钢渣（SS）在混凝土中的新拌性能、力学性能与文献计量分析综述

《Composites and Advanced Materials》：Fresh, mechanical, and bibliographic analysis of steel slag in concrete: A review

　　

钢渣（SS）替代水泥或骨料是降低CO₂排放并保护自然资源的有效途径。尽管具有潜力，仍需详细综述以汇集相关最新信息并评估钢渣混凝土的优势与局限。因此，本研究对钢渣进行了全面综述，包括钢渣的物理化学性质、其对混凝土新拌性能、强度性能、环境影响及成本效益的影响。此外，还研究了破坏模式、开裂路径及断裂形式。结果表明，钢渣改善了强度性能与可持续性，但降低了混凝土的流动性能。此外，钢渣作为细骨料的表现优于作为粗骨料，典型利用率范围为细骨料20%~30%、粗骨料60%~70%。最后，本综述提出了未来研究的建议。

引言部分指出，建筑业因是全球碳排放的主要贡献者而面临重大环境挑战，混凝土是全球基础设施与建筑项目中使用的基础建筑材料，但水泥生产显著释放有害气体造成环境污染，因此建筑业对可持续性的需求日益增长。由于骨料通常占混凝土体积的75%以上且地球资源有限，亟需探索替代材料以促进可持续性，钢渣等工业废料可作为混凝土生产的可行替代材料。文章强调，各种工业废料的回收利用在全球范围内迅速增长，以回应公众对生态恶化、化石燃料节约和可持续发展的日益关注，回收材料是可持续和环保建筑方法的重要一步。钢渣是钢铁生产的副产品，占钢铁产量的10%~15%，典型颜色为黑色，是全球大量钢铁生产产生的重要工业废渣。钢渣粉的水化过程与水泥相似，具有水硬性；钢渣在混凝土中对流动性能发挥较好作用；含钢渣粉的混凝土收缩小于不含钢渣粉的混凝土；碱激发钢渣混合料的耐久性优于参照组。然而，钢渣在混凝土中的利用性能取决于其物理性质。现有文献表明许多研究者关注利用钢渣开发可持续混凝土并报告了积极结果，但钢渣物理性质的差异会影响混凝土性能，因此需要更详细的研究来探索可能对混凝土性能产生不利影响的钢渣物理性质各个方面，并需要一篇全面的综述来总结所有相关信息。研究意义部分指出，已有综述强调了钢渣在建筑行业中的各种一般应用，包括制砖、沥青混合料、防辐射混凝土、泡沫混凝土、自密实混凝土、陶瓷制造、防水砂浆和地聚合物复合材料，但该综述未具体详细阐述混凝土性能，缺乏对新拌性能和强度性能的详细研究，也未综述破坏模式和文献计量趋势；另一篇简短综述探讨了钢渣在地聚合物混凝土中的作用，未提供破坏模式和文献计量趋势等细节；此前还有作者综述了钢渣在混凝土中的耐久性和微观结构分析，但缺乏新拌性能、力学性能或文献计量分析的信息。因此，本研究特别关注混凝土，主要方面为新拌性能、力学性能、破坏模式、环境效益和文献计量分析。方法论部分说明，本综述系统分析了钢渣在混凝土中的利用，主要关注钢渣对混凝土新拌性能、力学强度、破坏模式以及环境和成本效益的影响；相关文献数据通过Google Scholar收集，检索词为"SS in concrete"并结合钢渣骨料、钢渣粉、抗压强度、耐久性和力学性能等相关关键词识别相关研究；选择标准包括讨论混凝土新拌性能（如和易性和稠度）、力学强度（包括抗压、抗折和抗拉强度）、破坏模式（如开裂和断裂形式）以及使用钢渣的环境和成本效益的研究；不设特定时间限制，只要研究相关且对钢渣在混凝土中的利用有贡献即可纳入；仅选择英文撰写的论文以保持一致性和可及性。文献计量分析使用Scopus收集相关数据，选择Scopus数据库作为收集重要文献数据的主要来源是因为其全面覆盖同行评审文献，应用关键词钢渣混凝土识别相关文章，筛选1933年至2025年间发表的文章，共找到3242篇相关文章纳入分析，并使用VOSviewer软件进行网络和叠加可视化。

