权利要求23～26中任一项所述的方法，其中，所述第二水渣比对于增大固化过程中二氧化碳的吸收是有效的。
28.如权利要求23～27中任一项所述的方法，其中，所述第一水渣比为至少约0.15，且其中，所述第二水渣比小于约0.12并优选为至少约0.08。
29.如权利要求23～28中任一项所述的方法，其中，所述第一水渣比为至少约0.2，且所述第二水渣比小于约0.10。
30.一种建筑材料，其包含钢渣和富二氧化硅材料的混合物，所述混合物经加热处理。
31.如权利要求30所述的建筑材料，其中，所述钢渣包含作为炼钢副产物而产生的钢包渣。
32.如权利要求30～31中任一项所述的建筑材料，其中，所述富二氧化硅材料包含玻璃和飞灰的至少一种。
33.如权利要求30～32中任一项所述的建筑材料，其中，所述渣和富二氧化硅材料的混合物基本上由废弃和/或回收材料构成。
34.一种制造建筑材料的方法，所述方法包括：
混合钢渣和富二氧化硅材料；和
加热钢渣和富二氧化硅材料的混合物。
35.如权利要求34所述的方法，其中，所述钢渣包含作为炼钢副产物而产生的钢包渣。
36.如权利要求34～35中任一项所述的方法，其中，所述富二氧化硅材料包含玻璃和飞灰的至少一种。
37.如权利要求34～36中任一项所述的方法，其中，所述渣和富二氧化硅材料的混合物基本上由废弃和/或回收材料构成。
38.如权利要求34～37中任一项所述的方法，其中，所述渣和富二氧化硅材料的混合物在约700℃～约1400℃的温度下加热。
39.如权利要求34～38中任一项所述的方法，其还包括在加热所述混合物之前压实所述渣和富二氧化硅材料的混合物。
40.如权利要求34～39中任一项所述的方法，其还包括在加热后冷却所述渣和富二氧化硅材料的混合物。
41.如权利要求40所述的方法，其还包括在冷却后研磨所述渣和富二氧化硅材料的混合物，由此形成胶凝材料。
42.如权利要求1～11中任一项所述的建筑产品，其中，所述钢渣包含权利要求30～33中任一项所述的建筑材料或者根据权利要求34～41中任一项所述的方法制造的建筑材料。
43.如权利要求12～29中任一项所述的方法，其中，所述钢渣包含权利要求30～33中任一项所述的建筑材料或者根据权利要求34～41中任一项所述的方法制造的建筑材料。
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