综述：通过CCUS技术提升钢渣在混凝土中的性能：机制、应用与挑战

本综述系统探讨了利用碳捕集利用与封存（CCUS）技术强化钢渣在混凝土中的应用，重点分析了其提升CO2封存能力（达29.47 kg/吨渣）和改善力学性能（抗压强度提高15-30%）的机制，为应对气候变化和工业固废资源化提供了关键技术路径。

　　

独特性能的钢渣

钢渣作为辅助胶凝材料（SCM）应用于水泥基产品，可显著降低建筑行业的环境影响并提升资源效率。其复杂化学组成源于多阶段炼钢工艺，富含钙镁碱性氧化物（如CaO和MgO），这些成分与CO₂反应生成稳定的碳酸盐矿物（CaCO₃和MgCO₃），兼具封存CO₂和资源化利用的双重优势。当前全球约70%钢渣用作建筑材料，仅5.5%作为水泥替代骨料，其碳化活性在优化条件下可达29.47 kg CO₂/吨渣。

工艺参数与反应动力学关系

碳化过程涉及硅酸钙（C₂S和C₃S）及其反应产物的关键阶段。乙酸处理后的吸附剂（CAes和CAcs1）因改善孔结构，在15次循环后CO₂吸收容量达0.38 g/g。钙溶解、质量传递和集体动力学效应共同调控碳化效率，低压实验环境可有效降低能耗与成本，推动CO₂矿物碳化的规模化应用。

钢渣碳化转化机制

钢渣中游离氧化钙（f-CaO）与FeO在高温煅烧中形成CaO-FeOx复合物，延迟其水化活性。碳化反应时，钙镁组分（f-CaO、Ca(OH)₂、f-MgO、Mg(OH)₂）与CO₂反应生成碳酸盐，显著增强结构密度与力学强度。化学优化过程（如钾掺杂）可提升27.1%的CO₂吸收，微生物矿化使抗压强度提高15-30%，水性碳化在中试装置实现80-90%的CO₂转化率。

大规模应用中的钢渣矿物碳化

当前研究多集中于实验室规模，工业化需兼顾碳化转化效率与能耗成本。浆态反应器中的直接碳化可减少环境影响并实现高效碳化，结合高盐废水使用时，每增加1%渣浓度，封存效率提升超1100%。 pilot规模实验证实技术潜力，如沉淀碳酸钙（PCC）生产可利用70%以上CO₂。

经济视角下的碳捕集与系统提取

CO₂资源化利用正推动土木工程领域创新，重点进展集中于转化为碳酸盐和聚合物应用于建筑业。此过程将环境挑战转化为经济进步与可持续性机遇，需系统评估操作参数与成本效益。

结论与未来展望

钢渣基CCUS混凝土为缓解全球CO₂排放和满足环保建材需求提供可行方案，替代10-30 wt.%熟料可减少水泥行业8-10%排放。未来需解决渣化学组成异质性、长期性能及低压碳化工艺优化问题，推动该技术在钢渣回收活跃区（中国、欧盟、北美）的规模化落地。