钢渣的物理性质与化学组成部分指出，钢渣的比重与水泥相当，单位重量在1600~1920 kg/m³之间，表明钢渣密度与骨料相当。不同研究者报告的钢渣物理性质存在差异，钢渣物理性质的差异会影响混凝土性能，因此需要更详细的研究来探索可能对混凝土性能产生不利影响的钢渣物理性质各个方面。通过扫描电子显微镜（SEM）测定钢渣的颗粒特征，结果显示钢渣颗粒呈片状和细长状；有研究强调钢渣颗粒形态具有不规则几何形状、棱角性和粗糙表面特征，因此片状、粗糙表面和细长颗粒有助于降低混凝土流动性能，钢渣的片状和细长形状可能导致互锁，使混凝土混合料难以达到所需流动度，但片状和细长颗粒由于互锁和摩擦有助于强度。X射线衍射（XRD）图谱表明，由于二氧化硅的非晶态性质，钢渣可作为胶凝材料在混凝土中部分替代水泥；钢渣中的非晶态二氧化硅表明其可能在一定程度上是混凝土混合料中水泥的可行替代品，活性二氧化硅可参与二次水化反应，导致形成额外的水化硅酸钙（CSH）凝胶并促进强度发展；因此，用钢渣等辅助胶凝材料替代水泥具有积极的环境影响，因为其减少了传统水泥制造的需求并降低了碳排放；此外，CaO和MgO在混凝土硬化后可能水化，引起体积膨胀和潜在开裂，因此在确定最佳替代量时应仔细考虑钢渣的矿物学特征和物理性质。

混凝土新拌性能部分分为流动性和非蒸发水两个子部分。关于流动性，混凝土的坍落扩展度随钢渣替代比例（作为细骨料和粗骨料）的增加而趋于降低。有研究结论指出，当钢渣替代比例从0%以10%为间隔增至50%时，混凝土坍落度下降；天然砂由于水的侵蚀作用通常表面光滑，砂的光滑表面由于摩擦阻力较小而改善了混凝土运动（流动性），而钢渣颗粒粗糙且呈棱角状，限制了混凝土运动；有研究指出混凝土和易性因棱角形状而降低，这降低了混凝土的流动性；由于颗粒结构相对粗糙，当使用较大比例（超过20%）的钢渣时吸收了更多的水；此外，钢渣颗粒的不均匀形状导致其之间或钢渣与水泥颗粒之间形成空隙，为保持所需坍落度需要额外的水；钢渣颗粒比天然砂更细，因此具有更大的比表面积，需要更多的水来覆盖；与河砂和碎花岗岩相比，钢渣作为细骨料和粗骨料均具有更高的吸水能力；有研究报告在恒定水胶比0.55时，钢渣吸收更多的水，留给砂浆水化和流动性的水更少，因此当钢渣替代百分比增加时混凝土和易性降低；研究还表明混凝土流动性能随钢渣量增加而降低；有研究建议可添加外加剂或在混凝土中使用前浸泡钢渣以增强和易性；然而可以观察到，钢渣作为细骨料对混凝土流动性的负面影响小于钢渣作为粗骨料，这可能是由于钢渣作为细骨料的填充作用能力填充较大颗粒中的空隙，导致更致密的基体；有研究观察到在浆体中添加20%钢渣粉 compared to 不含钢渣粉的浆体（参照组）其流动性增加约25 mm，因此钢渣增强了浆体的流动性；此外，钢渣粉的反应性低于水泥，因此钢渣粉在相同塑性状态下比同等质量的水泥需要更少的水。关于非蒸发水，非蒸发水含量可作为水泥和矿物掺合料水化产物的代理指标，非蒸发水含量表示混凝土中化学结合在胶凝基体内部的水量，该水与 水化产物化学结合且不能因蒸发而释放，因此非蒸发水含量是评估混凝土中水泥与矿物掺合料相互作用形成的水化产物量的有用指标；非蒸发水含量由105°C至1000°C之间的质量损失确定，质量损失归一化至105°C干燥质量并校正烧失量。掺钢渣粉的硬化浆体在3天时的非蒸发水含量远低于传统混凝土硬化浆体，表明在钢渣粉存在下水泥和矿物掺合料的水化过程较少或发展较慢，这可能表明水化速度较慢或水在整个水化过程中利用效率较低；钢渣的延迟水化行为归因于其与水泥相比较低的水硬反应性，因此钢渣对早期水化贡献较少但在延长养护期内持续反应。此外，含钢渣粉的水泥浆体中非蒸发水量随水泥替代比例增加而降低，这些结果与先前研究中钢渣粉水化活性低于水泥的结论一致；水化不足会导致颗粒间充水孔隙空间数量增加，从而削弱强度和使用寿命；有研究指出水量少于所需量不足以使混合物中的水泥完全水化，导致强度降低；水的存在对于产生水化产物的化学反应至关重要，水化改善混凝土的粘结和耐久性；传统混凝土硬化浆体从3天到28天非蒸发水量没有显著增加，然而28天后含钢渣粉硬化浆体的非蒸发水含量几乎与传统混凝土硬化浆体相当，表明非蒸发水含量增加速率快于传统混凝土硬化浆体，因此钢渣粉在后期比水泥具有更高的持续水化活性，这支持强度的持续改善和混凝土长期性能；后期非蒸发水的增加与持续水化有关，因此细化了孔结构并降低了混凝土渗透性， consequently 较高的非蒸发水提高了抗压强度和耐久性。

强度性能部分分为抗压强度、抗拉强度、抗折强度、弹性模量和断裂模式五个子部分。关于抗压强度（CS），钢渣的替代提高了混凝土的抗压强度；研究发现用天然骨料部分替代人造骨料至一定百分比可增强混凝土抗压强度，结果表明高达36%的细骨料可用钢渣替代，这对抗压和抗拉强度均有益；有研究表明7天抗压强度表现出比28天更大的强度，他们得出结论额外的钢渣在早期表现出积极结果，早期强度增加可能是混凝土更快养护的结果，7天相比28天观察到的强度发展速率增加表明钢渣促进快速硬化；然而研究表明随着钢渣替代细骨料增加混凝土抗压强度降低，最佳百分比为30%，抗压强度降低可归因于在较大剂量（超过30%）下缺少流动性使压实过程变得更加困难，需要更多能量进行压实并增加了因压实不足导致空隙的机会；此外早期强度相当低，但当水化过程受控时可用于生产高性能混凝土；有研究调查了钢渣混凝土的耐久性和力学特性，结果表明钢渣提供了改善可持续性等好处，但其掺入混凝土混合料也可能产生需要特别考虑的缺点，研究结果表明增加钢渣替代往往对混凝土的渗透性、碳化能力和抗压强度（特别是早期强度）产生不利影响，阻止钢渣在水泥和混凝土行业广泛使用的主要问题是其低活性和较大比例惰性材料的存在。需要注意的是，文献中报道的钢渣最佳替代水平差异很大，取决于钢渣类型、替代方式（水泥、细骨料或粗骨料）、粒径分布、水胶比、混凝土等级、养护条件和配合比设计，因此报道的最佳百分比不应被解释为相互矛盾的发现，而应解释为各研究采用条件下特有的结果。然而有研究指出随着水泥替代增加，抗压强度 compared to 参照混凝土降低，但降低水灰比使抗压强度与传统混凝土相同；此外最佳替代量很重要，较高百分比会对混凝土性能产生不利影响；钢渣替代细骨料的最佳替代百分比为25%，该发现表明用钢渣替代高达25%的细骨料可有助于混凝土混合料表现出可接受的特性；另一项研究强调30%钢渣在力学强度和和易性之间提供了有利平衡；有研究指出用钢渣替代细骨料可获得更高的抗压强度，但应特别注意粒径分布，钢渣和混合物中其他骨料的粒径分布可影响堆积密度、和易性和混凝土力学性能；此外钢渣骨料棱角性增强导致的钢渣骨料与胶凝基体之间改善的相互作用可能是使用这些骨料生产的混凝土更强的原因，钢渣骨料的棱角结构可改善与胶凝基体的机械相互作用，互锁机制显著增加了混凝土结构承受剪切应力的能力并改善了骨料与周围浆体之间的粘附，从而导致混凝土强度提高；掺钢渣骨料的混凝土混合料随骨料替代比例增加具有更高的抗压强度；混凝土混合料中掺入钢渣导致混凝土基体中存在的渗透孔体积减少，孔体积减少表明密度增强和渗透性降低，这是增强混凝土耐久性的有利属性；研究结果表明在正常环境条件下含钢渣的混凝土样品抗压强度等于或大于传统混凝土样品，表明在正常环境条件下向混凝土混合料中添加钢渣不会降低最终混凝土的抗压强度。钢渣比天然河砂具有更高的强度，钢渣的优越强度可能是其在混凝土中使用时在一定限度内增强抗压强度的原因；通过用钢渣替代传统骨料至最多75%可获得混凝土的最佳抗压强度，然而进一步增加替代率导致抗压强度下降；有研究指出当钢渣用作细骨料的部分替代时对混凝土和易性产生不利影响，特别是在替代水平超过50%时使用时，研究结果表明最大抗压强度在15%~30%替代值时 noted，当钢渣用于替代细骨料时抗压强度 compared to 对照样品提高了11%；此外当钢渣含量增加而玻璃粉含量保持不变时抗压强度增加，这是由于钢渣骨料的火山灰活性或钢渣与替代骨料的硬度差异；有研究也表明钢渣中的活性SiO₂和Al₂O₃参与火山灰反应。钢渣作为骨料的抗压强度龄期关系显示，以28天抗压强度作为参照强度（RS），钢渣作为细骨料在所有混合料中表现出比28天参照强度更大的强度；当10%钢渣替代细骨料时，混凝土7天后抗压强度与参照混凝土（对照混凝土28天后抗压强度）相当，28天后抗压强度比参照强度高14%；当40%钢渣替代细骨料时抗压强度比参照强度高29%。这种强度增加可归因于多种因素：首先钢渣的火山灰特性允许混凝土基体内部持续水化反应，有助于随时间增强混凝土强度；此外钢渣颗粒的棱角和不规则类型提供与水泥浆体增加的机械互锁，导致更好的粘结强度；而且钢渣作为细骨料时较小的粒径分布支持更紧密的排列和更少的混凝土孔隙率，从而改善抗压强度。此外钢渣作为粗骨料在45%替代时表现出最大抗压强度，28天时比参照强度高12%；然而高剂量钢渣（90%） compared to 参照强度表现出9%的抗压强度降低，较高剂量钢渣下抗压强度降低是由于缺乏流动性导致强度降低，但9%的降低 compared to 参照强度并不太大；此外综述建议添加填充材料或抹灰材料可改善较高剂量钢渣作为粗骨料时混凝土的性能，这有助于克服使用钢渣作为粗骨料而非细骨料的相关问题，并最终增强混凝土结构的整体性能和耐久性。分析还表明钢渣作为细骨料的性能远优于钢渣作为粗骨料的性能，细骨料 compared to 钢渣作为粗骨料更好的抗压强度可归因于与其特性和混凝土混合料内相互作用相关的多种原因：首先细骨料具有更精细的粒径分布，使其能够在混凝土基体内更密集地堆积，从而导致增强的力学性能如增加的抗压强度；此外细骨料 compared to 粗骨料包含更大的比表面积，允许与水泥浆体增加化学相互作用，这促进更广泛的水化反应和更强键的发展；细颗粒增强的反应性和粘结能力显著有助于其在促进混凝土抗压强度发展中的有效作用；而且小颗粒在混凝土混合料中的均匀分散保证了增强的均匀性，导致性能更大的一致性和增强的整体耐久性；然而钢渣作为粗骨料可能导致颗粒排列的不规则性，可能产生薄弱点并降低承受压缩的能力。关于抗拉强度（TS），钢渣以与抗压强度类似的方式增强混凝土抗拉能力；有研究指出钢渣替代细骨料改善了传统混凝土的抗压强度和抗拉强度，研究结果表明钢渣作为细骨料 compared to 参照混凝土抗拉强度表现出2.8%的增加；通过用钢渣部分替代天然骨料至一定限度混凝土抗拉强度增加，进一步添加则降低抗拉强度；研究结果表明用钢渣替代高达36%的细骨料增强了混凝土抗压和抗拉特性，研究结果表明替代特定量的钢渣作为细骨料改善抗压和抗拉强度，然而一旦达到某一点（最佳百分比），进一步添加钢渣可能降低积极影响或变得不太明显；结果表明7天和28天混凝土最大平均抗拉强度分别比参照混凝土高6.3%和4.9%；有研究表明混凝土抗拉强度从0%到20%稳步改善，在30%钢渣替代细骨料时达到最大值，然而在40%钢渣替代时 noted 降低；混凝土抗拉强度随添加10%偏高岭土增加至30%钢渣部分替代时增加，但进一步添加导致抗拉强度下降；28天时在20%、30%和40%钢渣替代时抗拉强度分别增加10.06%、21.91%和2.36%；然而研究表明与标准混合料相比抗拉强度没有显著增加，但抗折强度 compared to 参照混凝土提高了30%； compared to 参照混合料最大抗拉强度增益为13.2%，当玻璃粉替代20%水泥和80%钢渣作为细骨料时；混凝土混合料的最小强度比对照混合料低5.6%，含40%细骨料被玻璃粉替代和40%水泥替代；研究表明钢渣骨料的棱角性增强了水泥与基体之间的连接，有助于增加抗拉强度，钢渣的互锁增强了摩擦阻力并改善了承载能力，然而钢渣的棱角形状对混凝土流动性产生不利影响；此外研究指出混凝土抗拉强度 compared to 其抗压强度表现出更大的百分比增加。研究发现对照混合料的抗拉强度测得为2.26 MPa，相比之下使用40%钢渣替代细骨料的混凝土混合料抗拉强度记录为2.47 MPa， compared to 对照混合料增加9.29%；类似结果在另一项研究中发现，当铁渣替代砂至40%水平时混凝土抗拉强度增加；有研究指出当玻璃粉含量保持不变时抗拉强度随钢渣百分比增加而增加，这种增加可能是由于钢渣骨料的火山灰作用或钢渣与替代骨料的硬度差异；抗拉强度随钢渣量增加至细骨料重量的40%而改善，结果表明7天和28天养护时抗拉强度增加分别为28.5%和21.8%；有研究发现混凝土抗拉强度在不同养护期增加至75%钢渣替代，特别是当0%、25%、50%、75%和100%钢渣替代混凝土时，抗拉强度在7天、14天和28天养护期内增加，这表明向混凝土混合料中添加钢渣可对a拉强度产生有益影响，特别是替代高达75%钢渣时，然而进一步添加钢渣对抗拉强度产生不利影响；使用50%钢渣制备的试样 compared to 传统混凝土表现出更好的结果（比参照混凝土高1.27%）；研究结果表明30%生态砂替代和60%钢渣替代的组合显示抗拉强度 compared to 对照混凝土抗拉强度相当更大。典型的钢渣混凝土开裂行为显示，破坏裂缝贯穿粗骨料（钢渣颗粒），这可归因于粗骨料 compared to 混凝土混合料整体强度较低的强度；钢渣骨料的蜂窝状微观结构其特征是多孔内部结构具有互连空隙，解释了粗骨料强度降低；钢渣混凝土断裂模式类似于使用天然粗骨料制备的高强混凝土。有研究报告 plain 混凝土中骨料的弹性模量高于砂浆，这在砂浆与骨料之间的界面处产生薄弱点，薄弱界面作为主裂缝开始和扩展的中心位置，因此主断裂通常沿骨料边界开始和扩展并继续进入相邻砂浆；然而在煤矸石骨料混凝土中，破坏机制与 plain 混凝土不同，因为煤矸石骨料的弹性模量低于砂浆，因此裂缝不仅在骨料与砂浆之间的边界处扩展，而且穿透煤矸石骨料本身。关于抗折强度（FS），与抗压强度类似，钢渣也增强混凝土抗折能力；研究结果表明在所有龄期当更多钢渣替代砂时混凝土抗折强度增加，混凝土抗折强度在50%钢渣替代时达到最大值，此后 compared to 对照混合料更大但低于所有养护龄期50%替代时达到的强度；类似地有研究指出抗折强度随钢渣占细骨料重量比例增加至30%而改善，M25等级和M30等级混凝土28天养护时抗折强度增加分别约为36.7%和24.7%；有研究声称通过添加25%钢渣（按细骨料重量）改善混凝土抗折强度，结果表明用钢渣替代细骨料 at 25%速率对M30等级混凝土是理想的，并随钢渣替代进一步增加而显著下降；钢渣的棱角结构增加了基体粘附是强度增强的主要原因，钢渣颗粒的棱角颗粒性质促进混凝土基体内部强互锁机制，互锁过程改善钢渣颗粒与周围基体之间的凝聚和结合，形成坚固且紧密连接的复合材料；钢渣的棱角形状还增强摩擦阻力和机械互锁，导致混凝土结构内部改善的载荷传递机制；钢渣的棱角结构显著改善混凝土中基体的粘附，这对增强其强度至关重要；此外有研究表明与标准混合料相比劈裂抗拉强度没有显著改善，但抗折强度 compared to 参照混凝土增加了30%； compared to 传统结果，7天和28天40%钢渣替代细骨料时混凝土最大平均抗折强度分别比参照混凝土高4.65%和2.8%。 compared to 普通混凝土，当粗骨料被60%钢渣替代时抗折强度增加1.09%；研究结果表明碎石灰石骨料混凝土和钢渣骨料混凝土具有相当的抗压强度，此外研究指出钢渣不会显著增加混凝土抗折强度；在使用再生混凝土骨料（RCA）或钢渣作为骨料的混凝土中，抗压强度下降百分比大于抗折强度，此外含钢渣的混合料遭受更少的强度损失，这可能导致开发保持强度和耐久性的混凝土结构；钢渣量增强抗折强度至细骨料的40%，研究结果表明7天和28天抗折强度增加分别为25.9%和24.4%；钢渣作为细骨料表明M20和M30混凝土抗折强度分别增加6.29%和5.02%，此外较高替代降低强度；在40%替代水平下混凝土抗压强度、抗拉强度和抗折强度分别增加20%、21%和14%。混凝土梁的承载能力对混凝土开裂行为有显著影响，裂缝/损伤模式的发展可能与弯曲破坏机制正相关；粗钢渣梁的断裂分布显示，研究结果表明初始断裂首先出现在跨中附近，方向朝向梁轴，这导致在梁中心附近形成裂缝，那里弯矩最大；随后连续裂缝开始发展并越来越远离跨中；导致结构坍塌的主裂缝不是初始裂缝，这种行为表明延性破坏模式，其中混凝土在破坏前经历一些塑性变形；当混凝土接近其最大抗压强度时早期裂缝沿施加应力方向进一步扩展，这种行为很重要，因为它表明混凝土在达到破坏点之前经历一些变形；特别是它表明以材料在应力下不破坏而变形的能力（延性破坏）为特征的破坏过程；这种钢渣骨料混凝土断裂模式也在观察钢筋混凝土梁破坏时在混凝土中发现。关于弹性模量，混凝土弹性模量是重要参数，因为它表明混凝土在承受应力时抵抗变形的能力，它评估混凝土在承受载荷时经历变形的程度；钢渣骨料以15%、25%、50%、75%和100%浓度替代粗骨料，研究结果表明当50%骨料被钢渣骨料替代时混凝土抗压强度和弹性模量分别增强33%和9.8%，此外钢渣混凝土在动力学方面表现出优越的应变比效应；混凝土中粗骨料量的增加导致弹性模量首先经历非线性增加，最终随时间减慢；混凝土内由粗骨料组成的机械框架的存在改善其抵抗变形的能力；一旦粗骨料量达到临界阈值通常约40%，进一步增加对机械结构产生递减效应，导致弹性模量上升速率减慢；此外当使用较低模量的胶凝材料时粗骨料量对弹性模量的影响更显著；界面过渡区（ITZ）受骨料与浆体之间界面强度影响，决定混凝土承受载荷的能力；由于提高弹性性质，混凝土在轻微变形（裂缝）下变得更易早期开裂；掺入理想量的钢渣粉增加混凝土弹性性质，然而大量钢渣粉有可能降低断裂韧性和弹性模量；研究表明钢渣骨料混凝土28天弹性模量为34.3 GPa，而砾石混凝土弹性模量为27.9 GPa，钢渣混凝土弹性模量 compared to 砾石骨料混凝土增加22.9%；钢渣骨料弹性模量增加可能是 compared to 砾石混凝土钢渣骨料混凝土观察到收缩减少的原因；钢渣骨料的棱角形态和粗糙表面纹理 compared to 砾石骨料光滑表面预期提供更多约束；所有掺钢渣的混合料 compared to 仅含砾石骨料的混合料表现出更大的弹性模量；最大动态模量在所有养护龄期在含6%水泥和25%钢渣含量的混合料中发现；物理钢渣非常渗透和多孔，因此向表面空间添加水泥浆体允许水泥浆体在每个混合料中不同地参与；添加更多水泥浆体导致混合料更大的骨料-水泥界面区域，这是骨料-水泥接触中材料最薄弱的环节；具有较大钢渣量和较低水泥量的混合料导致孔隙率增加，从而导致弹性模量下降；然而当混合料含2%水泥时，骨料特性在强度和弹性性能发展中起重要作用；钢渣 compared to 砾石更致密更强，因此钢渣混凝土弹性模量 compared to 砾石骨料更高。关于断裂模式，不同钢渣替代百分比样品的断裂形态显示，记录三种不同断裂形态进行分析，包括骨料断裂、水泥浆体断裂和骨料表面断裂；骨料断裂反映颗粒间应力分布，对评估结构强度至关重要；水泥浆体断裂意味着基体水平破坏，对评估耐久性至关重要；骨料表面断裂的存在强调两个界面之间粘结强度，进而影响力学特性；一般来说骨料断裂和水泥浆体断裂的发生被视为不利，因为它们代表基体水平的显著应力或破坏，降低混凝土强度和耐久性；另一方面 preferable 是界面之间强粘结，这由骨料最小表面损伤表明，这表明更好的载荷传递和抵抗变形，改善混凝土结构的整体力学性能和耐久性；在不同钢渣替代比例样品断裂中观察到不同断裂形态分布，钢渣与混凝土混合料中其他组分（如骨料和水泥浆体）之间的相互作用可影响断裂行为，粘结强度变化可导致不同断裂模式；使用图像识别技术基于骨料断裂、粗骨料表面和水泥浆体断裂的不同颜色范围通过设置颜色分离来区分断裂形态，黑色代表粗骨料断裂，蓝色代表粗骨料表面，水泥基体断裂。样品整体断裂区域与粗骨料断裂面积在不同钢渣替代比例下的比率显示，钢渣替代比例范围表明粗骨料断裂比率（R）随替代比例增加先上升后下降，5%钢渣混凝土的R达到峰值百分比32.46%，比传统混凝土（R值为23.95%）高35.53%；因此钢渣改善R比率，表明颗粒间应力分布潜在增强；然而如果替代超过5%，R比率开始下降，表明混凝土承载能力降低；此外10%、15%和20%钢渣制备的混凝土R值分别为24.2%、15.4%和8.0%，这些值表明 compared to 不含钢渣混凝土，10%钢渣增加1.42%，15%和20%钢渣分别增加35.5%和66.4%；较高R值表明增加分散断裂能量的能力，这意味着混凝土试件中对结构破坏或裂缝扩展更大的抵抗力。掺钢渣粉R值增加可归因于水化活性化合物包括氧化钙和三氧化铝，其改善骨料与砂浆之间的粘结表面；氢氧化钙和纳米二氧化硅（作为火山灰材料）由于火山灰反应产生二次C-S-H凝胶，二次CSH凝胶通过填充混凝土中所有孔隙和毛细通道使养护混凝土更致密并增加其强度和耐久性；有研究也表明钠、羟基和硅酸盐物种的最佳剂量允许与GGBS中的二氧化硅、氧化铝和钙有效反应形成凝胶基体；此外钢渣骨料的棱角性改善水泥与基体之间的相互作用，可能是混凝土抗拉能力增加的主要原因；钢渣的棱角性由于互锁和改善的承载能力增加混凝土成分之间的阻力；骨料空隙也被矿物掺合料的微填充作用填充，使质量更致密并降低混凝土渗透性；火山灰反应和间隙微填充降低混凝土渗透性，从而导致更高断裂强度；钢渣混凝土在最佳替代水平下表现出改善的抗裂性，这是由于增强的骨料互锁和额外水化产物的形成； consequently 更大比例的断裂能在裂缝扩展期间耗散，延迟结构破坏；然而过量钢渣由于较低和易性和较弱界面粘结降低断裂抗力；尽管综述研究中未定量比较断裂韧性值，但可用信息表明最佳钢渣增强断裂性能。

环境与成本效益部分指出，含25%粉煤灰（FA）和25%钢渣的混合料生产成本和内含CO₂分别测得为271 Kg CO₂-Eq/m³和86$/m³，低于参照混凝土；这表明向混凝土混合料中掺入FA和钢渣不仅最小化生产成本，而且 compared to 传统混凝土混合料降低单位体积CO₂排放量；有研究也表明用替代材料替代水泥不仅减少行业CO₂排放，而且促进向更可持续和环保建筑方法的转变；有研究指出破碎砖混凝土再利用产生的CO₂排放测得为每单位体积254.17排放/kg，而普通混凝土释放CO₂每单位体积269.43排放/kg，因此再生破碎砖混凝土 compared to 普通混凝土表现出减少的碳足迹；此外有研究指出仅含50%钢渣（不含FA）的混合料表现出最低CO₂排放水平（171 Kg CO₂-Eq/m³）和成本（74$/m³），显著低于参照混凝土；记录的最高CO₂排放水平（294 Kg CO₂-Eq/m³）和成本（88$/m³）在使用25%FA和50%钢渣时观察到，但仍低于参照混凝土；然而50%FA和50%钢渣的组合导致 compared to 对照混凝土CO₂排放（216 Kg CO₂-Eq/m³）和成本（78$/m³）均大幅降低；因此，在普通强度混凝土中利用大量粉煤灰和钢渣砂作为水泥和天然砂的替代品极大地增强了环境可持续性；此外它不仅降低混凝土碳足迹，而且减少与混凝土生产中原材料提取相关的环境压力。

文献计量分析部分分为已发表文献类型摘要、出版年份分析、来源国家分析和作者分析四个子部分。文献计量分析是评估和分析特定领域科学文献的有效技术，具有多种好处包括揭示关键模式、突出有影响力的文章和突出新兴研究领域，此外有助于识别最活跃的作者、顶级组织和积极贡献于该领域的国家；本研究进行了已发表文献类型、出版年份、来源国家和作者分析。关于已发表文献类型摘要，数据集内文献类型分析显示研究论文占大多数，占总出版物的2056篇文献，这种主导地位突出依赖同行评审期刊论文作为该学科传播科学知识的主要渠道；此外会议论文构成805篇文献，强调学术会议作为分享新颖研究和促进学者合作场所的重要性；然而综述论文仅占总发表论文的99篇文献，表明该领域总结现有知识的关注相对有限；其他类别如书籍章节（81篇文献）包含较小影响力但有助于整体文献体系；文献类别包括勘误、撤稿、书籍、注释、报告、简短调查、数据论文和社论各贡献少于10篇文献，表明在数据集中代表性很小；这种分布强调该学科对典型学术产出特别是研究论文和会议论文的相当倾向，而其他类型工作贡献程度较小。关于出版年份分析，研究结果表明科学出版物数量随时间呈不同上升趋势，数据涵盖1933年至2025年（4月28日）期间，表明最初几年研究活动可忽略不计，2009年前每年发表少于50篇出版物；然而显著增长约在2010年开始，之前出版活动稳定且大幅上升；从2010年到2017年出版物数量显著增加，表明该领域研究兴趣增长；从2017年起产出增长变得更加明显，导致年度出版显著增加，到2024年达到超过400篇文献；这种快速扩张表明研究努力增加，可能是由于全球对解决混凝土可持续性相关问题的关注增加。关于来源国家分析，研究贡献按国家分析显示国家间出版产出存在相当大的差异，结果表明中国作为主要贡献者拥有超过700篇文章，强调其研发显著支出；此外印度 after 中国排在第二拥有超过600篇论文，表明其在全球研究倡议中日益增长的重要性；其他重要贡献包括美国、日本、韩国、意大利、西班牙、澳大利亚和加拿大，共同强调经济发达地区在推进研究和创新中的关键重要性；还可以观察到美国和日本是最早开始钢渣混凝土相关工作的国家（2016年前），如叠加可视化所示，因此美国和日本开创了钢渣在混凝土中的概念；此外土耳其、沙特阿拉伯、埃及和马来西亚表现出增强的研究活动，表明其在全球学术舞台中扩大的参与；伊朗、伊拉克、印度尼西亚、越南和台湾等国家也在增强研究倡议的扩展；欧洲国家包括德国、法国、葡萄牙和荷兰以及巴西、哥伦比亚和俄罗斯联邦拥有较小比例出版物；因此分析强调中国和印度在影响研究环境中的重要性，以及其他地理区域在推进科学知识中的作用。关于作者分析，数据集按作者分析根据出版总量识别该领域关键贡献者，结果表明Santamaría, A.和Pasetto, M.被识别为最活跃作者，各自撰写超过20篇与钢渣混凝土相关的出版物，其相当大的产出表明在研究领域持续和积极的参与显著推进知识；随后Aperador, W.、Ortega-López, V.和Skaf, M.等作者也做出重要贡献，出版物分别为18、17和15篇；其他 notable 贡献作者包括Faleschini, F.、Maslehuddin, M.、Sirivivatnanon, V.和Wu, S.各拥有14篇文献，其持续学术努力强调其在该领域的权威和专业知识；Baldo, N.、Hamada, H.、Revilla-Cuesta, V.、Ni, W.、Peixoto, R.A.F.和Pellegrino, C.等作者也做出重要贡献，尽管出版物数量略低，其贡献通过突出合作努力和不同方法增强科学环境；因此分析强调推进该领域的关键研究人员，强调个人努力在增强集体科学知识中的重要性。

结论部分指出，本综述研究收集了现有关于钢渣在混凝土中研究的信息，混凝土新拌性能、力学性能、开裂行为、破坏模式、断裂模式和环境效益是主要方面，基于分析可得出以下结论：钢渣的化学组成与水泥相似，因此可在一定程度上代替水泥用于混凝土，但较少研究者关注该领域的钢渣；混凝土流动性随钢渣比例增加而降低，这是由于钢渣较大的吸水性和颗粒棱角性增加了混凝土成分之间的摩擦，然而钢渣作为粗骨料 compared to 钢渣作为细骨料表现出更好的和易性，这是由于粗钢渣较低的比表面积；含钢渣混凝土最初降低非蒸发水，表明水化以较慢速率发生，然而在后期 compared to 水泥表现出更大的水化活性；力学强度（抗压、抗折和抗拉）随钢渣替代而改善，然而钢渣作为细骨料制备的混凝土性能远优于钢渣作为粗骨料制备的混凝土；钢渣骨料混凝土 compared to 砾石骨料混凝土表现出更好的弹性模量；破坏模式随钢渣改变， compared to 参照混凝土表现出改善的延性破坏；5%钢渣的粗骨料断裂比率（R）比传统混凝土高35.5%，表明颗粒间应力分布潜在增强；最佳钢渣量对改善性能至关重要，因为较高剂量由于降低的流动性对强度和耐久性产生负面影响，钢渣作为细骨料的典型最佳剂量为20%~30%，而钢渣作为粗骨料的最佳剂量为60%~70%；50%FA作为水泥替代和50%钢渣的组合 compared to 对照混凝土显著降低CO₂排放（216 Kg.CO₂-Eq/m³）和成本（78$/m³）；文献计量分析强调研究论文和会议论文的重要性，此外出版率在2010年后增加，主要贡献国家为中国和印度。建议部分指出，在实际使用前应进一步研究以下方面：应详细研究钢渣替代混凝土的热性能；较少研究关注钢渣作为混凝土中水泥替代，因此需要更详细的与其粘结性能相关的研究，如火山灰反应、粒径和关于碱-硅酸反应的风险；此外钢渣改善混凝土强度性能，但混凝土在拉伸方面仍然薄弱，需要更详细的研究通过添加纤维改善钢渣基混凝土的抗拉强度；关于钢渣在混凝土中相关的环境和成本效益可用信息较少，因此综述建议通过生命周期评估详细研究环境影响如CO₂排放、资源保护和减少填埋废物。